CN105716949B - 一种测试frp布应力松弛的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试FRP布应力松弛的试验方法。设置一种试验装置，包括固定端、张拉端和搭接板。固定端由固定端夹具、底板和加劲肋组成。张拉端由张拉端夹具、张拉端竖向挡板、水平垫块和底板组成。搭接板通过螺栓与固定端和张拉端的底板连接成整体。固定端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接而成。上侧水平钢板中间和竖向钢板上方开一凹槽，形成一个开孔。张拉端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接成U形钢板。对FRP布条均匀地施加预应力，FRP布条的宽度长度可调节，开展大量试验，积累数据，认识总结FRP布的应力松弛性能。本发明方法使用的试验装置构造简单，组装方便，不占空间，且该方法可操作性强，便于大规模推广应用。

Description

一种测试FRP布应力松弛的试验方法

技术领域

本发明属于土木工程结构领域，特别涉及一种测试FRP布应力松弛的试验方法。该试验方法适用于在预应力FRP布结构加固中由于应力松弛而引起的预应力损失量的确定。

背景技术

近年来，需加固补强的建筑桥梁结构日渐增多，传统的加固方式有加大截面法、粘钢加固法以及粘纤维布加固等方法。其中粘碳纤维布加固法又以其施工方便、不增加建筑物自重等优势近年来得到广泛应用，但使用后问题随之而来。首先，经大量文献试验研究表明，该加固方法能提高构件的承载力有限，且未能充分发挥纤维布高强度的特点，利用效率较低；其次，粘结纤维布所用的胶体耐久性能较低，结硬后，长期暴露在空气中易老化，造成碳纤维布整体的剥离、脱落，从而丧失加固效果。为了解决这些问题，可对FRP纤维布施加预应力，从而对结构进行主动加固，让FRP的高抗拉强度得到充分发挥，提高纤维布的使用效率，且预应力能减小裂缝宽度，并有效控制裂缝的进一步开展。同时，经研究发现该加固方法可提高构件的承载力比普通粘贴的方法高。为了推广应用，预应力纤维片材加固过程中的预应力损失尚需进一步研究，尤其是其应力松弛损失。目前对FRP纤维布应力松弛研究较少，仅国内外个别学者对不同FRP材料的应力松弛进行了初步试验研究，但其试验设备较为复杂，需要专门的加载设备，测试布条的长度宽度较小。为了更深入的研究及确定FRP材料的应力松弛性能，采用构造简单、加载方便、试件FRP布长度及宽度可调节的专用FRP布应力松弛试验装置，通过大量预应力FRP布应力松弛试验，获得不同条件下FRP布总的应力松弛量及应力松弛率，为合理确定FRP布应力松弛计算模型及计算公式提供数据支持，分析FRP材料的松弛性能对其工程运用可能产生的影响，对预应力FRP纤维加固技术有很好的推动作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试FRP布应力松弛的试验方法。

具体步骤为：

(1)设置一种测试FRP布应力松弛的试验装置，包括固定端、张拉端和搭接板；固定端由底板、固定端夹具和加劲肋组成；张拉端由底板、张拉端夹具、张拉端竖向挡板和水平垫块组成；搭接板通过锚栓与底板连接成整体。

固定端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接而成，水平钢板两端开两个锚孔，孔径及其间距与所固定的纤维布自锁式锚具的两个锚孔一致，两块水平钢板的竖向净距通过自锁式锚具的厚度再加上四块水平垫片厚度确定，水平钢板和竖向钢板的长度通过自锁式锚具的长度再两边各伸出20毫米确定；水平钢板的宽度为自锁式锚具的宽度加上竖板的厚度再加上10毫米；竖向钢板的高度为110～120毫米；上侧水平钢板中间和竖向钢板上方开一凹槽，形成一个开孔供FRP布穿过；竖向钢板与固定端底板焊接在一起；加劲肋是两等边边长为60～70毫米的等腰直角三角形钢板；加劲肋设置4个，在固定端夹具竖向钢板开孔两侧每侧两个；加劲肋两等边与固定端夹具竖向钢板及固定端底板焊接，起到加强固定端刚度的作用。

