CN104807712A - 一种对多根frp筋同时恒温应力腐蚀的试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其包括反力架、位于反力架内、且连接有温控器的浸泡箱和应力测试件，浸泡箱的左、右侧板均对应开设有若干穿设孔，浸泡箱的左、右侧板在穿设孔的上方竖向开设有卡槽，卡槽内密封连接有卡板，浸泡箱的顶面设有可水平移动的推拉门；应力测试件包括多根FRP筋，张拉锚固装置包括粘结套筒锚具和蜗杆，每个FRP筋的两端各顺次连接一个粘结套筒锚具和一个蜗杆，其中的一个蜗杆连接有蜗轮，所述的FRP筋上设有应变片；反力架包括反力架框架和位于左、右侧的反力架侧板，蜗杆分别从左、右两侧穿过并固定于反力架的侧板。该装置仅对FRP筋试件的中间试验区段进行应力腐蚀，操作更简单。

Description

一种对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置及其方法

技术领域

本发明属于FRP筋长期力学性能测试技术领域，具体涉及一种可实现对多根FRP筋同时进行恒温应力腐蚀的试验装置及其试验方法。

背景技术

钢筋锈蚀所导致的基础设施耐久性严重下降，造成了巨大的经济损失。因此提高基础设施耐久性是世界各国经济和社会发展所面临的重要问题。纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）的出现，为提升基础设施耐久性带来了希望。与传统的钢材、钢筋和混凝土等结构材料相比，FRP材料具有优异的耐腐蚀性能、较高的比强度、比模量和较好的抗疲劳性能等显著优点，因此被认为是解决钢筋锈蚀问题的最佳替代品。

然而，由于FRP筋在土木工程中的历史较短，耐久性在实际工程中的检验较少，因此对于其耐久性的研究尤为重要。FRP筋实际应用中处于多种不利环境因素与荷载的耦合作用当中。虽然在单因素下FRP材料具有优异的耐腐蚀性能，但FRP筋/索本身在多因素耦合作用下的耐久性能究竟如何尚无确切结论，尤其是应力作用下的耐腐蚀性能研究更是甚少。现阶段大部分试验模拟的环境比较单一，不能很好的反映实际情况。如何考虑腐蚀性环境与应力的耦合作用，成为目前急需解决的问题。

现有技术中，恒温盐溶液浸泡箱已有很多，但是能够同时对FRP筋实现应力与环境耦合加速腐蚀的试验装置非常缺少，且现有的少量能够实现应力腐蚀的装置仍然存在恒温控制难、试件操作复杂、不能实现多根FRP筋处于同一腐蚀环境和试件占用空间大等缺点。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可实现对多根FRP筋同时进行恒温应力腐蚀的试验装置及其试验方法，其箱内体积占有率小、温度更加容易控制、操作更加简单、能够实现对多根试件同时应力腐蚀和监测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其包括反力架、位于反力架内、且连接有温控器的浸泡箱和应力测试件，所述浸泡箱的左、右侧板均对应开设有若干穿设孔，浸泡箱的左、右侧板在穿设孔的上方竖向开设有卡槽，卡槽内密封连接有卡板，浸泡箱的顶面设有可水平移动的推拉门；所述应力测试件包括多根FRP筋、粘结套筒锚具和蜗杆，每根FRP筋的两端各顺次连接一个粘结套筒锚具和一个蜗杆，其中的一个蜗杆连接有蜗轮，所述的FRP筋上设有应变片；所述反力架包括反力架框架和位于左、右侧的反力架侧板，蜗杆分别从左、右两侧穿过并固定于反力架的侧板；所述的FRP筋从穿设孔内穿过浸泡箱，FRP筋和穿设孔之间填充有柔性密封材料；多根FRP筋平行设置，FRP筋与浸泡箱的左、右侧板相垂直，浸泡箱的左、右侧板与反力架的侧板之间相互平行。

具体的，所述FRP筋的两端通过粘结剂分别与粘结套筒锚具的一端固定连接，粘结套筒锚具的另一端与蜗杆螺纹连接；所述蜗杆分别从左、右两侧穿过并通过螺母固定于反力架的侧板。螺母与侧板之间还设有垫片。

进一步优选，所述反力架框架的前、后面上设有斜撑，以避免反力架的框架变形。

采用上述试验装置对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验方法，其包括以下步骤：

1）向伸入有FRP筋的粘结套筒锚具端部内灌注粘结剂（环氧树脂），然后养护至粘结剂达到设计强度；

2）拿掉卡板，将FRP筋穿过穿设孔并密封安装好卡板；将粘结套筒锚具的另一端分别与蜗杆螺纹连接好，蜗杆的另一端部分别从左、右两侧穿过并固定于反力架的侧板；其中一个蜗杆连接好蜗轮；

