CN104344989A - 外贴frp双面剪切试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种试验加载装置，尤其涉及一种用于外贴FRP双面剪切试验的加载装置。本发明的外贴FRP双面剪切试验加载装置，包括底板，底板上固定间隔设置拉杆，拉杆的上端设置顶板，顶板与拉杆之间通过螺母固定限位，底板、拉杆、顶板组成的空间内设有试件，试件相对的两侧粘贴纤维增强材料层，纤维增强材料层呈U型，U型增强材料层的两侧面粘贴在试件相对的两侧，U型增强材料层的底端套接钢管，轴承穿过钢管内腔，轴承的两端固定在门式钢架上。本发明的加载装置，构造简单，拆卸较为方便，可以保证双剪试验的荷载对中，试验效率较高，并具有良好的通用性。

Description

外贴FRP双面剪切试验加载装置

技术领域

本发明涉及一种试验加载装置，尤其涉及一种用于外贴FRP双面剪切试验的加载装置。

背景技术

纤维增强材料（Fiber-Reinforced Plastics，简称FRP）的高强度、耐疲劳、耐腐蚀、重量轻等优点，使其在结构工程加固中具有广泛的使用前景。随着外贴纤维增强材料在加固领域越来越广泛的应用，大量以研究纤维增强材料加固效果以及耐久性的试验应运而生。

纤维增强材料与结构间的界面性能是影响加固效果及耐久性的一个重要因素。在用纤维增强材料片材加固时，纤维增强材料中纤维本身的强度很高，要想纤维增强材料中的纤维发挥其强度高的特点就需要树脂能很好地传递剪力，让纤维增强材料内的每一根纤维都均匀受力，并且树脂也要保证纤维增强材料片材和结构能共同工作，这样才能达到加固的效果。然而在大量试验的基础上发现，试件的破坏往往不是由于纤维增强材料纤维的拉断，而是由于纤维增强材料与结构的界面强度不足而发生的剥离破坏。所以，纤维增强材料加固结构界面性能的研究具有重要的意义。

常见的界面粘结性能试验方法有单面剪切试验、双面剪切试验和正拉试验。双面剪切试验由于受力模型简单、明确等特点被广泛采用。经检索，目前用于双面剪切试验的加载方式主要有两种：（1）设置预埋件式；（2）不设置预埋件式。方式（1）通过预埋在两端试件中的拉杆将力传递到纤维增强材料中。拉杆的预埋位置和垂直度在很大程度上影响了双面剪切试验的可靠性，由于预埋件的定位、预埋程序较为复杂，垂直度很难保证，加上试件的生产效率低，设置预埋件式双面剪切试验装置在试验研究中较少采用。方式（2）根据FRP的粘贴方法又大致分为两类，一类是在试件的两个相对面单独粘贴纤维增强材料，另一类是采用U型粘贴的方法，U型FRP的两个相对面分别粘贴在试件的两个侧面上。前者由于像单面剪切试验一样具有难以对中、片材端难以夹持等缺点未被广泛采用。后者在力的施加、对中等方面具有一定的优势而得到较为广泛地采用。

然而，由于相关试验研究人员相对分散，试验时一般都采用自制加载装置，因而还没有形成一套理想、实用的试验装置，且存在装置复杂、制作成本较高、通用性较低等缺点。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种外贴FRP双面剪切试验加载装置，可以方便双剪试验的试件定位和加载，特别是保证荷载的对中。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括底板，底板上固定间隔设置拉杆，拉杆的上端设置顶板，顶板与拉杆之间通过螺母固定限位，底板、拉杆、顶板组成的空间内设有试件，试件相对的两侧粘贴纤维增强材料层，纤维增强材料层呈U型，U型增强材料层的两侧面粘贴在试件相对的两侧，U型增强材料层的底部套接钢管，轴承贯穿钢管内腔，轴承的两端固定在门式钢架上。