张拉端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接成U形钢板；水平钢板间的净距、水平及竖向钢板的长度以及水平钢板两端的锚孔间距与固定端夹具相同；水平钢板的宽度为固定端夹具水平钢板的宽度加上张拉锚杆端部的厚度再加上10毫米；张拉端夹具的竖向钢板中央开一直径为20毫米的螺孔供张拉锚杆穿过；张拉端竖向挡板高为160毫米，在张拉端夹具的竖向钢板开孔投影对应的位置处开同样大小的锚孔供张拉锚杆穿过；张拉端水平垫块设在张拉端底板端部两侧，同底板和张拉端竖向挡板焊接；水平垫块长1400毫米，宽20毫米、高20～30毫米，其上放置张拉端夹具。

底板与搭接板通过锚栓连接成整体，其搭接段的长度为800毫米，通过不同长度规格的搭接板调节应力松弛试验装置的长度，自锁式锚具所锚固的FRP布宽度能够在150毫米范围内调节，从而能够进行不同宽度和长度预应力FRP布应力松弛试验。

所述钢板均采用Q235B级及以上优质钢材，其中固定端夹具及张拉端夹具的竖向钢板和张拉端竖向挡板板厚为30毫米，固定端夹具及张拉端夹具的水平钢板厚度为15毫米，其他钢板均要求厚度≥20毫米；张拉锚杆及锚具螺栓均采用12.9级的高强锚杆，其抗剪切应力等级为12.9GPa。

(2)组装步骤(1)设置的测试FRP布应力松弛的试验装置，将搭接板两侧的螺孔与底板的螺孔对准，穿入锚栓并拧紧。

(3)确定FRP布的下料长度并裁剪。

(4)将步骤(3)裁剪的FRP布一端放入自锁式锚具的两片夹片中并拧紧夹片，将FRP布沿着锚具夹片环向缠绕3圈，并保证缠绕过程中FRP布与锚具夹片之间裹紧。

(5)将裹紧好FRP布的自锁式锚具放置在固定端夹具中，并将自锁式锚具上的锚孔与固定端夹具水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧。

(6)将步骤(3)裁剪的FRP布另一端穿过固定端夹具中上侧水平钢板中间和竖向钢板上方形成的开孔。

(7)将张拉锚杆的螺杆穿过张拉端夹具及张拉端竖向挡板的锚孔，在张拉锚杆上套上压力传感器，再将垫片和螺母套在张拉锚杆的螺杆上。

(8)将FRP布另一端在自锁式锚具缠紧，并将自锁式锚具上的锚孔与张拉端夹具水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧。

(9)在FRP布上每隔一定距离粘贴应变片并接线与应变采集仪连接上，用扳手拧紧锚具螺栓上的螺母，记录压力传感器以及应变片的读数，持续加载直至传感器记录的试验力及应变数值达到预设FRP布预应力度所对应的力和应变数值，完成对FRP布预应力的施加。

(10)施加完预应力后，保持FRP布的应变恒定，即锁定FRP布的变形，每隔一定时间间隔通过压力传感器记录试验力值，通过分析试验力的长期变化能够得到预应力FRP布的应力松弛量大小及其应力松弛性能，即完成测试FRP布应力松弛的试验。

本发明方法具有以下优点：

1、本发明方法使用的FRP布应力松弛试验装置构造简单，组装方便，不占空间。

2、本发明方法可操作性强，便于大量的开展此类试验，积累丰富的数据，更好的认识总结在预应力下FRP布的应力松弛性能，推广预应力FRP布结构加固技术的运用。

附图说明

图1为本发明实施例使用的试验装置的总体结构图。

图2为本发明实施例使用的试验装置的剖面结构图。

图3为本发明实施例使用的试验装置的固定端结构示意图。

图4为本发明实施例使用的试验装置的张拉端结构示意图。

图5为本发明实施例中锚固FRP布条的自锁式锚具结构图。

图中标记：1-固定端；2-张拉端；3-搭接板；4-底板；5-固定端夹具；6-加劲肋；7-张拉端夹具；8-张拉端竖向挡板；9-水平垫块；10-锚栓；11-自锁式锚具；12-FRP布；13-张拉锚杆；14-锚具螺栓。

具体实施方式

实施例：

如图1～5所示，本实施例对CFRP布应力松弛进行测试试验，具体步骤为：

(1)设置一种试验装置，包括固定端1、张拉端2和搭接板3。固定端1由底板4、固定端夹具5和加劲肋6组成。张拉端2由底板4、张拉端夹具7、张拉端竖向挡板8和水平垫块9组成。搭接板3通过锚栓10与底板4连接成整体。

