CN107843554A - 一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，包括万能试验机和测试装置本体，所述测试装置本体与万能试验机相连，所述测试装置本体包括试验件固定架和混凝土试件，所述试验件固定架包括上压板和下压板，混凝土试件上部布设有上压板，所述上压板的四个角和中心分别布设有圆形通孔，混凝土试件下部布设有下压板，所述上压板的四个角的圆形通孔内分别纵向布设有螺栓，所述上压板中心的圆形通孔内竖向布设受拉钢筋。本发明还提供了一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，包括以下步骤：处理受拉钢筋；固定受拉钢筋；浇筑混凝土试件；安装试验件固定架。本发明结构简单，实现了混凝土粘结预应力的高精度测试。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法。
背景技术
钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土这两种性能不同的材料共同承受荷载的，它们能够共同工作主要归功于二者之间存在有效的粘结作用。这种粘结作用使钢筋和混凝土在交界面处实现应力传递，从而建立起结构承载所必需的工作应力。因此说，钢筋与混凝土之间的粘结是二者共同工作的基本前提。
钢筋混凝土结构的粘结问题不仅在理论上具有重要意义，在工程实践中也很重要，如钢筋的锚固、搭接和延伸等，钢筋细部构造设计最主要的目的之一就是获得良好的粘结性能。当钢筋混凝土构件受到荷载作用时，在构件或结构的某些部位，钢筋和混凝土之间会产生相对滑移，进而引起构件开裂或节点处的转角过大，影响结构的正常使用，严重者还会影响结构的承载能力，使结构破坏；尤其是当混凝土内的钢筋发生锈蚀后，不仅造成自身力学性能下降和引起周围混凝土受力开裂，还降低了其与混凝土的协同工作能力，加剧了结构或构件的破坏，延性也被削弱；因此，粘结问题是一个很早就引起学术界和工程界关注的问题。
针对粘结问题进行的研究迄今已有近百年的历史，但由于粘结是一种复杂的相互作用，影响因素很多，破坏机理复杂，以及试验技术方面的原因，初期的研究并不顺利；上世纪六十年代以来，由于试验测试技术的进步和计算机有限元等分析手段的应用，粘结锚固的研究才得到迅速发展。但钢筋混凝土结构理论和其它领域的进展相比，对粘结问题的了解还不是很深入，尚未提出一套比较完整的、有充分论据的粘结理论。这一状况集中反映在当前各国的钢筋混凝土结构规范中对粘结问题的两种全然不同的处理方法上很多国家要求对粘结应力进行计算，但粘结强度的取值标准不一致；另一种是对粘结应力完全不予计算，只是在试验基础上给出了非常笼统的构造要求；因此需设计一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法，实现了混凝土粘结预应力的高精度测试。
为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，包括万能试验机和测试装置本体，所述测试装置本体与万能试验机相连，所述测试装置本体包括试验件固定架和混凝土试件，所述试验件固定架布设在混凝土试件的四周，所述试验件固定架包括上压板和下压板，所述混凝土试件呈正方体形，混凝土试件上部布设有上压板，所述上压板的四个角和中心分别布设有圆形通孔，混凝土试件下部布设有下压板，所述上压板与下压板大小相同且平行布设、其表面大于混凝土试件的表面，所述上压板的四个角的圆形通孔内分别纵向布设有螺栓，所述螺栓的上部穿出上压板，螺栓的下部焊接在下压板上端，螺栓穿出上压板的部分布设有螺母；所述上压板中心的圆形通孔内竖向布设受拉钢筋，所述受拉钢筋下部锚固在混凝土试件中、上部穿出上压板与万能试验机的夹具连接；所述下压板的下部焊接有连接件，所述测试装置本体通过连接件与万能试验机底座连接。
进一步地，所述受拉钢筋为螺纹钢筋，受拉钢筋沿轴向切开为两半，每半受拉钢筋分别在切开面的中间部位纵向开设有矩形槽，所述矩形槽的底部分别粘贴有若干个电阻应变片，两半受拉钢筋粘结后通过钢丝固定为一体。
进一步地，所述矩形槽的大小为3mm×6mm。
