CN106018270B - 一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置 - Google Patents

一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于土木与结构工程领域，涉及一种适用于增强筋材粘结‑滑移滞回性能测试的拉拔试验装置。该拉拔试验装置包括反力框架、紧固钢板、上部夹持装置和拉拔试件；反力框架由框架顶板、框架侧板和框架底板通过螺栓固定连接而成，并通过连接件与试验机底座固定连接；紧固钢板和拉拔试件通过螺栓压实；上部夹持装置中的螺纹钢轴上部与试验机的荷载传感器螺旋连接，下部与钢套筒上部内侧螺旋连接，且通过沿螺纹方向旋转实现钢套筒的上升和下降，钢套筒下部与增强筋材端部连接。本发明结构简单，在施加反复荷载时，试件与反力框架之间保持静力平衡，不会发生相对错动；增强筋材与混凝土的应力状态保持一致。

Description

一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验 装置
技术领域
本发明属于土木与结构工程领域，涉及一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置。
背景技术
由于其良好的受拉性能，增强筋材(包括钢筋、钢绞线以及纤维增强复合材料筋等)广泛应用于混凝土结构工程。增强筋材主要被布置在结构或构件的受拉区域，用于弥补混凝土受拉强度不足的缺点。混凝土结构受荷时，外荷载产生的内力首先施加于混凝土，随后传递到增强筋材上，而保证内力传递的关键就是筋材与混凝土之间的粘结作用。因此，增强筋材与混凝土的粘结性能是土木与结构工程中的基本问题。一般来讲，筋材的粘结性能主要通过粘结应力与相对滑移量的关系来描述，其对混凝土结构的影响主要体现在：(1)较小的粘结应力将无法保证混凝土与筋材之间的应力传递，从而导致结构的承载能力降低；(2)较大的相对滑移将使得构件产生较大的变形，影响结构的正常使用。当结构承受地震、风等动力荷载作用时，会产生往复的变形或位移，此时增强筋材与混凝土之间的相对滑移也呈现出滞回的特点。这种情况下，往复的相对滑移会导致粘结应力迅速下降，严重危害结构安全。因此，对增强筋材与混凝土之间粘结滑移滞回性能的研究有很大的学术和工程应用意义。
由于采用较为简单的装置和试件形式，拉拔试验是广泛使用的一种测试增强筋材与混凝土之间粘结滑移滞回性能的试验方法。其直接在筋材上施加拉力或压力，通过约束筋材拉拔端的混凝土来平衡所施加的反复荷载，因此在加载过程中，筋材与混凝土的应力状态是相反的，即当钢筋受拉时，混凝土是受压的。这种应力状态与真实情况不符，而且混凝土受到的压应力会对粘结破坏形态产生影响，从而得到不准确的粘结-滑移滞回关系。因此，亟待需要对传统拉拔试验进行改进，提出一种满足构件或结构中真实应力状态的用于增强筋材与混凝土粘结滑移滞回性能测试的试验装置。
发明内容
本发明提供一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置，在试验过程中，筋材与混凝土的应力状态与真实构件或结构相同。
本发明的技术方案为：
一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置，包括反力框架、紧固钢板2、上部夹持装置3以及拉拔试件14。
所述的反力框架包括一个框架顶板4、两个框架侧板5和一个框架底板6。框架顶板4、框架侧板5和框架底板6通过螺栓10固定连接，通过连接件7与试验机底座固定连接。框架顶板4为矩形钢板，矩形钢板短边两侧各分布有一排螺纹孔8，靠近一侧螺纹孔8的位置分布有第三排螺纹孔8，靠近另一侧螺纹孔8的位置分布一个矩形开槽9。框架底板6为矩形钢板，矩形钢板上与框架顶板4三排螺纹孔8相对应位置分布有同样的三排螺纹孔8，矩形钢板上分布圆形开槽11，矩形开槽9与圆形开槽11位于同一中心线上。框架侧板5为一个具有凹槽的长方体，凹槽的上下两个侧面分别分布有一排螺纹孔8，凹槽长方体底面两端各分部一排螺纹孔8；上侧面的螺纹孔8与框架顶板4最外侧的螺纹孔8通过螺栓10固定连接；下侧面的螺纹孔8与框架底板6最外侧的螺纹孔8通过螺栓10固定连接。连接件7为带帽螺栓，其螺杆直径略小于圆形开槽11的直径，螺帽直径大于圆形开槽11的直径。连接件7穿过框架底板4的圆形开槽11与试验机底座通过螺母12螺旋固定连接。
所述的紧固钢板2为矩形钢板，其上分布一排圆形凹槽13，每排圆形凹槽13的个数和直径与每排螺纹孔8的个数和直径相同，螺栓10穿过每排螺纹孔8通过圆形凹槽13将紧固钢板2与拉拔试件14压实。所述的每排螺纹孔8具体指框架顶板4除了两侧螺纹孔8外的第三排螺纹孔8、框架底板6除了两侧螺纹孔8外的第三排螺纹孔8和框架侧板5凹槽长方体底面两端的螺纹孔8。
