CN108088756B - 一种用于研究frp-混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于研究FRP‑混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用方法，实验装置包括单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板，单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板通过支撑螺杆连接，所述单剪夹持板中间开设通孔，并在单剪夹持板上设置定位件；所述正拉夹持板中间开设通孔；支撑螺杆配合设置定位螺母。本发明不仅能够有效实现FRP‑混凝土界面粘结性能的研究，而且可以固定试件，实现垂直居中加载，结构简单，操作方便。

Description

一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用 方法
技术领域
本发明涉及FRP加固混凝土结构领域，尤其适用于FRP与混凝土界面的单剪和正拉性能试验。
背景技术
随着社会的发展，越来越多的混凝土结构进入到了老龄化时期，大量的混凝土结构面临着各种外部荷载作用以及耐久性损伤，如地震、风载、碳化、冻融循环、氯盐侵蚀、干湿循环、高温紫外线辐射等，导致了混凝土结构的实际使用寿命远远低于设计年限，为此修复混凝土结构而投入了大量的人力、物力资源。
混凝土结构的常用加固方法有加大界面、粘贴板及粘贴FRP等，其中，FRP为纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic的简称)，现有CFRP、GFRP、AFRP、BFRP等，FRP复合材料是由纤维材料与基体材料(树脂)按一定的比例混合后形成的高性能型材料，质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀；FRP片材加固技术由于其加固效果好，几乎不增加额外重量的特性而得到广泛应用，但FRP片材是通过胶黏剂加固混凝土结构的，且由于FRP片材的柔韧性决定了其在加固时的主要加固方式为抗剪加固，因此对FRP与混凝土之间界面粘结的抗剪性能研究意义重大；同时在部分情况下FRP片材与混凝土粘结受正拉力的作用，为此可通过在FRP表面粘结钢块进行正拉试验获得其力学性能。
通常的FRP片材与混凝土界面抗剪性能试验包括单剪实验、双剪实验、弯梁实验等，其中双剪实验由于两侧混凝土表面差别较大，易造成较大试验误差，而弯梁实验中FRP片材的受力较为复杂。单剪实验由于其直接对拉伸单面FRP片材的特性，因此可以满足试验要求，但单剪实验加载过程中试件的垂直居中要求较高，因此研发一种可以固定试件、实现垂直居中加载的试验装置十分必要。
公开号CN105181589A的专利中提出一种用于研究FRP-混凝土粘结界面剪切实验装置，该装置通过上下底板夹紧试件的方式进行剪切实验，但该装置具有实验初期需要人工扶稳、试件破坏时夹具容易跌落，且只能进行剪切实验的特性，因此实验的安全操作性及试验内容方面受到限制。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用方法，不仅能够有效实现FRP-混凝土界面粘结性能的研究，而且可以固定试件，实现垂直居中加载，结构简单，操作方便。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置包括单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板，单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板通过支撑螺杆连接，所述单剪夹持板中间开设通孔，并在单剪夹持板上设置定位件；所述正拉夹持板中间开设通孔；支撑螺杆配合设置定位螺母。
进一步地，FRP-混凝土单剪试验过程中单剪夹持板位于正拉夹持板下方；FRP-混凝土正拉试验过程中正拉夹持板位于单剪夹持板下方。
进一步地，还包括电子万能试验机，底座连接板设置在电子万能试验机的工作台面上。
