CN103954200B - 一种frp筋混凝土粘结滑移试验的方法 - Google Patents
一种frp筋混凝土粘结滑移试验的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，包括步骤：确定试验的试件；制作FRP筋混凝土试件的连接结构：将试件组件设于浇筑的混凝土中部，试件组件由两根FRP筋分别插入套管的两端；且两根FRP筋的另一端均探出套管，套管中部设有粘结层；套管两端沿FRP筋方向至少分别设有两个楔形键块于套管内构成，两根FRP筋分别从混凝土两端探出；且两根FRP筋探出端的适配位置分别设有套筒；选取万能试验机，将连接结构上下两端的套筒固定于万能试验机的上下锚具上；加载方案为单端加载，加载的方式采用位移控制形式；由万能试验机的数据采集系统采集整个连接结构的总位移量,由百分表分别采集两根FRP筋与试件组件的相对位移量，即FRP筋在试件组件中的滑移量。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验方法，尤其是涉一种双筋对拉试验的FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法。
背景技术
目前，随着复合材料在建筑结构中的不断应用，对纤维聚合物筋（FRP筋）的研究也越来越深入。在FRP筋的研究中，对FRP筋混凝土的粘结滑移性能的研究较为普遍，通常FRP筋混凝土的粘结滑移性能试验研究的方法是单筋拉拔试验和梁式试验。
对于FRP筋混凝土结构，粘结问题至关重要。作为拉挤而成的复合材料，FRP筋在混凝土中的粘结性能受到的影响因素很多，不少研究人员对此展开了大量的试验研究，多数试验都是关注粘结强度或者加载端滑移和拔出力之间的关系曲线。
FRP筋混凝土的粘结滑移试验方法中，理想的破坏形式是使FRP筋发生拔出破坏，但已有的试验方法与结构实际受力情况不符。
在对FRP筋混凝土进行试验时一般采用拉拔试验。与梁式试验相比，拉拔试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，而且对FRP筋外形特征的变化也比较敏感，因此拉拔试验长期以来用作对FRP筋粘结性能进行研究的基本试验方法。单筋拉拔试验有两种试件形式：Losberg（Losberg为人名，其1963年提出此试验方法，并依此命名）试件和标准试件。与标准试件相比，Losberg拉拔试件的优点在于，它与梁式试件粘结段分布相似，无粘结段在有粘结段两端，这样可以避免将拉拔力引起的混凝土变形计入筋的滑移量。拉拔试验方法如图2所示是采用反力架8来限制混凝土3和FRP筋2的位移，加载端单向拉拔FRP筋2。这种试验方法导致混凝土试件的加载端混凝土承受与FRP拉力同样大小的压力，与一般构件在实际中的受力状态不相符。另外由于混凝土的受压性能好，混凝土在受到压力作用时基本不产生裂缝。而在实际工程中，筋的滑移会导致混凝土承受拉力，相应会产生裂缝，所以上述试验方法得到的数据并不可靠。
所以在拉拔试验中，FRP筋放置在混凝土的中心轴线上，在筋的伸出端施加拉力，通过反力架8将力传至混凝土，FRP筋周围的混凝土处于受压状态，减小了裂缝发生的可能性，因此提高了粘结强度，这与FRP筋混凝土结构实际受力状态不相符；而梁式试验中，纤维聚合物筋即FRP筋周围的混凝土处于受拉状态，使得在较小的应力下就出现了裂缝，降低了粘结强度，也与实际状态是不相符的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种新的研究FRP筋混凝土粘结滑移性能的试验方法。较好的防止试验中混凝土受到外界因素的作用力，同时保证FRP筋粘结滑移性能试验得到的数据更为接近实际，并且试验操作简单，造价低廉的一种用于FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，包括下述步骤：
步骤1、确定试验的试件：制作直径、长度、表面形式一样的两根FRP筋；
步骤2、制作FRP筋混凝土试件的连接结构：将试件组件设于浇筑的混凝土中部，所述的试件组件由两根FRP筋分别插入套管的两端；且两根FRP筋的另一端均探出套管，所述的套管中部设有粘结层；套管两端沿FRP筋方向至少分别设有两个楔形键块于套管内构成，所述的两根FRP筋分别从混凝土两端探出；且两根FRP筋探出端的适配位置分别设有套筒；
步骤3、选用加载设备并固定FRP筋混凝土试件的连接结构：选取万能试验机，将步骤2所述连接结构上下两端的套筒固定于万能试验机的上下锚具上；