所述的上部夹持装置3包括螺纹钢轴15和钢套筒16，钢套筒16上部内侧加工为螺纹，下部内侧加工为螺纹。螺纹钢轴15上部与试验机的荷载传感器螺旋连接，下部与钢套筒16上部内侧螺旋连接，且通过沿螺纹方向旋转实现钢套筒16的上升和下降。
所述的拉拔试件14包括长方体混凝土试块17和埋置在试块中的增强筋材18。增强筋材18偏心埋置在混凝土试块17中，且保证其穿过矩形开槽9的中心位置。在增强筋材18埋置位置的两端分别设置非粘结段19。增强筋材18端部加工为螺纹，与钢套筒16下部连接。
本发明有益效果为：解决了传统拉拔粘结试验中增强筋材和混凝土的应力状态与真实情况不符的问题，采用本发明装置可以通过形式较为简单的拉拔试件测试增强筋材与混凝土间的滞回粘结性能。在施加反复荷载过程中，拉拔力与竖向紧固钢板提供的反力平衡，附加弯矩则由侧向的紧固钢板提供的反力平衡，因此试件与反力框架之间保持静力平衡，不会发生相对错动。而在筋材的受力端，混凝土没有受到反力框架的约束，因此可以保证增强筋材与混凝土的应力状态保持一致。同时，紧固钢板产生的反力没有直接作用于粘结区域，也不会对试验结果产生影响。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是反力框架的侧视图；
图3是本发明框架顶板4的平面图；
图4是本发明框架侧板5的平面图；
图5是本发明框架底板6的平面图；
图6是本发明紧固钢板2的平面图；
图7是本发明上部夹持装置3的平面图；
图8(a)是本发明拉拔试件14的侧视图；
图8(b)是本发明拉拔试件14的俯视图；
图中：2紧固钢板；3上部夹持装置；4框架顶板；5框架侧板；6框架底板；7底部连接件；8螺纹孔；9矩形开槽；10螺栓；11圆形开槽；12螺母；13圆形凹槽；14拉拔试件；15螺纹钢轴；16钢套筒；17混凝土试块；18增强筋材；19非粘结段。
具体实施方式
一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置，包括反力框架、紧固钢板2、上部夹持装置3以及拉拔试件14(图8(a)和图8(b)是拉拔试件14的侧视图和俯视图)，本发明整体结构示意图如图1所示。
所述的反力框架包括一个框架顶板4、两个框架侧板5和一个框架底板6。框架顶板4上分布三排螺纹孔8和矩形开槽9。框架底板6上分布三排螺纹孔8和圆形开槽11矩形开槽9与圆形开槽11位于同一中心线上。框架侧板5为一个具有凹槽和螺纹孔8的长方体。连接件7穿过框架底板4的圆形开槽11与试验机底座通过螺母12螺旋固定连接。
所述的紧固钢板2上分布一排圆形凹槽13，每排圆形凹槽13的个数和直径与每排螺纹孔8的个数和直径相同，螺栓10穿过每排螺纹孔8通过圆形凹槽13将紧固钢板2与拉拔试件14压实。
所述的上部夹持装置3中的螺纹钢轴15上部与试验机的荷载传感器螺旋连接，螺纹钢轴15下部与钢套筒16上部内侧螺旋连接，且通过沿螺纹方向旋转实现钢套筒16的上升和下降。
所述的拉拔试件14包括长方体混凝土试块17和埋置在试块中的增强筋材18。增强筋材18偏心埋置在混凝土试块17中，且保证其穿过矩形开槽9的中心位置。增强筋材18端部与钢套筒16下部连接。
该拉拔试验装置安装及使用步骤具体为：
(1)首先组装反力框架，如图2所示，使用螺栓10分别通过螺纹孔8将框架顶板4、框架侧板5及框架底板6固定，(图3是框架顶板4的平面图，图4是框架侧板5的平面图，图5是框架底板6的平面图)。将底部连接件7穿过框架底板6的圆形开槽11，将螺母12螺旋套在底部连接件的螺杆上。将底部连接件7与试验机底座螺旋连接，再将螺母12向上旋紧直至反力框架牢固的连接于试验机底座。
(2)将拉拔试件14放入反力框架1，使增强筋材18穿过框架顶板4的矩形开槽9。调整试件位置，使增强筋材18与底部连接件7的中心对齐。保持该试件位置，使用紧固钢板2(图6是紧固钢板2的平面图))在竖直方向固定试件，即在框架顶板4和框架底板6的中间螺纹孔8处，使用螺栓10将紧固钢板2与试件的上端和下端压实。再采用类似的步骤，通过框架侧板5上的凹槽长方体底面两端的螺纹孔8将紧固钢板2与试件的侧面压实，直至试件牢固的固定。检查增强筋材18与底部连接件7的对中情况，微调与试件固定的紧固钢板2直到增强筋材18与底部连接件7完全对中。
(3)调节上部夹持装置3(图7是上部夹持装置3的平面图)直至与增强筋材18靠近，通过螺旋钢套筒16使之下降，直到可以与增强筋材18的上端螺纹旋转连接，完成上部夹持装置3与增强筋材18的连接。
(4)施加反复拉拔荷载，通过荷载传感器采集粘结应力，通过位移计采集增强筋材18与混凝土试块17之间的相对滑移，测试粘结滑移滞回性能。