进一步地，所述底部连接板上设置支撑螺杆定位套管，支撑螺杆定位套管内装配支撑螺杆。
进一步地，单剪夹持板中部开设条形孔，且条形孔的四角均进行圆形收角；正拉夹持板中部开设方形孔，且方形孔的四角均进行圆形收角；单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板均为钢板；支撑螺杆定位套管焊接在底部连接板上；底座连接板为两块，每一块底座连接板上设置两个支撑螺杆定位套管，支撑螺杆为四个。
进一步地，用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，单剪试验时，准备单剪试件，单剪试件侧部粘结FRP片材；支撑螺杆设置于支撑螺杆定位套管内，底部连接板置于电子万能试验机的工作台面上；根据单剪试件的尺寸，支撑螺杆上拧入支撑单剪夹持板的定位螺母，放入单剪夹持板，再拧入限位单剪夹持板的定位螺母，使用水准仪检测以保持单剪夹持板水平；支撑螺杆上拧入支撑正拉夹持板的定位螺母，放入正拉夹持板，再拧入限位正拉夹持板的定位螺母；放入单剪试件，使单剪试件与定位件吻合，单剪试件侧部粘结的FRP片材与电子万能试验机的下夹头对正居中，将正拉夹持板向下移位至单剪试件的顶部，并使用定位螺母进行夹紧；开始实验，电子万能试验机下夹头夹紧单剪试件侧部粘结的FRP片材并向下移动至FRP片材与单剪试件侧部的混凝土表面发生剪切剥离破坏，从而获得FRP片材与单剪试件侧部混凝土间的极限抗剪能力。
进一步地，正拉试验时，准备正拉试件，正拉试件底部粘结FRP片材，FRP片材底部设置连接件；支撑螺杆置于支撑螺杆定位套管内，底部连接板置于电子万能试验机的工作台面上；根据正拉试件的尺寸，支撑螺杆上拧入支撑正拉夹持板的定位螺母，放入正拉夹持板，再拧入限位正拉夹持板的定位螺母，使用水准仪检测以保持正拉夹持板水平；支撑螺杆上拧入支撑单剪夹持板的定位螺母，放入单剪夹持板，再拧入限位单剪夹持板的定位螺母；放入正拉试件，使正拉试件下方的连接件与电子万能试验机的下夹头对正居中，将单剪夹持板向下移位至正拉试件的顶部，并使用定位螺母进行夹紧；开始实验，电子万能试验机下夹头夹紧连接件并向下移动至FRP片材与正拉试件底部的混凝土表面发生正向拉伸破坏，从而获得FRP片材与正拉试件底部混凝土间的正向粘结强度。
进一步地，连接件包括与正拉试件底部的FRP片材粘结的钢块，钢块螺纹连接拉伸螺杆，正拉试验时，电子万能试验机下夹头夹紧拉伸螺杆。
进一步地，将两个支撑螺杆放入底部连接板的支撑螺杆定位套管中，再将形成的整体抬放至电子万能试验机的工作台面上，另一侧的两个支撑螺杆和底部连接板采取同样的方法抬放至工作台面上。
进一步地，每个支撑螺杆上支撑下部的夹持板的定位螺母为两个，限位下部的夹持板的定位螺母为一个，支撑上部的夹持板的定位螺母为一个，限位上部的夹持板的定位螺母为一个。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：不仅能够有效实现FRP-混凝土界面粘结性能的研究，而且可以固定试件，实现垂直居中加载，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明实施例的应用于FRP-混凝土单剪实验的示意图；
图2为本发明实施例的应用于FRP-混凝土正拉实验的示意图；
图3为本发明实施例的应用于FRP-混凝土单剪实验工作状态的示意图；
图4为本发明实施例的应用于FRP-混凝土正拉实验工作状态的示意图；
图5为本发明实施例的连接件的结构示意图。
图中：1-正拉夹持板；2-单剪夹持板；3-底座连接板；4-支撑螺杆；5-定位螺母；6-定位件；7-支撑螺杆定位套管；8-单剪试件；9-正拉试件；10-电子万能试验机；11-拉伸螺杆，12-钢块，13-FRP片材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图所示，用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置包括单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板，单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板通过支撑螺杆连接，所述单剪夹持板中间开设通孔，并在单剪夹持板上设置定位件；所述正拉夹持板中间开设通孔；支撑螺杆配合设置定位螺母。
