CN108645723A - 双面剪切蠕变试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双面剪切蠕变试验装置，包括底纵梁、立柱、加载纵梁、混凝土双面剪切试件和配重块；立柱竖直安装于上下平行布置的加载纵梁和底纵梁之间，加载纵梁以立柱顶端为支点成为杠杆，杠杆一侧悬挂配重块，另一侧与底纵梁之间设置混凝土双面剪切试件。本发明首先解决了混凝土双面剪切试件的制作问题，利用本发明中的模板和制作流程，能够保证试件两侧粘贴面高度一致，同时保证施加于试件上的拉力作用线与试件的中心线和外贴FRP中心线位于同一直线上；其次降低了试验加载装置的加工难度和成本，使其对试验场地有更好的适应性，更适合于大批量试验研究，且能够满足试验精度要求。

Description

双面剪切蠕变试验装置

技术领域

本发明属于结构加固技术领域，具体涉及一种双面剪切蠕变试验装置。

背景技术

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）以其轻质、高强、耐腐蚀等优点，被广泛应用于混凝土结构的加固中，对于FRP加固混凝土构件来说，界面之间的粘结是保证加固效果的关键，随着对界面粘结性能研究的推进，由于粘结胶和混凝土材料蠕变特性所引起的界面长期力学性能的变化越来越受到重视。目前业界针对界面长期力学性能的研究主要通过纯剪状态下的蠕变试验来进行，试验按照剪切面的个数可以分为单面剪切和双面剪切试验，单面剪切试验由于存在加载力的方向控制难度较高、容易产生垂直于界面方向的正应力、试验装置较为复杂等问题应用较少，大多采用双面剪切形式的试件。已有的试验大多利用蠕变试验机进行加载试验，主要存在以下缺陷：

1、蠕变试验机结构复杂，占地面积较大，且每台试验机只能对一个试件进行加载，在需要进行大批量试验时，对试验场地要求较高，同时需要较高的试验成本。

2、蠕变试验机大小固定，试件尺寸必须满足试验机加载空间的要求，限制了试件尺寸，不利于研究尺寸效应对界面蠕变性能的影响。

3、混凝土双面剪切试件的制作要求两侧粘贴面高度一致，避免两侧高差引起的正应力对界面受力状态的影响；还要求施加于两个试件上的拉力作用线位于一条直线上，且此拉力作用线应与试件的中心线和外贴FRP的中心线重合。这些要求使试件的加工制作难度较大，一般制作过程无法满足上述要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种双面剪切蠕变试验装置，解决了混凝土双面剪切试件的制作问题，降低了试验加载装置的加工难度和成本。

本发明所采用的技术方案为：

双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

包括底纵梁、立柱、加载纵梁、混凝土双面剪切试件和配重块；

立柱竖直安装于上下平行布置的加载纵梁和底纵梁之间，加载纵梁以立柱顶端为支点成为杠杆，杠杆一侧悬挂配重块，另一侧与底纵梁之间设置混凝土双面剪切试件。

混凝土双面剪切试件包括串联的两块混凝土试块，两块混凝土试块之间留有间隙并通过在侧面粘贴外贴FRP连接起来；

两块混凝土试块的中轴均设置有高强丝杆，各高强丝杆的内侧在间隙中通过锚固钢板和锚固螺栓锚固，外侧伸出混凝土试块作为连接端。

混凝土试块两端的高强丝杆分别连接到上下两个索具螺旋扣上，索具螺旋扣为花篮螺栓，其另一端具有挂钩；

加载纵梁和底纵梁的混凝土双面剪切试件安装点处焊接有平行的两块短连接板，两块短连接板之间垂直安装有销栓杆，花篮螺栓的挂钩连接到销栓杆上。

立柱底端直接焊接到底纵梁表面；

立柱顶端两外侧焊接有互相平行的两块长连接板，加载纵梁底面焊接有互相平行的两块短连接板，两块短连接板位于两块长连接板之间并与两块长连接板平行，四块连接板通过与其垂直的销栓杆相固定。

