CN106840917A - 一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，通过在底板一端设置固定座，支撑螺杆与固定板垂直相连，底板顶面中部固定连接有支撑座，支撑座与试件之间还设有支撑垫板，底板顶面另一端设有夹持试件钢筋和FRP条带的夹具，夹具朝向试件的侧面设有供FRP条带穿过的第一通孔，夹具上部还设有能夹紧FRP条带的夹板，第一通孔下方有第二通孔，长螺杆一端穿过第二通孔，另一端与千斤顶相连，使得夹具获得向后拉的作用力。第二通孔的下方还设有第三通孔供钢筋穿过，夹具背向试件的侧面还设有翼板通过螺杆与钢筋相连并覆盖第三通孔。本发明通过考虑受拉钢筋的劈裂力，精确地模拟FRP加固钢筋混凝梁的板端剥离，具备简单可靠、使用便捷、试验成本低等优点。

Description

一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土梁结构加固领域，特别涉及一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置。

背景技术

现有技术中，纤维增强复合材料(简称FRP)是一种连续纤维和树脂基体复合而成的新型高性能材料。在强度上，FRP材料至少为钢筋材料2倍，甚至可高达10倍。在重量上，FRP材料重量是相同体积钢筋材料的五分之一甚至更少。在耐腐蚀上，FRP材料在海水等腐蚀环境中的预测服役寿命可长达100年或以上。由于FRP材料具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好等优越性能，从而广泛应用于钢筋混凝土结构加固工程。

将FRP片材粘贴于钢筋混凝土梁受拉部位对其进行受弯加固是FRP应用于钢筋混凝土结构加固工程的主要形式之一。这种FRP受弯加固钢筋混凝土梁往往破坏于中部或板端剥离，当发生剥离破坏时，FRP材料的抗拉强度仅仅达到其极限抗拉强度的30％左右，从而影响FRP材料高强度的利用和加固效率。因此，通过科学试验，研究FRP受弯加固钢筋混凝土梁板端剥离的破坏机理，对于提升FRP材料强度利用率和加固效率有重要意义。

针对FRP加固钢筋混凝土梁板端剥离破坏的现有研究主要是基于FRP加固钢筋混凝土梁的试验研究，该类实验影响因素较多，不利于破坏机理的澄清，同时该类实验需要浇筑整条钢筋混凝土梁板，其试验成本较高。因此，开发能够精确模拟FRP加固钢筋混凝土梁板端剥离破坏的简易装置对于深入研究FRP加固钢筋混凝土梁板端剥离破坏机理，乃至完善FRP加固钢筋混凝土梁的设计理论具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种简单可靠、使用便捷的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，旨在精确模拟FRP加固钢筋混凝土梁板端剥离破坏。

为实现上述目的，本发明提出的一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，包括用于承托试件的底板，所述底板一端的左右侧面均设有若干固定座，所述固定座顶面与支撑螺杆垂直相连，所述底板一端上方还设有用于夹紧试件且与所述支撑螺杆配合上下移动的固定板，所述底板顶面中部固定连接有支撑座，所述支撑座与试件之间设有对试件施以均布压力的支撑垫板，所述底板顶面另一端设有用于夹持试件钢筋和FRP条带且可向远离试件移动的夹具，所述夹具朝向试件的侧面上部设有供FRP条带穿过的第一通孔，所述夹具上部还设有可夹紧FRP条带的夹板，所述第一通孔下方设有第二通孔，所述第二通孔通过长螺杆与千斤顶相连且对所述夹具施以远离试件的拉力，所述第二通孔下方设有第三通孔供钢筋穿过，所述夹具背向试件的侧面还设有翼板通过螺杆与钢筋相连并覆盖于所述第三通孔，所述夹具底面与所述底板顶面之间设有用于调整夹具水平状态的调平板，所述调平板设有调节螺栓垂直贯穿所述调平板，所述调节螺栓底部与支撑脚螺纹配合相连且调节所述调平板的水平高度，所述调平板顶面还设有滑动定位装置限制所述夹具在所述调平板上方直线滑动。

