CN111307710A - 同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置及测定方法，中心拉拔装置，包括：拉拔试验机，用于提供拉拔的拉力；加载架，至少包括第一板体、第二板体和第三板体，第一板体和第二板体竖向设置，第三板体水平设置，设置于第一板体和第二板体之间，且位于第一板体和第二板体的底部；加载架通过第一板体和第二板体的顶部安装在拉拔试验机上，第三板体上加工有通孔；锚具，固定安装于加载架的下方；LVDT位移传感器和安装支架；待测定的钢筋或FRP筋混凝土结构件中，钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体，安装支架用于将LVDT位移传感器固定于钢筋或FRP筋上。
Description
技术领域
本发明属于材料性能测试技术领域，具体涉及一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置及测定方法，主要应用于测定钢筋或FRP筋与新型混凝土间的粘结强度与滑移距离之间的关系。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
碱激发混凝土作为一种新型绿色胶凝材料，以工业固体废弃物为原材料,有能耗小、碳排放低、制备方便的特点，具有广阔的应用前景。在实际工程应用中，碱激发混凝土需要与钢筋或FRP筋组合进行承受外力，承受外力的基础是碱激发混凝土与钢筋或FRP筋之间的粘结性能，由于对碱激发混凝土的粘结性能研究较少，进而阻碍了碱激发混凝土在实际工程中的应用，造成这种情况的原因一方面是碱激发混凝土是一种新型绿色胶凝材料，研究人员对其粘结性能方面研究较少，另一方面是没有合适的试验装置，在试验过程中带来的试验误差影响试验结果，阻碍了研究进展。合适的试验装置对碱激发混凝土与钢筋或FRP筋间的粘结性能研究非常重要，因为碱激发混凝土与钢筋初始粘结刚度很大，对这一段的研究需要准确的相对滑移值，所以用常规的方法测量会产生相对滑移值精确度不足，根据数据得到的粘结滑移曲线就没有意义，如千分表或百分表测量。
钢筋或FRP筋混凝土构件的力学性能取决于钢筋或FRP筋与混凝土各自的特性，但又不是其简单叠加，而是两种材料的相互作用以及综合。钢筋或FRP筋与混凝土之间的协同是保证二者协调变形、共同抵抗外力的基础，其基础是钢筋或FRP筋与混凝土的粘结，这种粘结作用强弱可以用粘结应力的大小来体现，近似得用剪应力来表示。钢筋或FRP筋混凝土构件能够共同工作承受荷载而不发生脱离，正是由于钢筋或FRP筋与混凝土之间具有足够的粘结强度。粘结滑移是钢筋或FRP筋混凝土结构构件最重要的基本问题之一，而粘结滑移的影响因素和粘结机理非常复杂。因此通过解析分析或数值模拟等方法较难实现钢筋或FRP筋混凝土粘结滑移的研究，更通常的是，采用试验测试的方法，根据不同材料的粘结滑移特点，研发合适的试验装置来测量粘结应力和相对滑移量，从而较为准确的描述和比较钢筋或FRP筋与混凝土间的粘结滑移特征。
钢筋作为混凝土材料的加固构件而长期使用，但是钢筋的腐蚀一直是钢筋混凝土构件的最主要因素。耐腐蚀的FRP筋凭着密度低、强度高、抗磁干扰性能好等优点，得到了许多专家学者的关注，并进行了大量的研究。在对FRP筋与混凝土进行粘结性能测定时，因为FRP材料的刚度较低，常常会面临加载端的FRP筋出现挤压破坏的现象。
目前，相关研究人员已对拉拔试验装置进行了相关研究，但发明人发现，在拉拔试验过程中，仍面临着许多实际问题需要克服。例如，常用的拉拔试验装置采用百分表或千分表记录钢筋或FRP筋与混凝土滑移距离，而钢筋或者FRP筋与混凝土的相对滑移量在初始阶段的量级非常小，百分表或千分表难以精确测量出钢筋在初始弹性阶段的滑移量，而且在记录滑移距离时需要人为读数，所以不能准确得到滑移量对应的拉拔力，影响了粘结滑移曲线的准确性；同时拉拔试验装置的加载方向向上时，也会影响试验结果，这时在试验过程中钢筋或FRP筋混凝土试件会处于悬空状态，试件的重量将会影响拔出力的数值，最后影响了粘结滑移曲线的准确性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置及测定方法。