配重块由中轴穿插的加载丝杆串联起来，底端通过锚固螺母和钢垫板锚固，顶端通过索具螺旋扣连接到加载纵梁上。

索具螺旋扣为花篮螺栓，两端具有挂钩；

加载纵梁的配重块悬挂位置焊接有平行的两块短连接板，两块短连接板之间垂直安装有销栓杆，花篮螺栓一端的挂钩连接到销栓杆上；

配重块的加载丝杆顶端与吊环螺母连接，花篮螺栓的另一端挂钩连接到吊环螺母上。

所述装置包括两根平行的底纵梁和两根平行的加载纵梁，一一上下对应；竖向对应的底纵梁和加载纵梁之间设置一根立柱和一组混凝土双面剪切试件；

两侧立柱上部之间设置有横向联系杆，下部之间设置有底横梁，中部之间设置有交叉的两根斜杆。

底纵梁和底横梁为槽钢，立柱和加载纵梁为工字钢，横向联系杆和斜杆为角钢。

配重块为钢材或混凝土。

混凝土试块的模具为箱形模具，包括底模板及其上方的端模板和侧模板，中部设置有中横隔板将模具分为双格，贯穿端模板和中横隔板设置有用于预留混凝土试块高强丝杆孔的PVC管。

本发明具有以下优点：

1、试验装置加工难度小，便于快速推广；

2、试验装置结构简单，占地面积小，可根据试验场地灵活进行组装，对试验场地适应性较好；

3、试验装置成本低，尤其适用于大批量试验研究；

4、能够保证双面剪切试件两侧粘贴面高度一致，同时保证施加于试件上的拉力作用线与试件的中心线和外贴FRP中心线位于同一直线上；

5、对试件尺寸没有限制，可根据试件尺寸调整加载装置尺寸；

6、加载简单方便，能够保证蠕变试验期间荷载大小及作用方向保持恒定。

附图说明

图1是混凝土试块制作模具立面图。

图2是混凝土试块制作模具平面图。

图3是图1中的A-A截面图。

图4是制作好的混凝土双面剪切试件。

图5是加载装置立面图。

图6是加载装置侧面图。

图7是图5中的A大样图。

图8是图5中的B大样图。

图中，1为端模板，2为PVC管，3为底模板，4为中横隔板，5为侧模板，6为混凝土试块，7为高强丝杆，8为外贴FRP，9为锚固钢板，10为锚固螺栓，11为加载纵梁，12为立柱，13为底纵梁，14为短连接板，15为长连接板，16为索具螺旋扣，17为加载丝杆，18为配重块，19为销栓杆，20为吊环螺母，21为底横梁，22为横向联系杆，23为斜杆，24-混凝土双面剪切试件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种双面剪切蠕变试验装置，包括底纵梁13、立柱12、加载纵梁11、混凝土双面剪切试件24和配重块18。立柱12竖直安装于上下平行布置的加载纵梁11和底纵梁13之间，加载纵梁11以立柱12顶端为支点成为杠杆，杠杆一侧悬挂配重块18，另一侧与底纵梁13之间设置混凝土双面剪切试件24。

混凝土双面剪切试件24包括串联的两块混凝土试块6，两块混凝土试块6之间留有间隙并通过在侧面粘贴外贴FRP8连接起来；两块混凝土试块6的中轴均设置有高强丝杆7，各高强丝杆7的内侧在间隙中通过锚固钢板9和锚固螺栓10锚固，外侧伸出混凝土试块6作为连接端。

混凝土试块6两端的高强丝杆7分别连接到上下两个索具螺旋扣16上，索具螺旋扣16为花篮螺栓，其另一端具有挂钩；加载纵梁11和底纵梁13的混凝土双面剪切试件24安装点处焊接有平行的两块短连接板14，两块短连接板14之间垂直安装有销栓杆19，花篮螺栓的挂钩连接到销栓杆19上。