优选地，所述滑动定位装置为设置于所述夹具移动方向两侧的L型限位块，所述L型限位块的垂直部设有滚动柱，所述L型限位块的水平部设有滚动球，且所述水平部与所述调平板顶面固定相连，所述夹具底面压于所述水平部上，所述夹具侧面抵触于所述垂直部。

优选地，所述滑动定位装置为设置于所述夹具与所述底板之间的直线导轨，所述直线导轨的固定导轨与所述底板顶面固定相连，所述直线导轨的滑动块与所述夹具底面固定相连。

优选地，所述调平板设有水平尺。

优选地，所述支撑座的上端边沿设有用于避让钢筋和/或FRP条带拉伸的凹槽。

优选地，所述夹板底面和/或所述夹具顶面之间设有用于增大FRP条带夹持作用力的夹持结构。

优选地，所述夹持结构为条状凸块。

优选地，所述夹持结构为设于所述夹板底面和/或所述夹具顶面的滚花。

本发明技术方案通过在承托试件的底板一端左右两侧设置若干固定座，可让固定板上下移动的支撑螺杆与固定座垂直相连，底板顶面中部固定连接有支撑座，支撑座与试件之间还设有支撑垫板，而底板顶面另一端还设有用于夹持试件钢筋和FRP条带的向远离试件移动的夹具，夹具朝向试件的侧面上部设有供FRP条带穿过的第一通孔，夹具上部还设有能夹紧FRP条带的夹板，第一通孔下方设有第二通孔，长螺杆的一端穿过第二通孔，另一端则与千斤顶相连，使得夹具获得向前运动的拉力。第二通孔下方还设有第三通孔供钢筋穿过，夹具背向试件的侧面还设有翼板覆盖于所述第三通孔，与钢筋焊接的螺杆远离焊接位置的一端可穿过翼板中部光孔并以螺母调整栓紧度。

相对于现有技术，本发明的技术方案设置可调节的固定板将试件进行固定，并且通过选用不同高度的支撑垫板对试件施以不同面积的均布压力，通过简单的结构设置即可实现对混凝土梁端部施以均布压力的实验。并且通过选用拥有不同直径的螺杆与钢筋进行焊接，可适应不同外径的钢筋进行实验，并且实验过程中，只需通过更换翼板和螺杆，而不需要更换夹具，可有效降低实验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置的立体图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明实施例1考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置的左视图；

图4为图3中B处的局部放大图；

图5为本发明实施例1中L型限位块的立体图；

图6为本发明实施例1中L型限位块的剖面图；

图7为本发明实施例1中夹具远离试件的侧面图；

图8为本发明实施例1中夹具装配示意图；

图9为本发明实施例5中考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置装配示意图

图10为图9中C处的局部放大图；

图11为本发明实施例4考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置的立体图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	底板	77	紧固螺栓
2	固定座	78	钢筋
				3	固定板	781	螺杆
4	支撑螺杆	79	条状凸块
				5	支撑垫板	8	长螺杆
6	支撑座	9	调平板
				61	凹槽	91	调节螺栓
7	夹具	92	支撑脚
				71	夹板	10	L型限位块
72	第一通孔	101	水平部
				73	第二通孔	102	垂直部
74	第三通孔	103	滚动柱
				75	翼板	104	滚动球
76	FRP条带

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

参见图1，本发明提出一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，该装置包括用于承托试件的底板1，底板1一端的左右两侧面均设有若干固定座2，固定座2的顶面与支撑螺杆4垂直相连。底板1的一端上方还设有用于夹紧试件且与支撑螺杆4配合进行上下移动的固定板3。本实施例中，若干数量的固定座2固定连接于底板1一端的左右两侧面上，而固定座2的中部设有螺孔与支撑螺杆4通过螺纹配合相连，其中支撑螺杆4与固定座2通过螺纹连接关系是可拆卸的，因此支撑螺杆4与固定板3配合对试件进行夹紧时，支撑螺杆4可安装于不同的固定座2上，或者多个支撑螺杆4与多个固定板3相互配合对试件进行夹紧，从而使得试件受拉时不容易出现偏移而造成实验结果不准确。