为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明的一方面，提供一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，包括：
拉拔试验机，用于提供拉拔的拉力；
加载架，至少包括第一板体、第二板体和第三板体，第一板体和第二板体竖向设置，第三板体水平设置，设置于第一板体和第二板体之间，且位于第一板体和第二板体的底部；加载架通过第一板体和第二板体的顶部安装在拉拔试验机上，第三板体上加工有通孔；
锚具，固定安装于加载架的下方；
LVDT位移传感器和安装支架；
待测定的钢筋或FRP筋混凝土结构件中，钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体，安装支架用于将LVDT位移传感器固定于钢筋或FRP筋上。
本发明的第二方面，提供一种同时测定粘结强度和滑移距离的方法，包括如下步骤：
对钢筋或FRP筋混凝土结构件进行处理，使钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体；
将处理后的结构件放置于加载架的第三板体上方，钢筋或FRP筋的朝下的一端从第三板体的通孔穿下，并用锚具将其锚固；
安装支架将LVDT位移传感器固定在钢筋或FRP筋的朝上的一端上，使LVDT位移传感器测头紧贴钢筋或FRP筋混凝土试件；
将LVDT位移传感器依次与数据采集箱和计算机连接；
拉拔试验机动作，对加载架施加向上的拉拔力，进行拉拔试验，由LVDT位移传感器记录钢筋或FRP筋的位移量。
与现有技术相比，本发明的以上一个或多个实施例的有益效果为：
在进行拉拔试验时，加固筋混凝土试件放置在加载架上，可以有效克服试块的重力对粘结力测试结果的影响，有效提高粘结力测定的准确性。
钢筋或者FRP筋和混凝土的相对滑移量在初始阶段的量级非常小，而初始阶段的滑移对粘结滑移曲线的确定和粘结刚度的表征非常重要，相比于传统的百分表或千分表，LVDT位移传感器可以更精确的测定钢筋或FRP筋与混凝土间的滑移距离。同时万能材料试验机和计算机连接，可以直接得出对应时间的拔出力和相对滑移，有利于对试验数据的处理，可以同时获得拔出力值和滑移量从而确定粘结滑移曲线。
本试验装置所需材料和仪器少，而且此装置在完成科研试验的同时有利于降低成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例提供的拉拔试验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的加载架的结构示意图；
图3是本发明实施例的加载架的各组成部分结构示意图，其中，(a)为加载架的左视图，(b)为加载架的右视图，(c)为加载架的主视图，(d)加载架的俯视图，(e)为螺杆；
图4是本发明实施例提供的LVDT位移传感器固定架组件的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图，(c)为左视图；
图5是本发明实施例提供的FRP筋混凝土试件结构示意图，其中，(a)为截面图，(b)为FRP筋预处理后的横截面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的钢筋混凝土试件结构示意图；
图7是本发明实施例的锚具的结构示意图。
其中，1-拉拔试验机；2-加载架；3-钢筋或FRP筋混凝土试件；4-锚具；5-驱动组件；6-LVDT位移传感器；7-LVDT位移传感器固定架；8-上端钢筋或上端FRP筋；9-下端钢筋或镀锌钢管；10-数据采集箱；11-计算机；12-左侧钢板；13-下部钢板；14-右侧钢板；15-螺杆；16-第一孔洞；17-第二孔洞；18-第三孔洞；19-第一螺丝；20-第二螺丝；21-第四孔洞；22-第五孔洞；23-左夹具；24-第三螺丝；25-右夹具；26-第四螺丝；27-旋转轴；28-FRP筋；29-环氧树脂层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一方面，提供一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，包括：
拉拔试验机，用于提供拉拔的拉力；
加载架，至少包括第一板体、第二板体和第三板体，第一板体和第二板体竖向设置，第三板体水平设置，设置于第一板体和第二板体之间，且位于第一板体和第二板体的底部；加载架通过第一板体和第二板体的顶部安装在拉拔试验机上，第三板体上加工有通孔；
