CN111398045A - 测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置和试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，包括上端板、下端板、对拉螺杆、螺母、进水口、排气阀、密封圈、应变片；上端板的下端和下端板的上端均设有凹槽；试样为管状，套有密封圈的试样的上端位于上端板的凹槽内，套有密封圈的试样的下端位于下端板的凹槽内；对拉螺杆穿过上端板和下端板，两端通过螺母锁紧；上端板上设有进水口和排气阀；应变片贴在试样的外侧壁和对拉螺杆打磨后的外表面。还涉及测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法。本发明结构简单，易于操作，检测精度高，属于土木工程中结构材料性能检测技术领域。

Description

测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试 验装置和试验方法
技术领域
本发明涉及土木工程中结构材料性能检测技术，具体涉及测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置和试验方法。
背景技术
纤维增强复合材料因其很高的比强度和优异的耐腐蚀性能，近年来作为一种结构材料被广泛应用于土木工程领域，其中最典型的应用为复材管约束混凝土，在轴向压力的作用下，混凝土的横向膨胀能够有效的被接近环向布置的纤维所约束，从而大大的提高了构件的强度和延性。对于复材管约束混凝土而言，复材管的环向拉伸性能(包括环向极限拉伸应变、环向弹性模量和泊松比)，特别是环向弹性模量对于其力学性能有着至关重要的影响。在测量复合材料拉伸性能的试验方法中，除了传统的直条形片材拉伸试验、分裂盘试验外，世界各国的学者也提出了各种各样的试验方法，但是现有的这些方法在实际应用中都存在着一定的局限性，特别在测量复材管环向弹性模量的问题上，仍然没有一个准确便捷的解决方案。
直条形片材拉伸试验方法测量纤维增强复合材料的拉伸性能在很多国家和地区的试验规范里都有明确的阐述，例如《聚合物基复合材料拉伸性能标准试验方法》[ASTMD3039/D3039M-14(2014)]、《土木工程加固用纤维增强复合材料拉伸性能标准试验方法》[ASTM D7565/D7565 M-10(2017)]、《定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》[GB/T 3354(2014)、《纤维增强复合材料弹性常数测试方法》[GB/T 32376(2015)]等等。但是，直条形片材拉伸试验方法主要适用于连续的单向纤维增强复合材料平板。对于结构工程用复材管而言，为了保证其具有一定的轴向刚度，纤维的缠绕或铺陈方向往往与水平方向具有一定的夹角，而直条形片材拉伸试验方法对于非连续的偏轴材料，尤其是偏轴比较大的情况下，纤维材料将在试样边缘被切断而形成边缘效应，这将使得试验所测得的材料弹性模量被低估；而另一方面，对复材拉挤或缠绕管而言，沿其环向只能截取出弧形试样，无法适用直条形片材拉伸试验方法；而对于采用手工湿铺法制作的复材管，虽然可以制作出与管材相同材料和相同铺层的直条形片材试样，并进行拉伸试验，但是由于两者之间曲率的差别，以及制作方法的不同，直条形片材拉伸试验方法的结果很难准确标定复材管的实际性能。
相较于直条形片材试验方法，分裂盘试验方法采用了环形试样，相对完整的保持了管材的原有形状，被广泛应用于测量复材管的环向性能，如《塑料或增强塑料管表观环向拉伸强度标准试验方法》[ASTM D2290-16(2016)]和《塑料管道系统——玻璃纤维增强热固塑料管表观初始周向拉伸强度试验方法》[ISO 8521(2009)]均采用了此方法。但是分裂盘试验方法中，为减少试样与分裂盘之间的摩擦力对试验结果的不利影响，环形试样的测试段应尽可能的靠近两个半圆形分裂盘的间隙处。但是，随着试验的进行，在拉力作用下两个分裂盘逐渐分离，在试样的测试段上将产生了无法避免的弯曲，导致试验最终无法获取准确的复材管环向弹性模量。针对这个问题，人们提出了很多种改进分裂盘试验的措施，例如让试样的测试段远离分裂盘的间隙处，以消除试样弯曲对测试结果的影响，但这样的处理却带来了另外一个问题：试样与分裂盘之间的摩擦使得试样上产生沿圆周方向的拉伸应力梯度，导致无法获取测试段准确的拉伸应力，从而也无法获得准确的复材管环向材料性能。另外，不管是工业化生产的复材缠绕管还是手工湿铺法制作的复材管，其管径和壁厚都存在一定的离散，而固定尺寸的分裂盘对复材管管径的离散度适应性较差，当分裂盘和复材管直径差别越大时，上述由于测试段的弯曲所导致的测量误差将越严重。
如果想要消除边界效应、弯曲、摩擦力等不利因素对测定复材管环向性能的影响，复材管内压试验是最佳的选择。一方面内压试验保证了试样的完整性，另一方面在内压作用下，复材管均匀膨胀，其受力状态与复材管约束混凝土非常相似，因此所测得的复材管环向弹性模量非常可靠。复材管内压试验的基本原理与《纤维增强热固塑料管短时水压失效压力试验方法》[GB/T 5351-2005]相一致，但是如果采用此国家标准的试验方法来测定复材管的环向弹性模量和泊松比则存在两个问题：一是，为了让水压能够正常的施加在管道内壁上，确保加压过程中试验装置不漏水，其端部的密封装置至关重要，尤其对于管径较小或者管壁较厚的复材管来说，需要对其施加很高的内压才能获取准确的环向材料性能数据，所以端部密封装置通常设计得非常复杂。而复材管管径和壁厚的离散往往导致标准化尺寸的密封装置失效。二是，试验中端部的密封势必使得试样轴向产生应力，如不准确考虑此部分的影响，势必无法获取准确的复材管环向拉伸性能参数。