立柱12底端直接焊接到底纵梁13表面；立柱12顶端两外侧焊接有互相平行的两块长连接板15，加载纵梁11底面焊接有互相平行的两块短连接板14，两块短连接板14位于两块长连接板15之间并与两块长连接板15平行，四块连接板通过与其垂直的销栓杆19相固定。

配重块18由中轴穿插的加载丝杆17串联起来，底端通过锚固螺母和钢垫板锚固，顶端通过索具螺旋扣16连接到加载纵梁11上。索具螺旋扣16为花篮螺栓，两端具有挂钩；加载纵梁11的配重块18悬挂位置焊接有平行的两块短连接板14，两块短连接板14之间垂直安装有销栓杆19，花篮螺栓一端的挂钩连接到销栓杆19上；配重块18的加载丝杆17顶端与吊环螺母20连接，花篮螺栓的另一端挂钩连接到吊环螺母20上。

所述装置的单榀结构包括两根平行的底纵梁13和两根平行的加载纵梁11，一一上下对应；竖向对应的底纵梁13和加载纵梁11之间设置一根立柱12和一组混凝土双面剪切试件24；两侧立柱12上部之间设置有横向联系杆22，下部之间设置有底横梁21，中部之间设置有交叉的两根斜杆23。

底纵梁13和底横梁21为槽钢，立柱12和加载纵梁11为工字钢，横向联系杆22和斜杆23为角钢。配重块18为钢材或混凝土。

混凝土试块6的模具为箱形模具，包括底模板3及其上方的端模板1和侧模板5，中部设置有中横隔板4将模具分为双格，贯穿端模板1和中横隔板4设置有用于预留混凝土试块6高强丝杆7孔的PVC管2。

本发明的构建过程为：

1、混凝土双面剪切试件的制作：

利用图1-3所示模具进行混凝土试件的制作，该模具为钢模，由两块端模板1、两块侧模板5、一块底模板3和一块中横隔板4组成，通过中横隔板4将端模板1、侧模板5和底模板3组成的空间分为两个大小相等的浇筑空间，端模板1和中横隔板4预先打孔，孔径d=18mm，保证端模板1和中横隔板4安装后孔轴线位于同一条直线上，混凝土浇筑前在孔内插入φ18×1mm的PVC管2，同时在管内插入φ16钢筋防止混凝土浇筑过程中PVC管2发生变形，混凝土养护完成后拆除模板，抽出钢筋和PVC管2，将混凝土试块6放入预先制作好的夹具内，在侧面通过粘贴FRP材料将两个混凝土试块连接起来。然后在混凝土试块孔洞中插入φ16mm高强丝杆7，高强丝杆7通过两个混凝土试块6中间的3mm厚锚固钢板9和M16锚固螺栓10进行锚固。

2、蠕变加载装置的制作：

单榀蠕变加载装置主要由加载纵梁11、底纵梁13、立柱12、配重以及连接构件组成。加载纵梁11和立柱12均采用I10型工字钢进行制作，底纵梁13采用[12槽钢制作，底纵梁13长度和立柱12高度、立柱12间距均可根据试验需要进行拟定，底纵梁13与立柱12间通过焊接进行连接，加载纵梁11与立柱12间通过焊接连接板以及销栓杆19进行连接，连接位置由试验所需荷载放大系数确定。加载时首先将花篮螺栓一端的挂钩旋出，与混凝土双面剪切试件24的高强丝杆7端部连接，另一端通过花篮螺栓的挂钩分别与底纵梁13和加载纵梁11端部的销栓杆19进行连接，连接时通过旋转花篮螺栓的栓体以调节加载纵梁11的水平度，加载前应使加载纵梁11的加载端保持一定程度的上翘。单榀加载装置可根据试验需要进行横向扩展，如图6所示，每榀加载装置之间通过底横梁21、横向联系杆22以及斜杆23进行连接，保证整个加载装置在横向的稳定性。底横梁21采用与底纵梁13型号相同的[12槽钢制作，横向联系杆22以及斜杆23均采用角钢进行制作。

