CN109540669B - 一种frp筋持续压应力锁定试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，属于FRP筋测试技术领域。包括钢套筒、FRP筋、空心螺杆、压头和紧固套筒。钢套筒内部中空，下端封闭，上端开孔。钢套筒筒壁上设置孔洞，使腐蚀溶液进入钢套筒内。钢套筒筒壁上端内侧与外侧设置螺纹，空心螺杆外侧设置螺纹并与钢套筒内侧螺纹匹配，紧固套筒内侧设置螺纹并与空心螺杆外侧螺纹和钢套筒外侧螺纹匹配。本装置通过空心螺杆和钢套筒连接、紧固套筒和空心螺杆及钢套筒连接，保证压应力值稳定。可对多根FRP筋同时施加持续压应力，并保证压应力大小相同，试验效率高。本试验装置体积小，使用方便，在试验达到规定的腐蚀时间后，除FRP筋及其两端的筋体约束帽外，其它装置可重复利用。

Description

一种FRP筋持续压应力锁定试验装置
技术领域
本发明属于复合材料耐久性能测试技术领域，具体设计一种FRP筋持续压应力锁定试验装置。
背景技术
当钢筋用于港口、海洋和桥梁等腐蚀性环境时，钢筋锈蚀将导致工程结构耐久性降低，甚至影响工程结构的安全性。FRP筋因其轻质高强、绝缘和耐腐蚀等优点逐渐成为一种可以代替钢筋的新型建筑材料。已有的关于FRP筋耐久性能的研究主要侧重于FRP筋的抗拉性能，但随着FRP筋材料性能的不断改善，越来越多腐蚀环境中的工程结构将FRP筋用于受压构件。实际工程中FRP筋受压构件在寿命期内均承受持续压应力，因此研究持续压应力下FRP筋的耐久性能具有重要意义。现今，比较常用的一种研究FRP筋耐久性的试验方法是将FRP筋置于腐蚀溶液(酸、碱和盐溶液)中，研究其力学性能随时间的变化规律。因此，需要设计一种在腐蚀溶液中能够锁定FRP筋压应力，尤其是随着时间增长，压应力不产生损失的试验装置。
发明内容
为了解决现有的试验装置只能对FRP筋施加持续拉应力的问题，本发明提供一种能够锁定FRP筋压应力并保证在试验期间内，压应力不产生损失的试验装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，包括钢套筒、FRP筋、空心螺杆、压头和紧固套筒，钢套筒内部中空，下端封闭，上端开孔，筒壁上设置孔洞，钢套筒筒壁上端内侧与外侧设置螺纹；空心螺杆下端同轴深入钢套筒内部上端，且空心螺杆外侧设置螺纹并与钢套筒内侧螺纹匹配，紧固套筒(12)套在钢套筒上端的外侧，所述紧固套筒(12)盖帽式结构，包括顶端和下端桶壁结构，顶端中心设有孔，上端孔内壁和下端桶壁内侧均设有螺纹，上端孔套在空心螺杆外，且上端孔内径与空心螺杆外径相同且两者螺纹匹配，下端桶壁内径与钢套筒外径相同且螺纹匹配；钢套筒上端面与紧固套筒(12)顶端的下端面之间采用第二防松垫片(11)进行紧密连接；
钢套筒内部设有多组圆柱形筋体约束帽(2)，每组圆形筋体约束帽(2)包括两个帽体，分别置于FRP筋的两端与FRP筋固定成一体，形成一个待测部件，FRP筋长度方向与钢套筒的轴向相同；多组圆形筋体约束帽(2)组成多个沿钢套筒轴向排列的待测部件；钢套筒内最上端的帽体与空心螺杆(8)的下端面之间采用第一放松垫片(7)进行连接；多个轴向排列的待测部件之间采用垫片(5)进行接触连接；同时空心螺杆(8)中心轴的通孔内插有带压杆的压头(10)，压杆的下端可直接压到最上端的筋体约束帽(2)的帽体上端面。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，圆柱形筋体约束帽(2)帽体与FRP筋接触的部分设有凹槽与FRP筋两端匹配，凹槽侧面与筋体之间设有空隙，空隙内填充环氧树脂，待环氧树脂完全固化后，FRP筋、两端筋体约束帽和填充空隙的环氧树脂作为整体形成FRP筋受压试件即一个待测部件；
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述钢套筒内径大于筋体约束帽外径。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述空心螺杆内径大于压头中压杆的外径。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述不同的FRP筋受压试件之间设置垫片使压应力分布更均匀，垫片为耐腐蚀橡胶垫片。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述空心螺杆外侧设置第一扳手插孔，将扳手插入第一扳手插孔并旋转空心螺杆，使空心螺杆和钢套筒连接，紧固套筒外侧设置第二扳手插孔，将扳手插入第二扳手插孔并旋转紧固套筒，使紧固套筒和空心螺杆及钢套筒连接。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述最上部FRP筋受压试件的筋体约束帽与空心螺杆之间设置第一防松垫片，第一防松垫片外径与钢套筒内径相同，当装置受到振动时，第一防松垫片能够减小因空心螺杆与钢套筒相对转动而引起的压应力损失。