锚具，固定安装于加载架的下方；
LVDT位移传感器和安装支架；
待测定的钢筋或FRP筋混凝土结构件中，钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体，安装支架用于将LVDT位移传感器固定于钢筋或FRP筋上。
在拉拔试验过程中，当混凝土基体处于悬空状态时，拉拔力向上，混凝土机体的重力向下，影响了拔出力。在本试验装置中，由于第三板体对混凝土机体提供了支撑作用，使混凝土机体在拉拔试验的过程中不处于悬空状态，克服了混凝土机体的重力对拔出力的影响。此外，加载架的底部是第三板体，可以对混凝土基体起到良好的支撑作用，加上两侧第一板体和第二板体的防护作用，可以有效防止混凝土试件在拉拔过程中从加载架上滑脱。
拉拔试验机为现有的装置，其主要包括整体支架结构、安装在支架结构上的驱动组件，驱动组件可以在支架结构上上下移动，进而提供拉拔力。加载架用于安装在驱动组件上。
在一些实施例中，所述锚具包括本体、左夹具和右夹具，左夹具和右夹具安装于本体的上方，用于提供夹持力，本体的下端通过旋转轴进行固定安装。
在一些实施例中，加载架可拆卸地安装在拉拔试验机上。
进一步的，所述加载架通过螺杆可拆卸地安装在拉拔试验机上。
加载架可拆卸地安装在拉拔试验机上时，便于将混凝土结构件放置于加载架上，同时在试验完成后，便于将混凝土结构件从加载架上移去。
在一些实施例中，所述安装支架包括本体、第一螺栓和第二螺栓，本体上加工有平行设置的第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔和第二安装孔的侧壁上分别加工有第一螺纹孔和第二螺纹孔，第一螺栓与第一螺纹孔配合安装，第二螺栓与第二螺纹孔配合安装。
安装LVDT位移传感器时，可以先将LVDT位移传感器插入第一安装孔内，然后将第一螺栓向内旋入，将LVDT位移传感器夹紧，然后将安装支架通过第二安装孔套于钢筋或FRP筋上，将第二螺旋向内旋入，将钢筋或FRP筋夹紧，进而将安装支架进行固定。
在一些实施例中，还包括数据采集箱和计算机，数据采集箱分别与计算机和LVDT位移传感器连接，计算机与拉拔试验机连接。
本发明的第二方面，提供一种同时测定粘结强度和滑移距离的方法，包括如下步骤：
对钢筋或FRP筋混凝土结构件进行处理，使钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体；
将处理后的结构件放置于加载架的第三板体上方，钢筋或FRP筋的朝下的一端从第三板体的通孔穿下，并用锚具将其锚固；
安装支架将LVDT位移传感器固定在钢筋或FRP筋的朝上的一端上，使LVDT位移传感器测头紧贴钢筋或FRP筋混凝土试件；
将LVDT位移传感器依次与数据采集箱和计算机连接；
拉拔试验机动作，对加载架施加向上的拉拔力，进行拉拔试验，由LVDT位移传感器记录钢筋或FRP筋的位移量。
将LVDT位移传感器与数据采集箱连接，数据采集箱与计算机连接，在拉拔试验的过程中，LVDT位移传感器侧头将信号传递到数据采集箱，经过处理然后传递到计算机中，通过采集软件得出数据。
在一些实施例中，对FRP筋进行镀锌钢管预处理。
进一步的，对FRP筋进行镀锌钢管预处理的步骤为：
1)选取相应直径的镀锌钢管，并对钢管的内壁进行清理，避免影响与环氧树脂的粘结；
2)将钢管的底部进行密封并设置用于FRP筋对中的卡片；
3)将环氧树脂注入底部密封的钢管，然后将FRP筋插入钢管并进行对中；
4)用环氧树脂将钢管灌满，然后用卡片对钢筋进行再一次的对中；
5)当钢管内的环氧树脂固化后，即可完成对FRP筋的预处理。
通过对FRP筋进行镀锌钢管的预处理，解决了FRP筋被直接拔出易碎裂的问题，同样适用于FRP筋粘结力的测试，本拉拔试验装置对钢筋混凝土试块和FRP筋混凝土试块都适用。
实施例1