步骤4、试验方法及数据采集：试验时万能试验机的加载方案为单端加载，加载的方式采用位移控制形式；由万能试验机的数据采集系统采集整个连接结构的总位移量,由百分表分别采集两根FRP筋与混凝土的相对位移量，即FRP筋在混凝土中的滑移量。
步骤2所述的套筒与FRP筋通过胶合剂粘结，即在套筒内灌注高强结构胶。
步骤2所述的两根FRP筋靠近混凝土边缘处分别设有隔离管箍。
步骤2所述的套管的内部两端设有键槽与所述的楔形键块相适配。
步骤2所述的套管为铁制的套管。
步骤2所述的胶合剂为Sikadur-330胶。
步骤4所述的单端加载为万能试验机下端向下拉拔FRP筋的一端。
所述的加载，其加载速度为1.5-2.5mm/min，直到FRP筋与混凝土的粘结应力衰减至稳定后，停止加载。
本发明采用的双筋对拉条件下的极限荷载要比单端拉拔试件的极限荷载低，这是因为两种试验加载过程中，混凝土的受力状态并不一致：双筋拉拔条件下，拉拔过程中混凝土受与拉拔力一样的拉力，由于混凝土的抗拉性能较差，随着荷载的逐渐增加混凝土会产生微裂缝，这就减弱了FRP筋混凝土之间的粘结性能，与实际受力情况一致；而对于传统的单端拉拔试验，试件加载过程中反力架8作用于混凝土，产生与拉拔力同样大小的压力，由于混凝土受压性能较好且混凝土受压时不会产生裂缝，因而增大了FRP筋与混凝土之间界面作用, 试件承载力提高，这与FRP筋混凝土结构实际受力状态不相符。两种试验方法导致试件受力状态不同，进而导致了FRP筋混凝土试件的不同破坏形式：双筋对拉条件下试件的破坏形式为FRP筋拔出破坏，而单端拉拔条件下试件的破坏形式为FRP拉断破坏。钢筋混凝土的拉拔试验的理想破坏形式为钢筋的拔出破坏，FRP筋混凝土的拉拔试验与钢筋混凝土的拉拔试验是一样的，理想的破坏形式也为FRP筋的拔出破坏。
采用本发明的FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，即双筋对拉试验方法及标准拉拔试件（单端拉拔试件）方法，在相同的室温条件下，相同的FRP筋混凝土粘结长度，对两种试验方法进行比较，本发明试验采用双筋对拉试件的大小为150mm150mm300mm，这样双筋对拉的试件相当于2个标准试件大小，保证FRP筋的粘结长度与标准试件一致，对比试验单端拉拔试件的大小采用标准拉拔试件的150mm150mm150mm。本发明试验的加载设备选取新三思万能试验机，试验加载方案为单端加载，即试件上下两端套筒1固定于新三思万能试验机的上下锚具上，试验时万能试验机下端向下拉拔试件。加载的方式采用位移控制的形式:采集装置采用新三思万能试验机的数据采集系统和百分表,万能试验机的数据采集系统采集整个构件的总位移量,而百分表分别采集两根FRP筋与混凝土试件的相对位移量，也即FRP筋在混凝土试件中的滑移量。加载速度2mm/min，直到试件的粘结应力衰减至稳定后，停止加载。
比较结果见表1、表2，分别得出了两种试验方法的粘结滑移数据分析，可以看出单端拉拔试验下的极限承载力要高于双筋对拉试验。本发明的双筋对拉试件的试验结果与结构实际较为一致。
本发明与现有技术相比具有下列优点效果：本发明的试验方法简单、准确，造价低廉，能确保在FRP筋混凝土粘结滑移试验的过程中，试件组件的受力状态与实际较为一致，在试验中采集的数据也更为符合FRP筋与试件组件之间的粘结性能。解决了传统的单向拉拔试验中试件组件受到外界因素的作用导致试验数据的不可靠。另外，还以可应用于不同材料筋的拉拔试验。
附图说明
图1是本发明FRP筋混凝土试件的连接结构剖视结构示意图；
图2是传统单向拉拔剖视结构示意图。
图中：套筒1，FRP筋2，混凝土3，楔形键块4，粘结层5，套管6，隔离管箍7，反力架8。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
如图1所示，本发明一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，包括下述步骤：
步骤1、确定试验的试件：制作直径、长度、表面形式一样的两根FRP筋；
步骤2、制作FRP筋混凝土试件的连接结构：将试件组件设于浇筑的混凝土3中部，所述的试件组件由两根FRP筋2分别插入套管6的两端；且两根FRP筋2的另一端均探出套管6，所述的套管6中部设有粘结层5；套管6两端沿FRP筋方向分别设有三个楔形键块4于套管6的内部键槽中构成，所述的两根FRP筋2分别从混凝土3两端探出；且两根FRP筋2探出端的适配位置分别设有套筒1；
步骤3、选用加载设备并固定FRP筋混凝土试件的连接结构：选取万能试验机，将步骤2所述连接结构上下两端的套筒1固定于万能试验机的上下锚具上；
步骤4、试验方法及数据采集：试验时万能试验机的加载方案为单端加载，加载的方式采用位移控制形式；由万能试验机的数据采集系统采集整个连接结构的总位移量,由百分表分别采集两根FRP筋与试件组件的相对位移量，即FRP筋在试件组件中的滑移量。