其中拉杆共有四根，其底端与底板采用焊接方式连接，焊接时要保证其轴线与底板平面垂直；拉杆顶端通过螺帽固定顶板，从而达到固定试件的目的。

钢管的外径与U型纤维增强材料层两粘贴面间的距离相同，轴承穿过钢管形成弧形铰（所谓的弧形铰，由两个不同半径的弧形表面块件合成，一个为凹面，另一个为凸面）。

钢管的作用是：（1）使U型增强材料层粘贴在两侧面的两部分相互平行，保证粘贴面受剪；（2）大半径的钢管与小半径的轴承组成弧形铰，保证轴向传力。

底板底端的中心设有铰Ⅰ；门式钢架顶端的中心设有铰Ⅱ，铰Ⅱ与铰Ⅰ沿同一竖直方向。

铰Ⅰ上固定连接上拉杆，上拉杆与铰Ⅰ之间铰接。

铰Ⅱ上固定连接下拉杆，下拉杆与铰Ⅱ之间铰接。

设置的铰和上下拉杆来达到轴拉、荷载对中的效果。整个装置的下部和上部分别用上拉杆和下拉杆与试验机连接。

拉杆与顶板的上下两端分别设有螺帽Ⅰ、螺帽Ⅱ，螺帽Ⅰ位于顶板的上部，螺帽Ⅱ位于顶板的下部。

门式钢架呈U型。试件固定装置的上方为荷载施加装置，主要包括圆形钢管、钢制轴承以及U型的门式钢架，钢管的外径为U型纤维增强材料层两个粘贴面的间距，钢管穿过U型纤维增强材料层内部后，使粘贴于试件两个相对侧面上的纤维增强材料层形成相互平行的平面。钢管内穿过轴承，轴承穿过钢架两侧预留的孔洞，并通过拧紧螺帽与钢架固定，以保证试验时轴承不会左右滑移。

轴承的两端与门式钢架通过螺帽Ⅲ固定连接。

底板上设有刻度线。轴承上设有刻度线。

为避免U型门式钢架出现初始倾斜，达到理想的试验效果，轴承（包括螺帽）的质心必须与铰在同一垂直线上。另外，为了方便钢管和U型纤维增强材料层对中，轴承上刻有以质心为0点向两边对称增大的刻度。另外，底板的上表面刻有十字形刻度，刻度0点在底板上表面的形心处，与铰Ⅰ在同一竖直线上，用来确定试件与试件固定装置的相对位置。

在制作该装置时，可以通过调节四根拉杆的横向和纵向间距来满足不同长度和宽度试件的试验需要。并可在其它部分不变的情况下，通过调节拉杆的长度以及顶板的位置来满足不同高度试件的试验需要，其中顶板的位置可以通过螺帽来调节，拉杆上部一定长度范围内须设置螺纹，螺杆长度可根据试验需要调整。

对于已经制作完成的装置，本发明也可以很好地适应试件长度与宽度的变化，达到不同试验的目的。同时，在其它部分不变的情况下，仅通过改变钢管的外径，就可以满足不同宽度试件的试验需要。本发明的加载装置，构造简单，拆卸较为方便，可以保证双剪试验的荷载对中，试验效率较高，并具有良好的通用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧面示意图；

图3为本发明的轴承示意图；

图4为本发明的底板示意图。

图中：1-下拉杆；2-底板；3-铰Ⅰ；4-拉杆；5-顶板；6-螺帽Ⅰ；7-螺帽Ⅱ；8-纤维增强材料层；9-钢管；10-轴承；11-门式钢架；12-螺帽Ⅲ；13-铰Ⅱ；14-上拉杆；15-试件。

具体实施方式

本发明的外贴FRP双面剪切试验加载装置包括底板2，底板2上固定间隔设置拉杆4，拉杆4的上端设置顶板5，顶板5与拉杆4之间通过螺母固定限位，底板2、拉杆4、顶板5组成的空间内设有试件15，试件15相对的两侧粘贴纤维增强材料层8，纤维增强材料层8呈U型，U型增强材料层8的两侧面粘贴在试件15相对的两侧，U型增强材料层8的底端套接钢管9，轴承10贯穿钢管9内腔，轴承10的两端固定在门式钢架11上。