3）利用蜗轮、蜗杆和反力架对FRP筋进行张拉和应力调节；

4）利用FRP筋上设置的应变片，对FRP筋体进行应力监测；

5）在FRP筋与穿设孔之间填充柔性密封材料，向浸泡箱内灌注碱液并关闭推拉门，通过温控器控制碱液的温度并保持恒温，即可实现在相同环境下中对多根FRP筋同时进行应力腐蚀；

6）定期检测FRP筋是否出现应力损失，并通过调节蜗轮蜗杆对FRP筋进行应力补偿，使其长期保持在恒定应力水平；

7）试验结束后，取下卡板，取出FRP筋进行拉伸试验测试。

本发明中，FRP筋表面粘贴的应变片，可用于监测和控制对FRP筋施加应力的大小，检测应力是否损失并通过蜗轮蜗杆定期补偿，从而使FRP筋可以长期保持恒定应力水平。碱液浸泡环境由浸泡箱提供，浸泡箱的左、右侧板对称设有多个穿设孔，每对穿设孔上穿一根FRP筋，多根FRP筋平行设置，FRP筋与浸泡箱的左、右侧板相垂直，浸泡箱的左、右侧板与反力架的侧板之间相互平行（即浸泡箱与反力架正交放置）；FRP筋两端固定后就能方便的在反力架上进行张拉。浸泡箱内部可同时容纳多根FRP筋，并且能够保证FRP筋试件间有足够的间距，且仅对FRP筋的中间试验区进行恒温恒pH值的应力腐蚀，而不会对端部的粘结套筒锚具、蜗杆及反力架等产生腐蚀。

本发明试验装置和方法能够使FRP筋长期处在恒定张拉应力、恒定温度及相同碱液浸泡环境下进行应力腐蚀，试验过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出。和现有技术相比，本发明的有益效果：

1）利用蜗轮蜗杆进行应力施加简单方便，配合应变片能够实现对FRP筋应力的准确监测，通过调节螺母即可实现对FRP筋应力的准确控制；

2）FRP筋试件在浸泡箱内体积占有率小，可同时进行多根FRP筋的加速应力腐蚀试验；

3）在同一浸泡箱体内进行恒温、恒pH值的碱性腐蚀试验，可减少试验的系统误差；

4）在浸泡箱连接温控器，通过温控器控制碱液恒温，使得温度更加真实且容易控制。碱液浸泡箱不仅提供碱液腐蚀环境，同时采用加热和温控系统实现对箱体内部溶液温度的控制；

5）实现了仅对FRP筋试件腐蚀，而不会对粘结套筒锚具、蜗杆及反力架等设备产生腐蚀，从而使得设备能够长期使用。

附图说明

图1为FRP筋与粘结套筒锚具、蜗杆的连接状态示意图；

图2为本发明所述试验装置的主视图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的俯视图；

图中，1为FRP筋，2为粘结套筒锚具，3为蜗杆，4为蜗轮，5为应变片，6为螺母，7为垫片，8为浸泡箱，9为反力架，10为穿设孔，11为柔性密封材料，12为反力架左侧板，13为反力架右侧板，14为温控器，15为推拉门，16为反力架框架，17为卡板，18为斜撑。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

如图1至4所示，一种对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其包括反力架9、位于反力架9内、且连接有温控器14的浸泡箱8和应力测试件，所述浸泡箱8的左、右侧板均对应开设有若干穿设孔10，浸泡箱8的左、右侧板在穿设孔10的上方竖向开设有卡槽，卡槽内密封连接有卡板17，浸泡箱8的顶面设有可水平移动的推拉门15；所述应力测试件包括多根FRP筋1、粘结套筒锚具2和蜗杆3，每根FRP筋1的两端各顺次连接一个粘结套筒锚具2和一个蜗杆3，其中的一个蜗杆3连接有蜗轮4，所述的FRP筋1上设有应变片5；所述反力架9包括反力架框架16、位于左、右侧的反力架左侧板12和反力架右侧板13，蜗杆3分别从左、右两侧穿过并固定于反力架左侧板12和反力架右侧板13；所述的FRP筋1从穿设孔10内穿过浸泡箱8，FRP筋1和穿设孔10之间填充有柔性密封材料11；多根FRP筋1平行设置，FRP筋1与浸泡箱8的左、右侧板相垂直，浸泡箱8的左、右侧板与反力架左侧板12、反力架右侧板13之间相互平行。

所述FRP筋1的两端通过粘结剂分别与粘结套筒锚具2的一端固定连接，粘结套筒锚具2的另一端与蜗杆3螺纹连接；所述蜗杆3分别从左、右两侧穿过并通过螺母6固定于反力架左侧板12和反力架右侧板13。螺母6与反力架左侧板12、反力架右侧板13之间还设有垫片7。所述反力架框架16的前、后面上设有斜撑18，以避免反力架的框架变形。