Claims (1)

1.一种适用于增强筋材粘结-滑移滞回性能测试的拉拔试验装置，其特征在于，该拉拔试验装置包括反力框架、紧固钢板(2)、上部夹持装置(3)以及拉拔试件(14)；
所述的反力框架由框架顶板(4)、框架侧板(5)和框架底板(6)通过螺栓(10)固定连接而成，反力框架通过连接件(7)与试验机底座固定连接；框架顶板(4)为矩形钢板，矩形钢板短边两侧各分布有一排螺纹孔(8)，靠近一侧螺纹孔(8)的位置分布有第三排螺纹孔(8)，靠近另一侧螺纹孔(8)的位置分布一个矩形开槽(9)；框架底板(6)为矩形钢板，矩形钢板上与框架顶板(4)三排螺纹孔(8)相对应位置分布有同样的三排螺纹孔(8)，矩形钢板上分布圆形开槽(11)，矩形开槽(9)与圆形开槽(11)位于同一中心线上；框架侧板(5)为一个具有凹槽的长方体，凹槽的上下两个侧面分别分布有一排螺纹孔(8)，凹槽长方体底面两端各分部一排螺纹孔(8)；上侧面的螺纹孔(8)与框架顶板(4)最外侧的螺纹孔(8)通过螺栓(10)固定连接；下侧面的螺纹孔(8)与框架底板(6)最外侧的螺纹孔(8)通过螺栓(10)固定连接；连接件(7)为带帽螺栓，其螺杆直径略小于圆形开槽(11)的直径，螺帽直径大于圆形开槽(11)的直径；连接件(7)穿过框架底板(6 )的圆形开槽(11)与试验机底座通过螺母(12)螺旋固定连接；
所述的紧固钢板(2)为矩形钢板，分布一排圆形凹槽(13)，每排圆形凹槽(13)的个数和直径与每排螺纹孔(8)的个数和直径相同，螺栓(10)穿过每排螺纹孔(8)通过圆形凹槽(13)将紧固钢板(2)与拉拔试件(14)压实；所述的每排螺纹孔(8)具体指框架顶板(4)除了两侧螺纹孔(8)外的第三排螺纹孔(8)、框架底板(6)除了两侧螺纹孔(8)外的第三排螺纹孔(8)和框架侧板(5)凹槽长方体底面两端的螺纹孔(8)；
所述的上部夹持装置(3)包括螺纹钢轴(15)和钢套筒(16)，钢套筒(16)上部内侧和下部内侧均加工为螺纹；螺纹钢轴(15)上部与试验机的荷载传感器螺旋连接，下部与钢套筒(16)上部内侧螺旋连接，且通过沿螺纹方向旋转实现钢套筒(16)的上升和下降；
所述的拉拔试件(14)包括长方体混凝土试块(17)和埋置在试块中的增强筋材(18)；增强筋材(18)偏心埋置在混凝土试块(17)中，且保证其穿过矩形开槽(9)的中心位置；在增强筋材(18)埋置位置的两端分别设置非粘结段(19)；增强筋材(18)端部加工为螺纹，与钢套筒(16)下部连接。
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