3、施加荷载：

本发明蠕变荷载的施加通过配重块18经过加载纵梁11的杠杆放大作用后施加在混凝土双面剪切试件23上，配重块18可采用钢材或混凝土进行制作，配重块18的重量根据试验需要进行预先拟定，无论配重块采用钢材还是混凝土均需在配重块的形心位置预留孔洞，加载时将所需配重放置于加载纵梁11加载端下方并保证各配重块孔洞位置重合，将加载丝杆17穿入孔洞中，底部通过锚固螺母和钢垫板进行锚固，顶部与吊环螺母20进行连接，然后将花篮螺栓的一端挂钩传入吊环螺母20，另一端与加载纵梁11加载端的销栓杆19进行连接。加载时通过旋转花篮螺栓的栓体即可将配重块18缓慢提升，使荷载传递给混凝土双面剪切试件24，加载过程中应保持配重块18稳定，避免大幅晃动，配重块18提升至与地面保持10cm空隙为宜。

本发明首先解决了混凝土双面剪切试件的制作问题，利用本发明中的模板和制作流程，能够保证试件两侧粘贴面高度一致，同时保证施加于试件上的拉力作用线与试件的中心线和外贴FRP中心线位于同一直线上。其次降低了试验加载装置的加工难度和成本，使其对试验场地有更好的适应性，更适合于大批量试验研究，且能够满足试验精度要求。

本发明利用杠杆原理，通过杠杆放大系数将配重块的重力经过扩大后施加至混凝土双面剪切试件上，主要有以下优势：

1、能够保证双面剪切试件两侧粘贴面高度一致以及外加荷载作用线与试件的中心线和外贴FRP中心线保持重合：首先混凝土双面剪切试件的两个混凝土块体在同一模具中进行浇筑，保证了两个混凝土块体几何尺寸的一致，其次通过端模板和横隔板的预留孔洞保证了外加荷载与试件中心线和外贴FRP中心线的重合。

2、能够保持荷载的恒定：由于蠕变试验中外荷载大小是一个关键参数，且蠕变试验周期一般较长，因此采用重力式加载能够保证在整个试验周期内荷载的稳定性。

3、能够保持荷载方向的稳定：由于本发明中加载纵梁与配重以及试件的连接均采用挂钩加销栓杆的连接方式，挂钩可绕销栓杆发生转动，因此避免了加载纵梁在荷载作用下发生的变形所引起的加载力方向的变化。

4、适应性强，能够满足各种尺寸试件的试验需要：由于本发明中双面剪切试件与加载装置通过花篮螺栓进行连接，通过旋转花篮螺栓栓体可实现较大范围的高度调整，因此对试件的尺寸适应性较强。

5、加载方便，且能够保证加载过程的稳定性：本发明荷载的施加是通过旋转花篮螺栓栓体以实现配重块的缓慢提升，与直接放置配重物相比，更加节省人力，且能够避免直接施加荷载时对结构的冲击作用，同时通过控制栓体的旋转速度可保证荷载施加过程中的稳定性。

6、结构形式简单，大幅节省成本：本发明加载装置和模具均采用钢构件或型钢制作而成，可将设计图完成后直接在加工厂加工，运至试验场地后进行简单组装即可，与常规采用蠕变试验机相比，大幅降低了试验成本，尤其在大批量试验时，经济效益更加明显。