固定端夹具5由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接而成。水平板两端开两个锚孔，孔径及其间距与所固定的纤维布自锁式锚具11的两个锚孔一致。两块水平钢板的竖向净距通过自锁式锚具11的厚度再加上四块水平垫片厚度确定。水平钢板和竖向钢板的长度通过自锁式锚具11的长度再两边各伸出20毫米确定。水平钢板的宽度为自锁式锚具11的宽度加上竖板的厚度再加上10毫米。竖向钢板的高度为115毫米。上侧水平钢板中间和竖向钢板上方开一凹槽，形成一个开孔供FRP布12穿过。竖向钢板与固定端底板4焊接在一起。加劲肋6是两等边边长为65毫米的等腰直角三角形钢板。加劲肋6设置4个，在固定端夹具5竖向钢板开孔两侧每侧两个。加劲肋6两等边与固定端夹具5竖向钢板及固定端底板焊接，起到加强固定端1刚度的作用。

张拉端夹具7由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接成U形钢板。水平钢板间的净距、水平及竖向钢板的长度以及水平钢板两端的锚孔间距与固定端夹具5相同。水平钢板的宽度为固定端夹具5水平钢板的宽度加上张拉锚杆13端部的厚度再加上10毫米。张拉端夹具7的竖向钢板中央开一直径为20毫米的螺孔供张拉锚杆13穿过。张拉端竖向挡板8高为160毫米，在张拉端夹具7的竖向钢板开孔投影对应的位置处开同样大小的锚孔供张拉锚杆13穿过。张拉端水平垫块9设在张拉端侧底板4端部两侧，同底板4和张拉端竖向挡板8焊接。水平垫块9长1400毫米，宽20毫米、高25毫米。其上放置张拉端夹具7。

底板4与搭接板3通过锚栓10连接成整体，其搭接段的长度为800毫米。通过不同长度规格的搭接板3调节应力松弛试验装置的长度，自锁式锚具11所锚固的FRP布12宽度能够在150毫米范围内调节。从而能够进行不同宽度和长度预应力FRP布应力松弛试验。

所述钢板均采用Q235B级优质钢材，其中固定端夹具5及张拉端夹具7的竖向钢板和张拉端竖向挡板8板厚为30毫米，固定端夹具5及张拉端夹具7的水平钢板厚度为15毫米，其他钢板均要求厚度≥20毫米。张拉锚杆13及锚具螺栓14均采用12.9级的高强锚杆，其抗剪切应力等级为12.9GPa。

(2)组装步骤(1)设置的试验装置，将搭接板3两侧的螺孔与底板4的螺孔对准，穿入锚栓10并拧紧。

(3)确定FRP布12的下料长度并裁剪。

(4)将步骤(3)裁剪的FRP布12一端放入自锁式锚具11的两片夹片中并拧紧夹片，将FRP布12沿着锚具夹片环向缠绕3圈，并保证缠绕过程中FRP布12与锚具夹片之间裹紧。

(5)将裹紧好FRP布12的自锁式锚具11放置在固定端夹具5中，并将自锁式锚具11上的锚孔与固定端夹具5水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓14的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧。

(6)将步骤(3)裁剪的FRP布12另一端穿过固定端夹具5中上侧水平钢板中间和竖向钢板上方形成的开孔。

(7)将张拉锚杆13的螺杆穿过张拉端夹具7及张拉端竖向挡板8的锚孔，在张拉锚杆13上套上压力传感器，再将垫片和螺母套在张拉锚杆13的螺杆上。

(8)将FRP布12另一端在自锁式锚具11缠紧，并将自锁式锚具11上的锚孔与张拉端夹具7水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓14的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧。

(9)在FRP布12上每隔一定距离粘贴应变片并接线与应变采集仪连接上，用扳手拧紧锚具螺栓14上的螺母，记录压力传感器以及应变片的读数，持续加载直至传感器记录的试验力及应变数值达到预设FRP布12预应力度所对应的力和应变数值，完成对FRP布12预应力的施加。

(10)施加完预应力后，保持FRP布12的应变恒定，即锁定FRP布12的变形，每隔一定时间间隔通过压力传感器记录试验力值，通过分析试验力的长期变化能够得到预应力FRP布12的应力松弛量大小及其应力松弛性能，即完成测试FRP布应力松弛的试验。

所述FRP布12为CFRP布。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行一些修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种测试FRP布应力松弛的试验方法，其特征在于具体步骤为：

(1)设置一种测试FRP布应力松弛的试验装置，包括固定端、张拉端和搭接板；固定端由底板、固定端夹具和加劲肋组成；张拉端由底板、张拉端夹具、张拉端竖向挡板和水平垫块组成；搭接板通过锚栓与底板连接成整体；