进一步地，所述电阻应变片为箔式电阻应变片，其基底尺寸为2mm×3mm，所述电阻应变片在一半受拉钢筋的矩形槽内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋的矩形槽内从距顶部10mm处向下粘贴，所述电阻应变片在矩形槽底部粘贴间隔均为20mm。
进一步地，所述电阻应变片均连接有导线，所述导线从受拉钢筋顶部穿出，所述导线末端均有编号，所述编号为对应电阻应变片的位置信息。
基于一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，包括以下步骤：
处理受拉钢筋，将选择好的螺纹钢筋沿轴向对半切开，在切开的两半钢筋内侧加工矩形槽；固定受拉钢筋，用环氧树脂灌满整个矩形槽，将两半受拉钢筋粘结为一体，在受拉钢筋外侧用钢丝箍紧，并用老虎钳固定一段时间，刮掉遗留在受拉钢筋表面的环氧树脂；
浇筑混凝土试件，将处理好的受拉钢筋放入混凝土试件制作的模具中，控制好受拉钢筋下部在混凝土试件中的锚固深度，之后浇筑混凝土成型；
安装试验件固定架，将混凝土试件放在下压板上，将上压板放在混凝土试件上部，螺栓和受拉钢筋穿过上压板四角和中心的圆形通孔，拧紧螺母固定上压板。
进一步地，在处理受拉钢筋之后还包括：粘贴电阻应变片，在矩形槽底部分别粘贴箔式电阻应变片，粘贴间隔为20mm，电阻应变片在一半受拉钢筋的矩形槽内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋的矩形槽内从距顶部10mm处向下粘贴，电阻应变片通过导线从受拉钢筋上部引出，并在导线末端编号。
进一步地，在粘贴电阻应变片之后，还包括：采用三层702胶密封电阻应变片。
本发明的有益效果是：
1.本发明一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法，通过试验件固定架将混凝土试件与万能试验机相连接，试验件固定架通过简单的上压板和下压板制作成，并由螺栓固定，测试装置结构简单，便于操作；同时通过在混凝土试件上设置受拉钢筋，且受拉钢筋采用螺纹钢筋，因为螺纹钢筋的粘结力更强，且受拉钢筋内部间隔采用电阻应变片测量粘结应力，使得测试结果更加精确，而且能够得到每个测试点的理论粘结应力值，粘结应力测试装置的制作方法简单，便于大量的制作，成本低。
附图说明
图1是本发明一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法的结构示意图。
图2是本发明一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法的的上压板平面结构示意图。
图3是本发明一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法的受拉钢筋侧面结构示意图。
图4是本发明一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置及制作方法的图3中A-A向剖视图。
图中标号为：1为万能试验机，2为螺栓，3为螺母，4为上压板，5为混凝土试件，6为下压板，7为连接件，8为受拉钢筋，9为导线，10为电阻应变片，11为矩形槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1：如图1～图4所示，一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，包括万能试验机1和测试装置本体，所述测试装置本体与万能试验机1相连，所述测试装置本体包括试验件固定架和混凝土试件5，所述试验件固定架布设在混凝土试件5的四周，所述试验件固定架包括上压板4和下压板6，所述混凝土试件5呈正方体形，混凝土试件5上部布设有上压板4，所述上压板4的四个角和中心分别布设有圆形通孔，混凝土试件5下部布设有下压板6，所述上压板4与下压板6大小相同且平行布设、其表面大于混凝土试件5的表面，所述上压板4的四个角的圆形通孔内分别纵向布设有螺栓2，所述螺栓2的上部穿出上压板4，螺栓2的下部焊接在下压板6上端，螺栓2穿出上压板4的部分布设有螺母3；所述上压板4中心的圆形通孔内竖向布设受拉钢筋8，所述受拉钢筋8下部锚固在混凝土试件5中、上部穿出上压板4与万能试验机1的夹具连接；所述下压板6的下部焊接有连接件7，所述测试装置本体通过连接件7与万能试验机1底座连接。