上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，所述钢套筒与紧固套筒之间设置第二防松垫片，第二防松垫片外径与紧固套筒内径相同，第二防松垫片内径与空心螺杆外径相同，当装置受到振动时，第二防松垫片能够减小因空心螺杆与钢套筒相对转动而引起的压应力损失。
本发明的有益效果是，发明了上述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，可以对持续压应力下FRP筋在腐蚀溶液中的耐久性能进行试验研究。本装置通过双重措施，即空心螺杆和钢套筒连接并设置第一防松垫，紧固套筒和空心螺杆及钢套筒连接并设置第二防松垫片，减小因试验装置受到振动引起的压应力损失。本装置可对多根FRP筋同时施加持续压应力，并保证持续压应力大小相同，试验效率高。本试验装置体积小，使用方便，在试验达到规定的腐蚀时间后，除FRP筋及其两端的筋体约束帽外，其它装置可重复利用，经济性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
图1为本发明FRP筋受压试件及持续压应力锁定试验装置剖面图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为图1中B-B剖面图；
图4为空心螺杆剖面图；
图5为空心螺杆俯视图；
图6为紧固套筒剖面图；
图7为紧固套筒俯视图。
图中1.钢套筒，2.筋体约束帽，3.环氧树脂，4.FRP筋，5.垫片，6.孔洞，7.第一防松垫片，8.空心螺杆，9.第一扳手插孔，10.压头，11.第二防松垫片，12.紧固套筒，13.第二扳手插孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
请参阅图1-图7，本发明的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，包括钢套筒1、FRP筋4、空心螺杆8、压头10和紧固套筒12。钢套筒1内部中空，下端封闭，上端开孔，钢套筒1的筒壁上设置孔洞6，将试验装置及FRP筋受压试件置于腐蚀容液中时，孔洞6能使溶液顺利进入钢套筒1内。钢套筒1筒壁在纵向每隔一定距离设置两个孔洞6，两个孔洞位置在同一平面上，位置相差180°，不同高度处上下相邻的两个孔洞不在同一垂直面内，以减少孔洞对钢套筒的削弱。孔洞6可以为圆形，如果孔洞6的形状有尖角，则易产生应力集中。空心螺杆8的外侧螺纹和钢套筒1上端内侧螺纹连接。紧固套筒12内侧设置螺纹并与空心螺杆8外侧螺纹和钢套筒1外侧螺纹连接。
FRP筋4两端设置筋体约束帽2，防止受压应力时，FRP筋两端因局部受压提前破坏而不能真实反映FRP筋强度。首先将FRP筋4的一端放入筋体约束帽2中，用环氧树脂3填充FRP筋4与筋体约束帽2之间的空隙，待环氧树脂3初凝后，将FRP筋4另一端放入筋体约束帽2中，空隙同样用环氧树脂3填充。FRP筋4、两端筋体约束帽2和填充空隙的环氧树脂2作为整体形成FRP筋受压试件。待两端筋体约束帽2中环氧树脂完全固化后，便可将FRP筋体受压试件放入钢套筒1内。
钢套筒1的内径略大于FRP筋体约束帽2外径，使FRP筋受压试件既可以顺利放入钢套筒内，又不至于使钢套筒1内的FRP筋4受压力时产生偏心。
本发明的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，可根据试验需求对多根FRP筋4同时施加压应力，并能保证同一钢套筒内FRP筋4所受压力值大小相同。不同FRP筋4之间放置耐腐蚀橡胶垫片5，使FRP筋4受力更加均匀。
最上部FRP筋受压试件的筋体约束帽2上表面放置第一防松垫片7，然后轻轻旋转空心螺杆8，当感到有阻力时即可停止。
压头10通过空心螺杆8的中心孔置于FRP筋体约束帽2上表面。将钢套筒1及其内部FRP筋体4同时放入压力试验机的加载平台上，压力机对压头10施加压力，钢套筒1内FRP筋体4与压头10同时向下移动，当压力机数据采集仪上的数值达到预期压力值时，停止施压，但保持压头10位置不变。将扳手插入扳手插孔9，旋转空心螺杆8，使其外侧螺纹与钢套筒1上端内侧螺纹连接，此后，压力机可卸载，并将压头10取出。第一防松垫片7能够减小因空心螺杆8与钢套筒1转动而产生的应力损失。