其中拉杆共有四根，其底端与底板采用焊接方式连接，焊接时要保证其轴线与底板平面垂直；拉杆顶端通过螺帽固定顶板，从而达到固定试件的目的。

钢管9的外径与U型纤维增强材料层两粘贴面间的距离相同，轴承10穿过钢管9形成弧形铰。

底板2底端的中心设有铰Ⅰ3；门式钢架11顶端的中心设有铰Ⅱ13，铰Ⅱ13与铰Ⅰ3沿同一竖直方向。

铰Ⅰ3上固定连接上拉杆14，上拉杆14与铰Ⅰ3之间铰接。

铰Ⅱ13上固定连接下拉杆1，下拉杆1与铰Ⅱ13之间铰接。

拉杆4与顶板5的上下两端分别设有螺帽Ⅰ6、螺帽Ⅱ7，螺帽Ⅰ6位于顶板5的上部，螺帽Ⅱ7位于顶板5的下部。

门式钢架11呈U型。

轴承10的两端与门式钢架11通过螺帽Ⅲ12固定连接。

底板2上设有刻度线。轴承10上设有刻度线。

采用该装置进行外贴FRP双面剪切试验时，一般包括以下几个步骤：

1、将下拉杆1、底板2、铰Ⅰ3以及拉杆4组合而成的整体通过下拉杆1与试验机下部固定，由于铰的存在，装置会不稳定，这就需要在底板的下面放置废弃试块（或其它物体）进行临时支承，以使底板2大致处于水平状态。

2、根据试验要求，将试件15放置在底板2上，然后装上顶板5，并通过螺帽Ⅰ6、螺帽Ⅱ7将试件15固定。

3、将门式钢架11、铰Ⅱ13以及上拉杆14组合而成的整体通过上拉杆14与试验机上部固定。

4、先将钢管9穿过纤维增强材料层8，然后将轴承10依次穿过门式钢架11的孔洞、钢管9，最后拧紧螺帽Ⅲ12。

5、适当调节试验机上部的高度，使其满足试验要求。然后利用试验机施加荷载。

以上几个步骤可以根据具体情况作适当调整。

Claims (10)

1.一种外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，包括底板（2），底板（2）上固定间隔设置拉杆（4），拉杆（4）的上端设置顶板（5），顶板（5）与拉杆（4）之间通过螺母固定限位，底板（2）、拉杆（4）、顶板（5）组成的空间内设有试件（15），试件（15）相对的两侧粘贴纤维增强材料层（8），纤维增强材料层（8）呈U型，U型增强材料层（8）的两侧面粘贴在试件（15）相对的两侧，U型增强材料层（8）的底端套接钢管（9），轴承（10）穿过钢管（9）内腔，轴承（10）的两端固定在门式钢架（11）上。

2.根据权利要求1所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，钢管（9）的外径与U型纤维增强材料层两粘贴面间的距离相同，轴承（10）穿过钢管（9）形成弧形铰。

3.根据权利要求1所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，底板（2）底端的中心设有铰Ⅰ（3）；门式钢架（11）顶端的中心设有铰Ⅱ（13），铰Ⅱ（13）与铰Ⅰ（3）沿同一竖直方向。

4.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，铰Ⅰ（3）上固定连接上拉杆（14），上拉杆（14）与铰Ⅰ（3）之间铰接。

5.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，铰Ⅱ（13）上固定连接下拉杆（1），下拉杆（1）与铰Ⅱ（13）之间铰接。

6.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，拉杆（4）与顶板（5）的上下两端分别设有螺帽Ⅰ（6）、螺帽Ⅱ（7），螺帽Ⅰ（6）位于顶板（5）的上部，螺帽Ⅱ（7）位于顶板（5）的下部。

7.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，门式钢架（11）呈U型。

8.根据权利要求7所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，轴承（10）的两端与门式钢架（11）通过螺帽Ⅲ（12）固定连接。

9.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，底板（2）上设有刻度线。

10.根据权利要求3所述的外贴FRP双面剪切试验加载装置，其特征在于，轴承（10）上设有刻度线。