所述受拉钢筋8为螺纹钢筋，受拉钢筋8沿轴向切开为两半，每半受拉钢筋8分别在切开面的中间部位纵向开设有矩形槽11，所述矩形槽11的底部分别粘贴有若干个电阻应变片10，两半受拉钢筋8粘结后通过钢丝固定为一体。所述矩形槽11的大小为3mm×6mm。
所述电阻应变片10为箔式电阻应变片10，其基底尺寸为2mm×3mm，所述电阻应变片10在一半受拉钢筋8的矩形槽11内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋8的矩形槽11内从距顶部10mm处向下粘贴，所述电阻应变片10在矩形槽11底部粘贴间隔均为20mm。
所述电阻应变片10均连接有导线9，所述导线9从受拉钢筋8顶部穿出，所述导线9末端均有编号，所述编号为对应电阻应变片10的位置信息。
实施例2：基于一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，包括以下步骤：
处理受拉钢筋8，将选择好的螺纹钢筋沿轴向对半切开，在切开的两半钢筋内侧加工矩形槽11；
固定受拉钢筋8，用环氧树脂灌满整个矩形槽11，将两半受拉钢筋8粘结为一体，在受拉钢筋8外侧用钢丝箍紧，并用老虎钳固定一段时间，刮掉遗留在受拉钢筋8表面的环氧树脂；浇筑混凝土试件5，将处理好的受拉钢筋8放入混凝土试件5制作的模具中，控制好受拉钢筋8下部在混凝土试件5中的锚固深度，之后浇筑混凝土成型；
安装试验件固定架，将混凝土试件5放在下压板6上，将上压板4放在混凝土试件5上部，螺栓2和受拉钢筋8穿过上压板4四角和中心的圆形通孔，拧紧螺母3固定上压板4。
在处理受拉钢筋8之后还包括：粘贴电阻应变片10，在矩形槽11底部分别粘贴箔式电阻应变片10，粘贴间隔为20mm，电阻应变片10在一半受拉钢筋8的矩形槽11内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋8的矩形槽11内从距顶部10mm处向下粘贴，电阻应变片10通过导线9从受拉钢筋8上部引出，并在导线9末端编号。
在粘贴电阻应变片10之后，还包括：采用三层702胶密封电阻应变片10。
采用边长为150mm的立方体混凝土试件5，混凝土强度等级为C40，受拉钢筋8采用HRB335直径为12mm的螺纹钢，锚固深度分别为100mm、120mm和150mm；混凝土试件5抗压强度为62.3Mpa，采用10t的万能试验机1通过钢筋混凝土界面粘结应力测试装置进行粘结应力测试的试验步骤为：
步骤一：将测试装置本体固定至万能试验机1上，将电阻应变片10的导线9连接至静态电阻应变仪，试验前先调试仪器；
步骤二：确定最大荷载值P，并确定试验加载方案，确定试验加载方案，试验分20级加载，每级荷载为0.05P，
步骤三：试验加载，先进行预加载，荷载为0.05P，通过万能试验机1记录受拉钢筋8位移值，采用静态电阻应变仪测量混凝土和受拉钢筋8的应变值；然后卸载，读取位移值和应变值；
正式加载，每级加载完毕后静置5分钟，对混凝土试件5锚固端及整体拍照记录试件状态，数据稳定后记录应变值和位移值；
加载至混凝土试件5破坏，记录破坏荷载值，并记录位移值和应变数据，对破坏混凝土试件5采集照片。
试验的基本原理：沿受拉钢筋8纵向的不同位置处预先贴好应变片，在受拉钢筋8被拔出的过程中，通过静态电阻应变仪可以得到不同加载力作用下受拉钢筋8长度方向上的应变分布；换算成应力分布后，对两应变测点之间的受拉钢筋8小段进行隔离体分析，假设在该段上均匀分布，根据受力平衡的条件即可得到该段上的τ值：
其中：τ-粘结应力；d-受拉钢筋8直径；Es-受拉钢筋8弹模；为受拉钢筋8应变。
假设在受拉钢筋8的锚固区域中由电阻应变片10分成n个小区间，且每个区间的间距相等为h，那么有：
公式(1.2)和(1.3)分别相加减得到：
将(1.4)式求导，代入(1.3)式右端的第二项，并忽略误差项得：
令δεi＝εi+1-εi-1，则：
结合边界条件ε′0＝τ0＝0，ε′n＝τn＝0，则上式(1.7)简化为：