采用上述试验装置对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验方法，其包括以下步骤：

1）向伸入有FRP筋1的粘结套筒锚具2端部内灌注粘结剂（环氧树脂），然后养护至粘结剂达到设计强度；

2）拿掉卡板17，将FRP筋1穿过穿设孔10并密封安装好卡板17；将粘结套筒锚具2的另一端分别与蜗杆3螺纹连接好，蜗杆3的另一端部分别从左、右两侧穿过并固定于反力架左侧板12和反力架右侧板13；其中一个蜗杆3连接好蜗轮4；

3）利用蜗轮4、蜗杆3和反力架9对FRP筋1进行张拉和应力调节；

4）利用FRP筋1上设置的应变片5，对FRP筋体进行应力监测；

5）在FRP筋1与穿设孔10之间填充柔性密封材料11，向浸泡箱8内灌注碱液并关闭推拉门15，通过温控器14控制碱液的温度并保持恒温，即可实现在相同环境下中对多根FRP筋同时进行应力腐蚀；

6）定期检测FRP筋是否出现应力损失，并通过调节蜗轮蜗杆对FRP筋进行应力补偿，使其长期保持在恒定应力水平；

7）试验结束后，取下卡板17，取出FRP筋进行拉伸试验测试。

本发明中，反力架9用于承受张拉过程中需要施加的反力，并在长期试验过程中保持FRP筋1的应力水平恒定不变，具有足够的刚度和承载能力。反力架9的材质为钢，可通过钢板和框架焊接组装而成。设计时根据FRP筋材1张拉试验所需的筋材试件尺寸确定反力架尺寸，根据反力架9尺寸和浸泡箱8内试件的容量确定浸泡箱的具体尺寸。反力架9的左、右侧板尺寸须经过局部受压、剪切和整体弯曲的承载力计算，确定侧板的厚度。在反力架9的框架16的前、后面设置钢制交叉杆（即斜撑18）作为反力架的支撑，来确保反力架9的承载力和稳定性。反力架9与浸泡箱8正交放置，反力架9放置于浸泡箱8外。

本发明装置可以实现仅对FRP筋试件的中间试验区段进行应力腐蚀，而不会对粘结套筒锚具、蜗杆及反力架等设备产生腐蚀，从而使得设备能够长期使用。

Claims (4)

1.一种对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其特征在于，包括反力架、位于反力架内、且连接有温控器的浸泡箱和应力测试件，所述浸泡箱的左、右侧板均对应开设有若干穿设孔，浸泡箱的左、右侧板在穿设孔的上方竖向开设有卡槽，卡槽内密封连接有卡板，浸泡箱的顶面设有可水平移动的推拉门；所述应力测试件包括多根FRP筋、粘结套筒锚具和蜗杆，每根FRP筋的两端各顺次连接一个粘结套筒锚具和一个蜗杆，其中的一个蜗杆连接有蜗轮，所述的FRP筋上设有应变片；所述反力架包括反力架框架和位于左、右侧的反力架侧板，蜗杆分别从左、右两侧穿过并固定于反力架的侧板；所述的FRP筋从穿设孔内穿过浸泡箱，FRP筋和穿设孔之间填充有柔性密封材料；多根FRP筋平行设置，FRP筋与浸泡箱的左、右侧板相垂直，浸泡箱的左、右侧板与反力架的侧板之间相互平行。

2.如权利要求1所述对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其特征在于，所述FRP筋的两端通过粘结剂分别与粘结套筒锚具的一端固定连接，粘结套筒锚具的另一端与蜗杆螺纹连接；所述蜗杆分别从左、右两侧穿过并通过螺母固定于反力架的侧板。

3.如权利要求1所述对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验装置，其特征在于，所述反力架框架的前、后面上设有斜撑。

4.采用权利要求1所述试验装置对多根FRP筋同时恒温应力腐蚀的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）向伸入有FRP筋的粘结套筒锚具端部内灌注粘结剂，然后养护至粘结剂达到设计强度；

2）拿掉卡板，将FRP筋穿过穿设孔并密封安装好卡板；将粘结套筒锚具的另一端分别与蜗杆螺纹连接好，蜗杆的另一端部分别从左、右两侧穿过并固定于反力架的侧板；其中一个蜗杆连接好蜗轮；

3）利用蜗轮、蜗杆和反力架对FRP筋进行张拉和应力调节；

4）利用FRP筋上设置的应变片，对FRP筋体进行应力监测；

5）在FRP筋与穿设孔之间填充柔性密封材料，向浸泡箱内灌注碱液并关闭推拉门，通过温控器控制碱液的温度并保持恒温，即可实现在相同环境下中对多根FRP筋同时进行应力腐蚀；

6）定期检测FRP筋是否出现应力损失，并通过调节蜗轮蜗杆对FRP筋进行应力补偿，使其长期保持在恒定应力水平；

7）试验结束后，取出FRP筋进行拉伸试验测试。