如图1所示，该装置是由万能材料试验机1、加载架2、钢筋混凝土试件3、LVDT位移传感器6、LVDT位移传感器固定架7、数据采集箱10、计算机11组成。所述加载架是由左侧钢板12、右侧钢板14、下部钢板13和螺杆15组成，在左侧钢板12和右侧钢板14上端各预留出第一孔洞16和第二孔洞17，便于螺杆从第一孔洞16和第二孔洞17中穿过，用于加载架2与万能材料试验机1连接，在下部钢板13中心处预留出第三孔洞18，便于钢筋或FRP筋混凝土中的下端钢筋或镀锌钢管9穿入。所述LVDT位移传感器固定架7是将LVDT位移传感器6固定于钢筋或FRP筋混凝土试件3中上端钢筋8或上端FRP筋一端，然后用第一螺丝19和第二螺丝20穿入第四孔洞21和第五孔洞22把LVDT位移传感器6与上端钢筋或上端FRP筋8固定在一起。所述LVDT位移传感器6一端与数据采集箱10用USB接口连接，另一端与上端钢筋8固定在一起。所述数据采集箱10一端与LVDT位移传感器6连接，另一端与计算机11连接，这样可以测定钢筋或FRP筋与混凝土间的粘结滑移距离。所述钢筋或FRP筋混凝土试件3置于加载架2中左侧钢板12和右侧钢板14之间，其中钢筋或FRP筋混凝土试件3中的下端钢筋或镀锌钢管9从第三孔洞中18穿出，穿出的钢筋被万能材料试验机1的下部锚具4夹持，用于固定钢筋或FRP筋混凝土试件3。加载架2的上部与万能材料试验机1的上部驱动组件5用螺杆15连接，万能材料试验机1的一端与计算机11连接用于接收实验结果。
如图2所示，所述加载架2部分是由长700mm，宽200mm的左侧钢板12、右侧钢板14和边长200mm的下部钢板13焊接而成，钢板的厚度均为10mm，并与直径为30mm，长400mm的圆柱螺杆组成。所述加载架2部分的钢板需进一步处理，在左侧钢板12和右侧钢板14分别距钢板上边缘50mm中间位置开孔直径为30mm的第一孔洞16和第二孔洞17，便于螺杆15穿入，用于加载架2与万能材料试验机1连接，在下部钢板13中心开孔直径30mm的第三孔洞18，便于钢筋混凝土试件3中的下端钢筋9穿入，然后使驱动组件5下降，使下端钢筋9能被万能材料试验机1的下端锚具4夹持，用于固定钢筋混凝土试件3。
如图7所示，所述锚具是由左夹具23、第三螺丝24、右夹具25、第四螺丝26和旋转轴27组成，左夹具23和右夹具25用于固定下端钢筋或镀锌钢管9，第三螺丝24和第四螺丝26用于固定左夹具23和右夹具25，并且锚具可以根据钢筋直径的大小更换合适的左夹具23和右夹具25，转动转轴27可以对下端钢筋或镀锌钢管9提供约束力，使夹具更好的固定住下端钢筋或镀锌钢管9。
如图3所示，所述LVDT位移传感器固定架7组件中第四孔洞21穿入LVDT位移传感器6，用第一螺丝19固定，第五孔洞22穿入上端钢筋8，用第二螺丝22固定。
钢筋或FRP筋混凝土的尺寸是150mm×150mm×150mm。
拉拔试验装置具体实施如下：
第一步，螺杆15通过穿入加载架2上第一孔洞16和第二孔洞17，并穿入万能材料试验机1上部的驱动组件5，将加载架2与万能材料试验机1连接起来。
第二步，将钢筋或FRP筋混凝土试件3放入加载架2中左侧钢板12和右侧钢板14之间，钢筋或FRP筋混凝土试件3的上端钢筋或上端FRP筋8朝上放置，下端钢筋或镀锌钢管9从下部钢板13中的第三孔洞18穿出，然后启动万能材料试验机1使驱动组件5下降，使下端钢筋或镀锌钢管9落入试验机下部的锚具4中，最后使下端钢筋或镀锌钢管9被锚具4夹持。
第三步，使用LVDT位移传感器固定件7，把LVDT位移传感器6固定在钢筋或FRP筋混凝土试件3中上端钢筋或上端FRP筋8一端，使位移传感器测头紧贴钢筋或FRP筋混凝土试件3，然后LVDT位移传感器6的另一端与数据采集箱10连接，数据采集箱10与计算机11连接。
第四步，通过计算机运行万能材料试验机1，进行试验。
相较于普通拉拔试件加载装置，该试验装置可以对钢筋混凝土立方体试块和FRP筋混凝土立方体试块进行拉拔试验，与万能材料试验机配合，实现全自动加载过程，保证试验加载过程稳定。装置配有LVDT位移传感器，相比于传统的百分表，该试验装置可以精确的记录钢筋或FRP筋与混凝土间的滑移距离，便于试验的研究分析，同时该装置还有构造简单，操作便捷，可提高使用效率的特点，而且在试验的过程中便于观察试验现象。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：包括：
拉拔试验机，用于提供拉拔的拉力；
加载架，至少包括第一板体、第二板体和第三板体，第一板体和第二板体竖向设置，第三板体水平设置，设置于第一板体和第二板体之间，且位于第一板体和第二板体的底部；加载架通过第一板体和第二板体的顶部安装在拉拔试验机上，第三板体上加工有通孔；
锚具，固定安装于加载架的下方；
LVDT位移传感器和安装支架；