方程组(1.8)总是严格的主对角线占优的，其数值解总是稳定的存在，方程为三对角阵方程，利用追赶法求解，解此方程得到理论上各个应变测试点处的粘结应力值。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，包括万能试验机（1）和测试装置本体，其特征在于，所述测试装置本体与万能试验机（1）相连，所述测试装置本体包括试验件固定架和混凝土试件（5），所述试验件固定架布设在混凝土试件（5）的四周，所述试验件固定架包括上压板（4）和下压板（6），所述混凝土试件（5）呈正方体形，混凝土试件（5）上部布设有上压板（4），所述上压板（4）的四个角和中心分别布设有圆形通孔，混凝土试件（5）下部布设有下压板（6），所述上压板（4）与下压板（6）大小相同且平行布设、其表面大于混凝土试件（5）的表面，所述上压板（4）的四个角的圆形通孔内分别纵向布设有螺栓，所述螺栓的上部穿出上压板（4），螺栓的下部焊接在下压板（6）上端，螺栓穿出上压板（4）的部分布设有螺母（3）；所述上压板（4）中心的圆形通孔内竖向布设受拉钢筋（8），所述受拉钢筋（8）下部锚固在混凝土试件（5）中、上部穿出上压板（4）与万能试验机（1）的夹具连接；所述下压板（6）的下部焊接有连接件（7），所述测试装置本体通过连接件（7）与万能试验机（1）底座连接。
2.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，其特征在于，所述受拉钢筋（8）为螺纹钢筋，受拉钢筋（8）沿轴向切开为两半，每半受拉钢筋（8）分别在切开面的中间部位纵向开设有矩形槽（11），所述矩形槽（11）的底部分别粘贴有若干个电阻应变片（10），两半受拉钢筋（8）粘结后通过钢丝固定为一体。
3.根据权利要求2所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，其特征在于，所述矩形槽（11）的大小为3mm×6mm。
4.根据权利要求2所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，其特征在于，所述电阻应变片（10）为箔式电阻应变片（10），其基底尺寸为2mm×3mm，所述电阻应变片（10）在一半受拉钢筋（8）的矩形槽（11）内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋（8）的矩形槽（11）内从距顶部10mm处向下粘贴，所述电阻应变片（10）在矩形槽（11）底部粘贴间隔均为20mm。
5.根据权利要求2所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置，其特征在于，所述电阻应变片（10）均连接有导线（9），所述导线（9）从受拉钢筋（8）顶部穿出，所述导线（9）末端均有编号，所述编号为对应电阻应变片（10）的位置信息。
6.基于权利要求1-5所述的任一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
处理受拉钢筋（8），将选择好的螺纹钢筋沿轴向对半切开，在切开的两半钢筋内侧加工矩形槽（11）；
固定受拉钢筋（8），用环氧树脂灌满整个矩形槽（11），将两半受拉钢筋（8）粘结为一体，在受拉钢筋（8）外侧用钢丝箍紧，并用老虎钳固定一段时间，刮掉遗留在受拉钢筋（8）表面的环氧树脂；
浇筑混凝土试件（5），将处理好的受拉钢筋（8）放入混凝土试件（5）制作的模具中，控制好受拉钢筋（8）下部在混凝土试件（5）中的锚固深度，之后浇筑混凝土成型；
安装试验件固定架，将混凝土试件（5）放在下压板（6）上，将上压板（4）放在混凝土试件（5）上部，螺栓和受拉钢筋（8）穿过上压板（4）四角和中心的圆形通孔，拧紧螺母（3）固定上压板（4）。
7.根据权利要求6所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，其特征在于，在处理受拉钢筋（8）之后还包括：粘贴电阻应变片（10），在矩形槽（11）底部分别粘贴箔式电阻应变片（10），粘贴间隔为20mm，电阻应变片（10）在一半受拉钢筋（8）的矩形槽（11）内从顶部向下粘贴、在另一半受拉钢筋（8）的矩形槽（11）内从距顶部10mm处向下粘贴，电阻应变片（10）通过导线（9）从受拉钢筋（8）上部引出，并在导线（9）末端编号。
8.根据权利要求7所述的一种钢筋混凝土界面粘结应力测试装置制作方法，其特征在于，在粘贴电阻应变片（10）之后，还包括：采用三层702胶密封电阻应变片（10）。
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