底板1顶面中部固定连接有支撑座6，该支撑座6与试件之间还设有对试件施以均布压力的支撑垫板5。当试件被固定板3和支撑螺杆4共同作用固定于底板1上后，试件受到向支撑座6方向的拉力，而支撑座6与试件之间设置有支撑垫板5，该支撑垫板5朝向试件的一侧面紧贴于试件表面上，并且支撑垫板5在试件受到拉力时逆向对试件产生相反作用力，从而使得支撑垫板5对试件表面施以均布压力。实验人员在实验过程中，通过选择不同高度的支撑垫板5从而使得支撑垫板5对试件产生不同作用面积范围的作用力，即试件端部受到均布压力的范围可通过支撑垫板5进行调整，从而提高本发明对于不同尺寸试件的适用性。

参见图1至图8，本实施例中，底板1顶面的另一端设有用于夹持试件向外延伸的钢筋78和FRP条带76且向远离试件移动的夹具7，该夹具7朝向试件的侧面上部设有供FRP条带76穿过的第一通孔72，夹具7顶面还设有与夹具7配合能将FRP条带76夹紧的夹板71。而第一通孔72下方设有第二通孔73，长螺杆8另一端与千斤顶相连且对夹具7施以远离试件的作用力，第二通孔73的下方还设有第三通孔74供钢筋78穿过，夹具7背向试件的侧面还设有翼板75覆盖于第三通孔74，与钢筋78焊接相连的螺杆781远离焊接位置的一端可穿过第三通孔74然后穿过翼板75中部光孔并且与螺母螺旋相连，从而可以调整螺杆781的栓紧度。夹具7底面与底板1顶面之间设有用于调整夹具7水平状态的调平板9，该调平板9设有调节螺栓91垂直贯穿调平板9，调节螺栓91底部与支撑脚92螺纹配合相连且调节调平板9的水平高度，调平板9顶面还设有滑动定位装置使夹具7在调平板9上方直线滑动。本实施例的滑动定位装置为设置于夹具7移动方向两侧的L型限位块10，L型限位块10设有水平部101和垂直部102，L型限位块10垂直部102设有滚动柱103，L型限位块10的水平部101设有滚动球104，且水平部101与调平板9顶面固定相连，夹具7底面压紧于水平部101，夹具7的侧面则抵触于垂直部102。

参见图1至图8，本发明一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置的工作原理：

实验操作人员首先将试件放置于底板1顶面，在支撑座6与试件之间放置支撑垫板5，其中实验操作人员可根据试件尺寸大小选择不同高度的支撑垫板5，从而获得对试件不同的均布压力作用区域。然后根据试件实际尺寸选择不同的固定座2，然后将支撑螺杆4与固定座2以螺纹配合连接的方式进行连接，使得支撑螺杆4垂直安装于固定座2的顶面，再将固定板3两侧相应的孔套于支撑螺杆4上，使得固定板3能够沿着支撑螺杆4上下移动，当固定板3底面抵于试件上表面时，然后使用螺母将固定板3固定于支撑螺杆4上，使得固定板3将试件固定。通过调整与调节螺栓91螺纹配合相连的支撑脚92，使支撑脚92能够沿着调节螺栓91进行上下移动，通过调整调平板9的水平高度，从而使得调平板9顶面处于水平状态。同时，需要确保夹具7能够在L型限位块10上能够直线自由滑动，L型限位块10的垂直部102和水平部101不会对夹具7的滑动造成干涉。

用于测试的试件中，FRP条带76粘贴于试件表面并向外延伸一部分，试件中部则设有钢筋78并向外延伸一小部分。操作人员将呈条带状FRP条带76穿过长扁形的第一通孔72，然后将穿过第一通孔72的FRP条带76放置于夹具7顶面上，再将夹板71压在FRP条带76上方，最后通过螺栓将夹板71紧固于夹具7的顶面，这样，夹具7顶面和夹板71底面共同作用将FRP条带76紧固。