7、占地面积小，对试验场地适应性强：本发明加载装置在横向可任意进行拼接，因此可根据试验构件数量和试验场地布置进行灵活组装，提高对场地的利用率。

本发明首先通过混凝土浇筑模具的设计保证蠕变试验对双面剪切试件的要求，其次通过基于杠杆原理所设计的加载装置保证加载过程中荷载大小及作用方向的恒定，大幅降低和试验成本，提高了试验装置对场地的适应性和利用效率，对于大批量试验，具有明显的经济效益。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

包括底纵梁（13）、立柱（12）、加载纵梁（11）、混凝土双面剪切试件（24）和配重块（18）；

立柱（12）竖直安装于上下平行布置的加载纵梁（11）和底纵梁（13）之间，加载纵梁（11）以立柱（12）顶端为支点成为杠杆，杠杆一侧悬挂配重块（18），另一侧与底纵梁（13）之间设置混凝土双面剪切试件（24）。

2.根据权利要求1所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

混凝土双面剪切试件（24）包括串联的两块混凝土试块（6），两块混凝土试块（6）之间留有间隙并通过在侧面粘贴外贴FRP（8）连接起来；

两块混凝土试块（6）的中轴均设置有高强丝杆（7），各高强丝杆（7）的内侧在间隙中通过锚固钢板（9）和锚固螺栓（10）锚固，外侧伸出混凝土试块（6）作为连接端。

3.根据权利要求2所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

混凝土试块（6）两端的高强丝杆（7）分别连接到上下两个索具螺旋扣（16）上，索具螺旋扣（16）为花篮螺栓，其另一端具有挂钩；

加载纵梁（11）和底纵梁（13）的混凝土双面剪切试件（24）安装点处焊接有平行的两块短连接板（14），两块短连接板（14）之间垂直安装有销栓杆（19），花篮螺栓的挂钩连接到销栓杆（19）上。

4.根据权利要求1所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

立柱（12）底端直接焊接到底纵梁（13）表面；

立柱（12）顶端两外侧焊接有互相平行的两块长连接板（15），加载纵梁（11）底面焊接有互相平行的两块短连接板（14），两块短连接板（14）位于两块长连接板（15）之间并与两块长连接板（15）平行，四块连接板通过与其垂直的销栓杆（19）相固定。

5.根据权利要求1所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

配重块（18）由中轴穿插的加载丝杆（17）串联起来，底端通过锚固螺母和钢垫板锚固，顶端通过索具螺旋扣（16）连接到加载纵梁（11）上。

6.根据权利要求5所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

索具螺旋扣（16）为花篮螺栓，两端具有挂钩；

加载纵梁（11）的配重块（18）悬挂位置焊接有平行的两块短连接板（14），两块短连接板（14）之间垂直安装有销栓杆（19），花篮螺栓一端的挂钩连接到销栓杆（19）上；

配重块（18）的加载丝杆（17）顶端与吊环螺母（20）连接，花篮螺栓的另一端挂钩连接到吊环螺母（20）上。

7.根据权利要求1所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

所述装置包括两根平行的底纵梁（13）和两根平行的加载纵梁（11），一一上下对应；竖向对应的底纵梁（13）和加载纵梁（11）之间设置一根立柱（12）和一组混凝土双面剪切试件（24）；

两侧立柱（12）上部之间设置有横向联系杆（22），下部之间设置有底横梁（21），中部之间设置有交叉的两根斜杆（23）。

8.根据权利要求7所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

底纵梁（13）和底横梁（21）为槽钢，立柱（12）和加载纵梁（11）为工字钢，横向联系杆（22）和斜杆（23）为角钢。

9.根据权利要1所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

配重块（18）为钢材或混凝土。

10.根据权利要2所述的双面剪切蠕变试验装置，其特征在于：

混凝土试块（6）的模具为箱形模具，包括底模板（3）及其上方的端模板（1）和侧模板（5），中部设置有中横隔板（4）将模具分为双格，贯穿端模板（1）和中横隔板（4）设置有用于预留混凝土试块（6）高强丝杆（7）孔的PVC管（2）。