为进一步减小应力损失，提高持续压应力值得精确度，增设紧固套筒12。紧固套筒12为空心圆柱体，内径大小沿纵向不同，上部内径与空心螺杆外径相同，下部内径与钢套筒外径相同。在钢套筒1和紧固套筒12之间放置第二防松垫片11，将扳手插入扳手插孔13，旋转紧固套筒12，将其内侧螺纹分别与空心螺杆8外侧螺纹和钢套筒1外侧螺纹连接。第二防松垫片11能够减小因空心螺杆8和紧固套筒12产生相对转动而引起的压应力损失。
可将钢套筒1和其内部FRP筋4放入不同的腐蚀溶液中，当达到规定的腐蚀时间后，从溶液中取出钢套筒1和其内部FRP筋4，然后依次放松紧固套筒12和空心螺杆8，取出FRP筋受压试件，对FRP筋受压试件进行试验研究。除FRP筋4和筋体约束帽2外，其它部件均可重复利用，试验的经济性较高。
以上所述，仅是本发明的较佳实例，并非对本发明作任何形式上的限制，尽管参照以上较佳实例对本发明进行了详细说明，但并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，对以上实施例所作的任何简单修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，包括钢套筒、FRP筋、空心螺杆、压头和紧固套筒，钢套筒内部中空，下端封闭，上端开孔，筒壁上设置孔洞，钢套筒筒壁上端内侧与外侧设置螺纹；空心螺杆下端同轴深入钢套筒内部上端，且空心螺杆外侧设置螺纹并与钢套筒内侧螺纹匹配，紧固套筒（12）套在钢套筒上端的外侧，所述紧固套筒（12）为盖帽式结构，包括顶端和下端桶壁结构，顶端中心设有孔，上端孔内壁和下端桶壁内侧均设有螺纹，上端孔套在空心螺杆外，且上端孔内径与空心螺杆外径相同且两者螺纹匹配，下端桶壁内径与钢套筒外径相同且螺纹匹配；钢套筒上端面与紧固套筒（12）顶端的下端面之间采用第二防松垫片（11）进行紧密连接；
钢套筒内部设有多组圆柱形筋体约束帽（2），每组圆形筋体约束帽（2）包括两个帽体，分别置于FRP筋的两端与FRP筋固定成一体，形成一个待测部件，FRP筋长度方向与钢套筒的轴向相同；多组圆形筋体约束帽（2）组成多个沿钢套筒轴向排列的待测部件；钢套筒内最上端的帽体与空心螺杆（8）的下端面之间采用第一防松垫片（7）进行连接；多个轴向排列的待测部件之间采用垫片（5）进行接触连接；同时空心螺杆（8）中心轴的通孔内插有带压杆的压头（10），压杆的下端可直接压到最上端的筋体约束帽（2）的帽体上端面。
2.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，圆柱形筋体约束帽（2）帽体与FRP筋接触的部分设有凹槽与FRP筋两端匹配，凹槽侧面与筋体之间设有空隙，空隙内填充环氧树脂，待环氧树脂完全固化后，FRP筋、两端筋体约束帽和填充空隙的环氧树脂作为整体形成FRP筋受压试件即一个待测部件。
3.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，所述钢套筒内径大于筋体约束帽外径。
4.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，所述空心螺杆内径大于压头中压杆的外径。
5.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，不同的FRP筋受压试件之间设置垫片使压应力分布更均匀，垫片为耐腐蚀橡胶垫片。
6.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，所述空心螺杆外侧设置第一扳手插孔，将扳手插入第一扳手插孔并旋转空心螺杆，使空心螺杆和钢套筒连接，紧固套筒外侧设置第二扳手插孔，将扳手插入第二扳手插孔并旋转紧固套筒，使紧固套筒和空心螺杆及钢套筒连接。
7.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，最上部FRP筋受压试件的筋体约束帽与空心螺杆之间设置第一防松垫片，第一防松垫片外径与钢套筒内径相同，当装置受到振动时，第一防松垫片能够减小因空心螺杆与钢套筒相对转动而引起的压应力损失。
8.按照权利要求1所述的一种FRP筋持续压应力锁定试验装置，其特征在于，所述钢套筒与紧固套筒之间设置第二防松垫片，第二防松垫片外径与紧固套筒内径相同，第二防松垫片内径与空心螺杆外径相同，当装置受到振动时，第二防松垫片能够减小因空心螺杆与钢套筒相对转动而引起的压应力损失。
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