CN104949913B - 先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置及方法，其是在支撑架的顶部设置有用于检测先张法构件的钢绞线与混凝土之间粘结应力的测力传感器，在测力传感器的底部设置有套筒放置架，在套筒放置架的底部中心位置设置有用于固定先张法构件的套筒，利用套筒放置架将套筒固定，再利用传力组件对先张法构件的钢绞线施加向下的拉力荷载，通过测力传感器和位移传感器实时记录荷载大小和钢绞线的位移值，从而确定钢绞线与混凝土之间粘结失效瞬间所对应的荷载力大小，本发明试验数据更精确可靠，大大减小了测量误差，为先张法构件应用与设计提供可靠依据。

Description

先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置及方法

技术领域

本发明属于应力测试试验装备，具体涉及一种先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置及方法。

背景技术

对于先张法构件是借助于混凝土与钢绞线的粘结对混凝土施加预应力。通过测量粘结应力是控制预压应力的基本前提，对先张法构件张拉控制应力的大小的研究具有重大意义。

由于粘结是一种很复杂的相互作用，从机理角度出发进行研究难以达到较好的效果，因此粘结试验研究的地位不可替代。目前常用的试验方法主要有两类：直接拔出试验和受弯拔出试验。二者的拔出机理略有差异，但直接拔出试验进行分析的应用操作简单且精度足够。

目前对于先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置较少，而且对于先张法混凝土构件，其是靠钢绞线与混凝土的粘结来对混凝土施加预压应力，但是在工程中很难测量钢绞线与混凝土的粘结应力从而控制预应力的大小，以致难以准确控制钢绞线与混凝土粘结失效的瞬间，针对这一现象，本发明提供了一种测试先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力的装置。

发明内容

为了解决现有的先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试技术中所存在的不足，本发明提供了一种结构简单、测试可靠，能够有效控制钢绞线与混凝土滑移失效瞬间的先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置。

本发明所采用的技术方案是该先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置，包括固定在底座上的钢绞线张拉机构，该钢绞线张拉机构包括液压缸以及固定在底座上的支撑架，在支撑架的顶部设置有用于检测先张法构件的钢绞线与混凝土之间粘结应力的测力传感器，在测力传感器的底部设置有套筒放置架，套筒放置架的底部加工有开口的钢绞线卡槽，在套筒放置架的底部中心位置设置有用于固定先张法构件的套筒，在套筒的底部中心加工有与钢绞线卡槽相对的钢绞线孔，在套筒的侧壁上设置有用于检测先张法构件的钢绞线与混凝土之间滑动的位移传感器；在套筒放置架下方设置有固定在液压缸伸缩杆顶端并可对先张法构件延伸至套筒外的钢绞线自由端施加拉力的传力组件。

上述传力组件是由顶板、锚具、底板以及连接在顶板和底板之间的连接台柱组成，在顶板上加工有与套筒放置架的钢绞线卡槽相对应的钢绞线限位槽，钢绞线限位槽是U型槽结构，底板的中心用紧固件与液压缸的伸缩杆固定，先张法构件延伸至套筒外的钢绞线自由端通过锚具固定在顶板的钢绞线限位槽内。

上述套筒的高度h与其直径d之间满足：3≤h/d≤5，且套筒直径d与先张法构件的混凝土骨料最大粒径d′之间的比值满足：2.5≤d/d′≤4.5。

在套筒放置架的底部与套筒筒底之间还可以设置橡胶垫板，起到缓冲作用，该垫板的厚度是1～2cm。

本发明还提供了一种先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试方法，其是由以下步骤组成：

(1)将钢绞线固定在套筒内且下端垂直穿过套筒底部的钢绞线孔延伸至套筒外，向套筒内灌注配制好的混凝土，至套筒高度的二分之一处，振捣1～2min后灌注混凝土至与套筒的筒口平齐，保证混凝土密实后按常规养护方法进行养护；

(2)将盛装有先张法构件的套筒固定在套筒放置架上，使先张法构件的钢绞线竖直延伸至传力组件内并与传力组件紧固，液压缸驱动传力组件向下移动对钢绞线施加预拉力，荷载为1MPa，持荷30s，之后按照0.5～0.6MPa/s的加载速率对钢绞线施加拉力，用测力传感器和位移传感器实时记录荷载大小和钢绞线的位移值，并绘制荷载-位移曲线；

(3)持续加载至钢绞线的荷载-位移曲线出现明显的水平段，停止加载，荷载达到最大，在曲线转折点处所对应的最大荷载力即为钢绞线与混凝土的粘结应力。

本发明利用套筒放置架将套筒固定，再利用传力组件对先张法构件的钢绞线施加向下的拉力荷载，通过测力传感器和位移传感器实时记录荷载大小和钢绞线的位移值，从而确定钢绞线与混凝土之间粘结失效瞬间所对应的荷载力大小，即为钢绞线与混凝土之间的粘结应力。