固定端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接而成，水平钢板两端开两个锚孔，孔径及其间距与所固定的纤维布自锁式锚具的两个锚孔一致，两块水平钢板的竖向净距通过自锁式锚具的厚度再加上四块水平垫片厚度确定，水平钢板和竖向钢板的长度通过自锁式锚具的长度再两边各伸出20毫米确定；水平钢板的宽度为自锁式锚具的宽度加上竖板的厚度再加上10毫米；竖向钢板的高度为110~120毫米；上侧水平钢板中间和竖向钢板上方开一凹槽，形成一个开孔供FRP布穿过；竖向钢板与固定端底板焊接在一起；加劲肋是两等边边长为60~70毫米的等腰直角三角形钢板；加劲肋设置4个，在固定端夹具竖向钢板开孔两侧每侧两个；加劲肋两等边与固定端夹具竖向钢板及固定端底板焊接，起到加强固定端刚度的作用；

张拉端夹具由两块水平钢板和一块竖向钢板焊接成U形钢板；水平钢板间的净距、水平及竖向钢板的长度以及水平钢板两端的锚孔间距与固定端夹具相同；水平钢板的宽度为固定端夹具水平钢板的宽度加上张拉锚杆端部的厚度再加上10毫米；张拉端夹具的竖向钢板中央开一直径为20毫米的螺孔供张拉锚杆穿过；张拉端竖向挡板高为160毫米，在张拉端夹具的竖向钢板开孔投影对应的位置处开同样大小的锚孔供张拉锚杆穿过；张拉端水平垫块设在张拉端底板端部两侧，同底板和张拉端竖向挡板焊接；水平垫块长1400毫米，宽20毫米、高20~30毫米，其上放置张拉端夹具；

底板与搭接板通过锚栓连接成整体，其搭接段的长度为800毫米，通过不同长度规格的搭接板调节应力松弛试验装置的长度，自锁式锚具所锚固的FRP布宽度能够在150毫米范围内调节，从而能够进行不同宽度和长度预应力FRP布应力松弛试验；

所述钢板均采用Q235B级及以上优质钢材，其中固定端夹具及张拉端夹具的竖向钢板和张拉端竖向挡板板厚为30毫米，固定端夹具及张拉端夹具的水平钢板厚度为15毫米，其他钢板均要求厚度≥20毫米；张拉锚杆及锚具螺栓均采用12.9级的高强锚杆，其抗剪切应力等级为12.9GPa；

(2)组装步骤(1)设置的测试FRP布应力松弛的试验装置，将搭接板两侧的螺孔与底板的螺孔对准，穿入锚栓并拧紧；

(3)确定FRP布的下料长度并裁剪；

(4)将步骤(3)裁剪的FRP布一端放入自锁式锚具的两片夹片中并拧紧夹片，将FRP布沿着锚具夹片环向缠绕3圈，并保证缠绕过程中FRP布与锚具夹片之间裹紧；

(5)将裹紧好FRP布的自锁式锚具放置在固定端夹具中，并将自锁式锚具上的锚孔与固定端夹具水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧；

(6)将步骤(3)裁剪的FRP布另一端穿过固定端夹具中上侧水平钢板中间和竖向钢板上方形成的开孔；

(7)将张拉锚杆的螺杆穿过张拉端夹具及张拉端竖向挡板的锚孔，在张拉锚杆上套上压力传感器，再将垫片和螺母套在张拉锚杆的螺杆上；

(8)将FRP布另一端在自锁式锚具缠紧，并将自锁式锚具上的锚孔与张拉端夹具水平钢板上的锚孔对准，并在其之间放置螺母垫片，将锚具螺栓的螺杆穿入其中，将螺母套在螺杆上并用扳手拧紧；

(9)在FRP布上每隔一定距离粘贴应变片并接线与应变采集仪连接上，用扳手拧紧锚具螺栓上的螺母，记录压力传感器以及应变片的读数，持续加载直至传感器记录的试验力及应变数值达到预设FRP布预应力度所对应的力和应变数值，完成对FRP布预应力的施加；

(10)施加完预应力后，保持FRP布的应变恒定，即锁定FRP布的变形，每隔一定时间间隔通过压力传感器记录试验力值，通过分析试验力的长期变化能够得到预应力FRP布的应力松弛量大小及其应力松弛性能，即完成测试FRP布应力松弛的试验。