当FRP条带76被固定后，将试件中向外延伸的钢筋78与螺杆781的一端与钢筋78焊接相连，然后将螺杆781远离焊接位置处的另一端通过第三通孔74，并且通过翼板75中部光孔后，通过在螺杆781远离焊接位置的另一端旋入螺母，从而对钢筋78进行拉紧。另外，因为翼板75设置于夹具7远离试件的侧面上，夹具7对试件施以拉力时，翼板75带动螺杆然后带动钢筋78产生朝向夹具的趋势。通过设置于翼板75上的通孔，然后通过焊接将钢筋78与翼板75焊接固定相连。等焊接位置冷却后，将钢筋78穿越翼板75的部分钢筋78穿过第三通孔74，然后通过螺栓将翼板75固定于夹具7朝向试件的侧面上，并且使得翼板75将第三通孔74覆盖。需要说明的是，用于将翼板75固定于夹具7的紧固螺栓77，其直径必须大于钢筋78直径，以避免钢筋78在受拉试验过程中，紧固螺栓77成为钢筋78受拉的短板而导致突然松脱或者断裂的意外，以保证实验的安全性。每次实验时，用户只需根据钢筋78的外径尺寸选用不同外径的螺杆781，然后将螺杆781的一端与钢筋78进行焊接相连，然后将螺杆781穿过第三通孔74后，再穿过翼板75的中部光孔，然后使用螺母旋入螺杆781另一端，并且使得螺母抵触于翼板75表面，这样翼板75通过抵触的螺母，然后经过螺杆781对钢筋78施以拉力，这样钢筋78被拉时，翼板75不容易因为紧固螺栓77松脱造成钢筋78被拉过程中与夹具7发生脱离现象，可提高可靠性。另外通过螺母对螺杆781进行工作长度进行调整，使得多根钢筋的受力情况相一致。

当钢筋78通过螺杆781栓接到位后，通过长螺杆8穿过夹具7上的第二通孔73，穿过第二通孔73的长螺杆8一端连接有螺母，长螺杆8的另一端则与设置于底板1另一端的千斤顶相连，这样长螺杆8穿过第二通孔73的一端可以对夹具7施以远离试件的作用力。

实验过程中，千斤顶通过长螺杆8向夹具施以远离夹具7的拉力，夹具7则向FRP条带76和钢筋78施以远离试件的拉力，FRP条带76和钢筋78共同作用对试件施以拉力时，试件拥有向夹具7运动的趋势，而支撑座6与试件之间的支撑垫板5对试件施以远离夹具7的均布压力，实验人员可通过观察试件的受力情况以及破坏的情况，获得混凝土梁试件在受拉时相应参数及变化情况。

实施例2

本实施例除以下特征外与实施例1相同，设置于夹具与底板之间的滑动定位装置为直线导轨，直线导轨的固定导轨与底板顶面固定相连，直线导轨的滑块与夹具底面固定相连。

通过上述结构的设置，夹具能够通过直线导轨在底板顶面上进行直线滑动。同时，夹具沿着直线导轨滑动时，直线导轨能够限制夹具出现左右摆动，从而提供滑动的准确性。需要说明的是，设置于夹具与底板之间的直线导轨的数量为两根，两根直线导轨相互平行且设置于夹具底面靠近侧边位置，从而使得夹具滑动时更加平衡。

实施例3

本实施例除以下特征外与实施例1相同：调平板上还设有水平尺。

本实施例通过在调平板设置水平尺，可便于实验操作人员在实验操作时，通过水平尺的水泡移动从而迅速将调平板调平到位。优选地，设置于调平板的水平尺为两个与调平板平行并且相互平面垂直的水泡，相互平面垂直的水泡能够使得调平板在水平调整上更加便捷和快速。

实施例4

参见图11，本实施例除以下特征外与实施例1相同：支撑座6的上端边沿设有用于避让钢筋78和/或FRP条带76拉伸的凹槽61。

通过在支撑座6的上端边沿设置用于避让钢筋78和/或FRP条76带拉伸的凹槽61，使得支撑座6不会对钢筋78和FRP条带76的拉伸造成干涉。同时在支撑座6的中部设置凹槽61，这样支撑座6的整体高度可设置得相对高一点，以适应不同的支撑垫板5对试件的作用。