待测定的钢筋或FRP筋混凝土结构件中，钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体，安装支架用于将LVDT位移传感器固定于钢筋或FRP筋上。
2.根据权利要求1所述的同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：所述锚具包括本体、左夹具和右夹具，左夹具和右夹具安装于本体的上方，用于提供夹持力，本体的下端通过旋转轴进行固定安装。
3.根据权利要求1所述的同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：加载架可拆卸地安装在拉拔试验机上。
4.根据权利要求1所述的同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：所述加载架通过螺杆可拆卸地安装在拉拔试验机上。
5.根据权利要求1所述的同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：所述安装支架包括本体、第一螺栓和第二螺栓，本体上加工有平行设置的第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔和第二安装孔的侧壁上分别加工有第一螺纹孔和第二螺纹孔，第一螺栓与第一螺纹孔配合安装，第二螺栓与第二螺纹孔配合安装。
6.根据权利要求1所述的同时测定粘结强度与滑移距离的中心拉拔装置，其特征在于：还包括数据采集箱和计算机，数据采集箱分别与计算机和LVDT位移传感器连接，计算机与拉拔试验机连接。
7.一种同时测定粘结强度和滑移距离的方法，其特征在于：包括如下步骤：
对钢筋或FRP筋混凝土结构件进行处理，使钢筋或FRP筋的两端均延伸出混凝土基体；
将处理后的结构件放置于加载架的第三板体上方，钢筋或FRP筋的朝下的一端从第三板体的通孔穿下，并用锚具将其锚固；
安装支架将LVDT位移传感器固定在钢筋或FRP筋的朝上的一端上，使LVDT位移传感器测头紧贴钢筋或FRP筋混凝土试件；
将LVDT位移传感器依次与数据采集箱和计算机连接；
拉拔试验机动作，对加载架施加向上的拉拔力，进行拉拔试验，由LVDT位移传感器记录钢筋或FRP筋的位移量。
8.根据权利要求7所述的同时测定粘结强度和滑移距离的方法，其特征在于：对FRP筋进行镀锌钢管预处理。
9.根据权利要求8所述的同时测定粘结强度和滑移距离的方法，其特征在于：对FRP筋进行镀锌钢管预处理的步骤为：
1)选取相应直径的镀锌钢管，并对钢管的内壁进行清理，避免影响与环氧树脂的粘结；
2)将钢管的底部进行密封并设置用于FRP筋对中的卡片；
3)将环氧树脂注入底部密封的钢管，然后将FRP筋插入钢管并进行对中；
4)用环氧树脂将钢管灌满，然后用卡片对钢筋进行再一次的对中；
5)当钢管内的环氧树脂固化后，即可完成对FRP筋的预处理。
10.根据权利要求9所述的同时测定粘结强度和滑移距离的方法，其特征在于：对FRP筋进行镀锌钢管预处理后的结构包括FRP筋、镀锌钢管和环氧树脂层，FRP筋套于镀锌钢管内部，两者同轴设置，环氧树脂层填充于镀锌钢管与FRP筋之间。
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111707611A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-25 | 扬州大学 | Frp筋与混凝土粘结性能持荷与测试装置及其使用方法 |
| CN113484233A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-08 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 纤维复合材料杆与粘结剂界面滑移性能测试装置及方法 |
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-
2020
- 2020-04-10 CN CN202010280053.9A patent/CN111307710A/zh not_active Withdrawn
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