相比现有技术，本发明弥补了先张法钢绞线与混凝土的粘结应力的测量空白，采用了测力传感器和位移传感器使得到的试验数据更精确可靠，使用刚度较大的套筒放置架和传力组件大大减小了测量误差，同时利用橡胶垫板缓冲有效避免了力突然增加或减小而对试验结果带来的影响，本发明结构简单、测量方便，为先张法构件应用与设计提供可靠依据。

附图说明

图1为实施例1的粘结应力测试装置的结构示意图。

图2为图1中传力组件3的结构示意图。

图3为图2的顶板结构示意图。

具体实施方式

现结合实施例和附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下属的实施情形。

实施例1

由图1可知，本实施例的先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置是由底座1、液压缸2、传力组件3、支撑架4、测力传感器5、套筒放置架6、套筒7、位移传感器8以及垫板9连接构成。

本实施例的底座1是长方体结构，用于固定整体装置的一个安装平台，在底座1上安装有钢绞线张拉机构，该钢绞线张拉机构主要是能够将待测先张法构件的混凝土固定，对钢绞线施加荷载的试验平台，主要包含有能够提供荷载驱动力的液压缸2和能够为固定待测先张法构件混凝土部分的装置提供安装环境的支撑架4。液压缸2安装在底座1的中心位置，其伸缩杆在底座中部可沿竖直方向伸缩，在液压缸2伸缩杆顶端通过螺纹紧固件安装有一个传力组件3，参见图2，该传力组件3是由锚具3-2、顶板3-1、底板3-4以及连接在顶板3-1和底板3-4之间的连接台柱3-3组成，底板3-4的中心用紧固件与液压缸2的伸缩杆末端固定，参见图3，在顶板3-1上加工有一个钢绞线限位槽，该钢绞线限位槽是U型槽结构，槽宽为18mm±2mm，侧向开口，槽底延伸至顶板3-1的中心，锚具3-2是卡在顶板3-1的下表面用于固定钢绞线。支撑架4固定在底座1的四个角上，在支撑架4的顶部通过螺纹紧固件固定安装有一个测力传感器5，该测力传感器5属于常用的电阻应变式传感器，在该测力传感器5的底部通过螺纹紧固件固定安装套筒放置架6，该套筒放置架6位于传力组件3的正上方，其结构是将顶部和底部的正方形钢板通过矩形钢管焊接为一体结构，该套筒放置架6的顶部板与测力传感器5用螺纹紧固件固定，底部板用于固定可盛放待测先张法构件的套筒7，在底部板上加工有一个18mm±2mm、槽深为60mm的U型钢绞线卡槽，钢绞线卡槽的槽口侧开，且槽底延伸至底部板的中心位置，与传力组件3的钢绞线限位槽正对，在套筒放置架6的底部板上表面中心用环氧树脂胶粘结有橡胶垫板9，该垫板9是厚度为1.5cm、边长为140mm的正方形板，其目的是起到缓冲作用，防止力突然增加或减小而影响试验结果的准确性，在垫板9上安装有钢制套筒7，该套筒7的底部是与垫板9等大的正方形钢板，其四角用螺纹紧固件穿过垫板9与套筒放置架6的底部紧固在套筒放置架6上，该套筒7的高度h与其直径d之间满足：3≤h/d≤5，且套筒7直径d与待测的先张法构件中混凝土骨料的最大粒径d′之间的比值满足：2.5≤d/d′≤4.5，本实施例中选用套筒7的直径d为12cm，高h为50cm，其底部中心位置也加工有钢绞线孔，待测先张法构件的钢绞线穿过该钢绞线孔延伸至套筒放置架6的钢绞线卡槽内。在套筒7的侧壁上安装有位移传感器8，可用于检测先张法构件钢绞线与混凝土之间的滑动位移。

用上述测试装置对先张法构件中钢绞线与混凝土间的粘结应力进行测试的方法由以下步骤实现：

(1)将钢绞线固定在套筒7内且下端垂直穿过套筒7底部的钢绞线孔延伸至套筒7外，向套筒7内灌注配制好的骨料最大粒径d’为40mm的混凝土，至套筒7高度的二分之一处，振捣1min后灌注混凝土至与套筒7的筒口平齐，保证混凝土密实后按常规养护方法进行养护。

(2)将盛装有先张法构件的套筒7固定在套筒放置架6上，使先张法构件的钢绞线竖直延伸至传力组件3内并用传力组件3的锚具3-2紧固在钢绞线限位槽内，液压缸2的伸缩杆回收驱动传力组件3向下移动对钢绞线施加预拉力，荷载为1MPa，持荷30s，消除橡胶垫板9的变形影响，之后按照0.5MPa/s的加载速率对钢绞线施加拉力，用测力传感器5和位移传感器8实时记录荷载大小和钢绞线的位移值，并绘制荷载-位移曲线。