步骤2所述的套筒1与FRP筋2通过胶合剂粘结，即在套筒内灌注高强结构胶。
步骤2所述的两根FRP筋2靠近混凝土3边缘处分别设有隔离管箍7。
步骤2所述的套管6的内部两端设有键槽与所述的楔形键块4相适配。
步骤2所述的套管6为铁制的套管。
步骤2所述的粘结层5为Sikadur-330胶，即结构加固环氧粘结胶。
步骤4所述的单端加载为万能试验机下端向下拉拔FRP筋2的一端。
所述的加载，其加载速度为1.5-2.5mm/min，直到FRP筋2与混凝土3的粘结应力衰减至稳定后，停止加载。
本发明在应用时，套管6的长度根据FRP筋2的锚固长度而定，沿FRP筋2方向注入填充胶，可采用乐泰290螺丝胶。待注入填充胶完全固化前，沿FRP筋2方向将套管6两端六个楔形键块4置入套管6的内部键槽。保证楔形键的植入长度，端部在同一平面内，进而保证两根FRP筋2处在同一轴心位置，进行拉拔试验时不会额外产生弯矩，试验过程中做到完全轴心受拉。在试件组件制作时，确保两根FRP筋2和套管6处在浇筑的混凝土3的中心位置，在两根FRP筋2上做相应刻度。浇筑混凝土时，使标注的刻度对应好模板内边缘，混凝土达到一定强度后，在套筒1与两FRP筋2的两端通过胶合剂粘结，即在套筒内灌注高强结构胶。使FRP筋与套筒1牢固的连接在一起。为了避免试件组件加载端混凝土3的局部受压，以致与试件组件中 FRP 筋端部附近的应力状态差别较大，在混凝土3靠近加载端用塑料（PVC）隔离管箍7把FRP 筋2和混凝土3隔开来设置未粘结段，以减小边界处的应力集中对试验结果的真实性造成的影响。本发明通过控制楔形键的置入厚度，实现不同直径FRP筋的拉拔试验。
Claims (8)
1.一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1、确定试验的试件：制作直径、长度、表面形式一样的两根FRP筋；
步骤2、制作FRP筋混凝土试件的连接结构：将试件组件设于浇筑的混凝土（3）中部，所述的试件组件由两根FRP筋（2）分别插入套管（6）的两端；与套管（6）中部设有粘结层（5）相接触，且两根FRP筋（2）的另一端均探出套管（6）；套管（6）两端沿FRP筋方向至少分别设有两个楔形键块（4）于套管（6）内构成，所述的两根FRP筋（2）探出套管（6）的一端也分别从混凝土（3）两端探出；且两根FRP筋（2）探出端的适配位置分别设有套筒（1）；
步骤3、选用加载设备并固定FRP筋混凝土试件的连接结构：选取万能试验机，将步骤2所述连接结构上下两端的套筒（1）固定于万能试验机的上下锚具上；
步骤4、试验方法及数据采集：试验时万能试验机的加载方案为单端加载，加载的方式采用位移控制形式；由万能试验机的数据采集系统采集整个连接结构的总位移量,由百分表分别采集两根FRP筋（2）与混凝土（3）的相对位移量，即FRP筋（2）在混凝土（3）中的滑移量。
2.根据权利要求1所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤2所述的套筒（1）与FRP筋（2）通过胶合剂粘结，即在套筒内灌注高强结构胶。
3.根据权利要求1所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤2所述的两根FRP筋（2）靠近混凝土（3）边缘处分别设有隔离管箍（7）。
4.根据权利要求1所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤2所述的套管（6）的内部两端设有键槽与所述的楔形键块（4）相适配。
5.根据权利要求1或4所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤2所述的套管（6）为铁制的套管。
6.根据权利要求1所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤2所述的粘结层（5）为Sikadur-330胶。
7.根据权利要求1所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：步骤4所述的单端加载为万能试验机下端向下拉拔FRP筋（2）的一端。
8.根据权利要求1或7所述的一种FRP筋混凝土粘结滑移试验的方法，其特征在于：所述的加载，其加载速度为1.5-2.5mm/min，直到FRP筋（2）与混凝土（3）的粘结应力衰减至稳定后，停止加载。
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