进一步地，FRP-混凝土单剪试验过程中单剪夹持板位于正拉夹持板下方；FRP-混凝土正拉试验过程中正拉夹持板位于单剪夹持板下方。
进一步地，还包括电子万能试验机，底座连接板设置在电子万能试验机的工作台面上。
进一步地，所述底部连接板上设置支撑螺杆定位套管，支撑螺杆定位套管内装配支撑螺杆。
进一步地，单剪夹持板中部开设条形孔，且条形孔的四角均进行圆形收角；正拉夹持板中部开设方形孔，且方形孔的四角均进行圆形收角；单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板均为钢板；支撑螺杆定位套管焊接在底部连接板上；底座连接板为两块，每一块底座连接板上设置两个支撑螺杆定位套管，支撑螺杆为四个；定位件为定位角钢。
用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置，包括单剪夹持板、正拉夹持板、两块底座连接板、四根支撑螺杆、二十个定位螺母；单剪夹持板中部开设条形孔，四角进行圆形收角，并焊接定位件；单剪夹持板四角开孔放入支撑螺杆；正拉夹持板中部开方形孔，四角进行圆形收角；正拉夹持板四角开孔放入支撑螺杆；每个底座连接板焊接两个定位套管；每个支撑螺杆底部打磨光滑放入定位套管，刻画螺纹；定位螺母大小与支撑螺杆相互匹配；单剪试验时单剪夹持板在下，正拉夹持板在上；正拉试验时正拉夹持板在下，单剪夹持板在上。该装置可有效实现FRP-混凝土界面的单剪实验和正拉实验，为研究FRP与混凝土界面粘结性能提供条件。
定位件应满足试件大小要求；支撑螺杆总长度应与试验机相匹配，支撑螺杆直径应满足最大荷载承载力要求，支撑螺杆底部进入底座连接板套管距离应满足稳定性要求，支撑螺杆的上部螺纹长度应满足最低高度要求；底座连接板的两个套管高度、壁厚应满足稳定性要求，且应与底部板焊接牢固，底部板厚度也应满足承载力要求；螺帽应与支撑螺杆匹配，且厚度应满足承载力要求。
本发明装置用于FRP-混凝土单剪实验时：
准备单剪试件，单剪试件侧部粘结FRP片材；如图3所示，将两个支撑螺杆4放入底部连接板3的支撑螺杆定位套管7中，再将形成的整体抬放至电子万能试验机10工作台面上，另一侧的两个支撑螺杆4和底部连接板3采取同样的方法抬放至工作台面。根据单剪试件8尺寸，每根支撑螺杆4首先拧入两组单剪夹持板2下部定位螺母5至合适位置，放入单剪夹持板2，单剪夹持板上的定位件朝上，再拧入一组单剪夹持板2上部定位螺母5，使用水准仪保持单剪夹持板2水平。之后拧入一组正拉夹持板1下定位螺母5至合适位置，放入正拉夹持板1，再拧入一组正拉夹持板1上定位螺母5。放入单剪试件8，使试件与定位件6吻合，单剪试件侧部粘结的FRP片材与电子万能试验机10下夹头对正居中。然后将上部正拉夹持板1向下移位至单剪试件8顶部，并使用定位螺母5进行夹紧。开始实验时，电子万能试验机下夹头夹紧单剪试件侧部粘结的FRP片材并向下移动，最终试件中FRP片材与混凝土表面发生剪切剥离破坏，从而获得单剪试件极限承载力等。
本发明装置用于FRP-混凝土正拉实验时：
准备正拉试件，正拉试件底部粘结FRP片材，FRP片材底部设置连接件，连接件包括与正拉试件底部的FRP片材粘结的钢块，钢块螺纹连接拉伸螺杆；如图4所示，将两个支撑螺杆4放入底部连接板3的支撑螺杆定位套管7中，再将形成的整体抬放至电子万能试验机10工作台面上，另一侧的两个支撑螺杆4和底部连接板3采取同样的方法抬放至工作台面。根据正拉试件9尺寸，每根支撑螺杆4首先拧入两组正拉夹持板1下部定位螺母5至合适位置，放入正拉夹持板1，再拧入一组正拉夹持板1上部定位螺母5，使用水准仪保持正拉夹持板1水平。之后拧入一组单剪夹持板2下定位螺母5至合适位置，放入单剪夹持板2，单剪夹持板上的定位件朝下，再拧入一组单剪夹持板2上定位螺母5。放入正拉试件9，使正拉试件下方连接件的拉伸螺杆与电子万能试验机的下夹头对正居中。然后将上部单剪夹持板2向下移位至正拉试件9顶部，并使用定位螺母5进行夹紧。