(3)持续加载至钢绞线的荷载-位移曲线出现明显的水平段，停止加载，此时，钢绞线与混凝土粘结失效，荷载达到最大，在荷载-位移曲线上的转折点处所对应的最大荷载力即为钢绞线与混凝土的粘结应力。

实施例2

本实施例的测试装置中，垫板9的厚度为1cm、边长为120mm，其目的是起到缓冲作用，防止力突然增加或减小而影响试验结果的准确性，在垫板9上安装有钢制套筒7，该套筒7的底部是与垫板9等大的正方形钢板，其四角用螺纹紧固件穿过垫板9与套筒放置架6的底部紧固在套筒放置架6上，该套筒7的高度h与其直径d之间满足：h/d＝3且套筒7直径d与待测的先张法构件中混凝土骨料的最大粒径d′之间的比值满足：d/d′＝2.5，即本实施例中选用套筒7的直径d为10cm，高h为30cm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

用该测试装置测试先张法构件中钢绞线与混凝土间的粘结应力的方法中，步骤(1)是将钢绞线固定在套筒7内且下端垂直穿过套筒7底部的钢绞线孔延伸至套筒7外，向套筒7内灌注配制好的混凝土，至套筒7高度的二分之一处，振捣2min后灌注混凝土至与套筒7的筒口平齐，保证混凝土密实后按常规养护方法进行养护。

步骤(2)是将盛装有先张法构件的套筒7固定在套筒放置架6上，使先张法构件的钢绞线竖直延伸至传力组件3内并用传力组件3的锚具3-2紧固在钢绞线限位槽内，液压缸2的伸缩杆回收驱动传力组件3向下移动对钢绞线施加预拉力，荷载为1MPa，持荷30s，消除橡胶垫板9的变形影响，之后按照0.6MPa/s的加载速率对钢绞线施加拉力，用测力传感器5和位移传感器8实时记录荷载大小和钢绞线的位移值，并绘制荷载-位移曲线。

其他的步骤与实施例1相同，得出该先张法构件中钢绞线与混凝土的粘结应力。

实施例3

本实施例的测试装置中，垫板9的厚度为2cm、边长为20cm，其目的是起到缓冲作用，防止力突然增加或减小而影响试验结果的准确性，在垫板9上安装有钢制套筒7，该套筒7的底部是与垫板9等大的正方形钢板，其四角用螺纹紧固件穿过垫板9与套筒放置架6的底部紧固在套筒放置架6上，该套筒7的高度h与其直径d之间满足：h/d＝5且套筒7直径d与待测的先张法构件中混凝土骨料的最大粒径d′之间的比值满足：d/d′＝4.5，即本实施例中选用套筒7的直径d为18cm，高h为90cm。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

用该测试装置对先张法构件的钢绞线与混凝土之间粘结应力的测试方法也与实施例1相同。

上述实施例中没有详细描述的部件及连接方式均属于常规技术，本领域技术人员均可知的，具体的参数可以根据实际使用在实施例的数据范围内调整。

Claims (2)

1.一种先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置，包括固定在底座(1)上的钢绞线张拉机构，该钢绞线张拉机构包括液压缸(2)以及固定在底座(1)上的支撑架(4)，在支撑架(4)的顶部设置有用于检测先张法构件的钢绞线与混凝土之间粘结应力的测力传感器(5)，在测力传感器(5)的底部设置有套筒放置架(6)，套筒放置架(6)的底部与套筒(7)筒底之间设置有橡胶垫板(9)，套筒放置架(6)的底部加工有开口的钢绞线卡槽，其特征在于：在套筒放置架(6)上的底部中心位置设置有用于固定先张法构件的套筒(7)，在套筒(7)的底部中心加工有与钢绞线卡槽相对的钢绞线孔，在套筒(7)的侧壁上设置有用于检测先张法构件的钢绞线与混凝土之间滑动的位移传感器(8)；在套筒放置架(6)下方设置有固定在液压缸(2)伸缩杆顶端并可对先张法构件延伸至套筒(7)外的钢绞线自由端施加拉力的传力组件(3)；

所述的传力组件(3)为：在顶板(3-1)上加工有与套筒放置架(6)的钢绞线卡槽相对应的钢绞线限位槽，钢绞线限位槽是U型槽结构，底板(3-4)的中心用紧固件与液压缸(2)的伸缩杆固定，先张法构件延伸至套筒(7)外的钢绞线自由端通过锚具(3-2)固定在顶板(3-1)的钢绞线限位槽内。

2.根据权利要求1所述的先张法构件中钢绞线与混凝土间粘结应力测试装置，其特征在于：所述的套筒(7)的高度h与其直径d之间满足：3≤h/d≤5且套筒(7)直径d与先张法构件的混凝土骨料最大粒径d′之间的比值满足2.5≤d/d′≤4.5。