实施例5

参见图9和图10，本实施例除以下特征外与实施例1相同：夹板71底面和/或夹具7顶面之间设有用于增大FRP条带76夹持作用力的夹持结构，本实施例的夹持结构为设于夹板底面和/或夹具顶面的条状凸块79。

通过在夹板71底面和/或夹具7顶面之间设置用于增大对FRP条带76夹持作用力的夹持结构，本实施例的夹持结构为条状凸块79。当夹板71向夹具7的顶面施以夹紧作用力时，设置于夹板71底面的条状凸块79或夹具7顶面的条状凸块79向FRP条带76压紧，从而使得FRP条带76在拉伸过程中不容易出现滑动现象。优选地，夹板71底面以及夹具7顶面均设有条状凸块79，两者条状凸块79在纹路上相互错开且镶嵌配合，从而使得夹板71与夹具7共同对FRP条带76进行夹紧。

实施例6

本实施例除以下特征外与实施例3相同：设置于夹板底面和/或夹具顶面的夹持结构为设于夹板底面和/或夹具顶面的滚花。

通过在夹板底面和/或夹具顶面设置表面粗糙的滚花，夹板对夹具施以夹紧作用力时，滚花结构对FRP条带表面之间形成内摩擦力，从而使得FRP条带不容易滑移，提高本发明的使用可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，包括用于承托试件的底板，所述底板一端的左右侧面均设有若干固定座，所述固定座顶面与支撑螺杆垂直相连，所述底板一端上方还设有用于夹紧试件且与所述支撑螺杆配合上下移动的固定板，所述底板顶面中部固定连接有支撑座，所述支撑座与试件之间设有对试件施以均布压力的支撑垫板，所述底板顶面另一端设有用于夹持试件钢筋和FRP条带且可向远离试件移动的夹具，所述夹具朝向试件的侧面上部设有供FRP条带穿过的第一通孔，所述夹具上部还设有可夹紧FRP条带的夹板，所述第一通孔下方设有第二通孔，所述第二通孔通过长螺杆与千斤顶相连且对所述夹具施以远离试件的拉力，所述第二通孔下方设有第三通孔供钢筋穿过，所述夹具背向试件的侧面还设有翼板覆盖于所述第三通孔，与钢筋焊接的螺杆远离焊接位置的一端可穿过翼板中部光孔并以螺母调整栓紧度，所述夹具底面与所述底板顶面之间设有用于调整夹具水平状态的调平板，所述调平板设有调节螺栓垂直贯穿所述调平板，所述调节螺栓底部与支撑脚螺纹配合相连且调节所述调平板的水平高度，所述调平板顶面还设有滑动定位装置限制所述夹具在所述调平板上方直线滑动。

2.如权利要求1所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述滑动定位装置为设置于所述夹具移动方向两侧的L型限位块，所述L型限位块的垂直部设有滚动柱，所述L型限位块的水平部设有滚动球，且所述水平部与所述调平板顶面固定相连，所述夹具底面压于所述水平部上，所述夹具侧面抵触于所述垂直部。

3.如权利要求1所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述滑动定位装置为设置于所述夹具与所述底板之间的直线导轨，所述直线导轨的固定导轨与所述底板顶面固定相连，所述直线导轨的滑动块与所述夹具底面固定相连。

4.如权利要求2或3所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述调平板设有水平尺。

5.如权利要求1所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述支撑座的上端边沿设有用于避让钢筋和/或FRP条带拉伸的凹槽。

6.如权利要求1所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述夹板底面和/或所述夹具顶面之间设有用于增大FRP条带夹持作用力的夹持结构。

7.如权利要求6所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述夹持结构为设于所述夹板底面和/或所述夹具顶面的条状凸块。

8.如权利要求6所述的考虑受拉钢筋劈裂力的单剪试验装置，其特征在于，所述夹持结构为设于所述夹板底面和/或所述夹具顶面的滚花。