开始实验时，电子万能试验机下夹头夹紧拉伸螺杆11并向下移动，最终试件中FRP片材与混凝土表面发生正向拉伸破坏，从而获得正拉试件中FRP片材与混凝土的正向粘结强度等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置包括单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板，单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板通过支撑螺杆连接，所述单剪夹持板中间开设通孔，并在单剪夹持板上设置定位件；所述正拉夹持板中间开设通孔；支撑螺杆配合设置定位螺母；所述底座连接板上设置支撑螺杆定位套管，支撑螺杆定位套管内装配支撑螺杆；
单剪试验时，准备单剪试件，单剪试件侧部粘结FRP片材；支撑螺杆设置于支撑螺杆定位套管内，底座连接板置于电子万能试验机的工作台面上；根据单剪试件的尺寸，支撑螺杆上拧入支撑单剪夹持板的定位螺母，放入单剪夹持板，再拧入限位单剪夹持板的定位螺母，使用水准仪检测以保持单剪夹持板水平；支撑螺杆上拧入支撑正拉夹持板的定位螺母，放入正拉夹持板，再拧入限位正拉夹持板的定位螺母；放入单剪试件，使单剪试件与定位件吻合，单剪试件侧部粘结的FRP片材与电子万能试验机的下夹头对正居中，将正拉夹持板向下移位至单剪试件的顶部，并使用定位螺母进行夹紧；开始实验，电子万能试验机下夹头夹紧单剪试件侧部粘结的FRP片材并向下移动至FRP片材与单剪试件侧部的混凝土表面发生剪切剥离破坏，从而获得FRP片材与单剪试件侧部混凝土间的极限抗剪能力；
正拉试验时，准备正拉试件，正拉试件底部粘结FRP片材，FRP片材底部设置连接件；支撑螺杆置于支撑螺杆定位套管内，底座连接板置于电子万能试验机的工作台面上；根据正拉试件的尺寸，支撑螺杆上拧入支撑正拉夹持板的定位螺母，放入正拉夹持板，再拧入限位正拉夹持板的定位螺母，使用水准仪检测以保持正拉夹持板水平；支撑螺杆上拧入支撑单剪夹持板的定位螺母，放入单剪夹持板，再拧入限位单剪夹持板的定位螺母；放入正拉试件，使正拉试件下方的连接件与电子万能试验机的下夹头对正居中，将单剪夹持板向下移位至正拉试件的顶部，并使用定位螺母进行夹紧；开始实验，电子万能试验机下夹头夹紧连接件并向下移动至FRP片材与正拉试件底部的混凝土表面发生正向拉伸破坏，从而获得FRP片材与正拉试件底部混凝土间的正向粘结强度；
连接件包括与正拉试件底部的FRP片材粘结的钢块，钢块螺纹连接拉伸螺杆，正拉试验时，电子万能试验机下夹头夹紧拉伸螺杆。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：FRP-混凝土单剪试验过程中单剪夹持板位于正拉夹持板下方；FRP-混凝土正拉试验过程中正拉夹持板位于单剪夹持板下方。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：还包括电子万能试验机，底座连接板设置在电子万能试验机的工作台面上。
4.根据权利要求1所述的一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：单剪夹持板中部开设条形孔，且条形孔的四角均进行圆形收角；正拉夹持板中部开设方形孔，且方形孔的四角均进行圆形收角；单剪夹持板、正拉夹持板、底座连接板均为钢板；支撑螺杆定位套管焊接在底座连接板上；底座连接板为两块，每一块底座连接板上设置两个支撑螺杆定位套管，支撑螺杆为四个。
5.根据权利要求1所述的一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：将两个支撑螺杆放入底座连接板的支撑螺杆定位套管中，再将形成的整体抬放至电子万能试验机的工作台面上，另一侧的两个支撑螺杆和底座连接板采取同样的方法抬放至工作台面上。
6.根据权利要求1所述的一种用于研究FRP-混凝土界面粘结性能的实验装置的使用方法，其特征在于：每个支撑螺杆上支撑下部的夹持板的定位螺母为两个，限位下部的夹持板的定位螺母为一个，支撑上部的夹持板的定位螺母为一个，限位上部的夹持板的定位螺母为一个。
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