综上，根据对现有技术的分析可以得知，传统测量复合材料力学性能的试验方法主要存在以下四个缺陷，使其无法适用于测定结构工程用复材管环向拉伸弹性模量和泊松比：
缺陷1：直条形片材拉伸试验方法只适用于测定复材平板的相关性能，无法解决复材管沿环向具有弧度的问题；
缺陷2：分裂盘试验方法无法避免的弯曲或摩擦问题导致其所测得的复材管环向弹性模量误差较大，且固定尺寸的分离盘对复材管管径偏差的适应性差；
缺陷3：传统水压试验方法的试验装置复杂繁琐，且对复材管尺寸(管径和壁厚)偏差的适应性差，使其很难在实际项目中推广应用；
缺陷4：传统的水压试验方法没有考虑试验过程中复材管所受的轴向应力，无法获取准确的复材管环向拉伸性能参数。
为解决现有试验方法的局限性，依据现有的技术条件，提出了一个针对于测量结构工程用复材管环向弹性模量和泊松比简易可行、结果可靠、适用性广的试验方法。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单、易于操作、结果可靠的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置和试验方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：包括上端板、下端板、对拉螺杆、螺母、进水口、排气阀、密封圈、应变片；上端板的下端和下端板的上端均设有凹槽，以及沿凹槽外围均匀布置螺孔；试样为管状，套有密封圈的试样的上端位于上端板的凹槽内，套有密封圈的试样的下端位于下端板的凹槽内；对拉螺杆穿过上端板和下端板，两端通过螺母锁紧；上端板上设有进水口和排气阀；应变片贴在试样的外侧壁和对拉螺杆中部。
作为一种优选，测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，还包括加固段；试样的上端外侧和下端外侧均设有加固段。
作为一种优选，应变片的数量为多组，在试样高度一半位置处，多组应变片沿着圆周均布；每组应变片均包括轴向应变片和环向应变片。
作为一种优选，对拉螺杆的数量为多根，环绕试样圆周均布；对拉螺杆中部沿纵向粘贴应变片。
测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，采用测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，包括如下步骤：
a.试样制作：从纤维增强复合材料管上截取试样；
b.试样安装：在试样和对拉螺杆上粘贴应变片，试样的上下端分别套装密封圈，试样的上端插入上端板的凹槽中，试样的下端插入下端板的凹槽中，上、下端板螺孔对齐，穿上对拉螺杆，通过拧紧对拉螺杆两端的螺母将上端板和下端板锁紧，从而将试样的端部密封；
c.加压：试件加水排气后，通过进水口外接加压装置加压至规定的环向应变；
d.数据的选取和计算：选取试验过程中规定环向应变范围的试验数据，计算得到纤维增强复合材料管的环向弹性模量和环向泊松比。
作为一种优选，步骤a中，试样取自与纤维增强复合材料管约束混凝土构件同一批次的纤维增强复合材料管，试样总数不少于5个；试样高度H＝2l+d，其中l为加固段长度，取10-30mm，d为试样内径；加固段材料的弹性模量与试样的弹性模量相应。
作为一种优选，步骤b中，对称逐个拧紧对拉螺杆两端的螺母；在拧紧螺母的过程中注意观察试样上轴向应变片的读数，通过调整每个螺母的松紧程度使得试样轴向均匀受压，并确保在试件端部密封的情况下，试样的轴向应变不超过0.03％。
作为一种优选，步骤c中，对试样均匀加压，加压速度为保证试样环向应变每秒钟增加0.001％。
作为一种优选，步骤d中，求出环向弹性模量的算数平均值、标准差和离散系数，求出环向泊松比的算数平均值、标准差和离散系数。
作为一种优选，步骤b中，对拉螺杆直径和数量的选择原则为：达到最大试验内压时对拉螺杆的应力应小于或等于70％的对拉螺杆屈服强度；在对拉螺杆上纵向粘贴1～2个应变片来监测试验过程中对拉螺杆的应变水平。
本发明是在对现有复合材料性能试验方法进行分析后提出的：
针对缺陷1，采取的方式是沿复材管(纤维增强复合材料管)的环向直接截取复材管试样测量其环向弹性模量和泊松比。
针对缺陷2，采取的方式是对复材管试样直接施加内压，使其均匀膨胀，从而实现对试样均匀环向张拉，选取试验过程中规定环向应变范围内的应力和应变差值来计算复材管的环向弹性模量和泊松比，不存在分裂盘试验中的弯曲或摩擦力问题。
针对缺陷3，采取的方式是通过在复材管两端套上密封圈，并插入端板的凹槽中，最终通过拧紧拉紧上下端板的对拉螺杆实现对内压试验装置的密封，端部的密封圈具有一定的弹性，并且端板凹槽具有一定的冗余度，能够适应试样直径和厚度在一定范围内的波动。
针对缺陷4，采取的方式是考虑复材管试样在内压试验过程中处于双向受力状态，并通过测取对拉螺杆的应变来获取其拉伸力，最终通过轴向力平衡计算获得复材管试样的轴向应力值。
本发明具有如下优点：
1.本发明是一种新型的简易试验方法，能够精确的测量结构工程用纤维增强复合材料管(以下简称：复材管)的环向拉伸性能，包括环向弹性模量和泊松比。
2.能够通过简易的试验装置对复材管的端部进行密封，试验装置结构简单，操作便捷。
3.适用性广的特点主要体现在以下三个方面：(1)除了典型的复材拉挤和缠绕管之外，采用湿铺法手工制作的复材管均可以适用于此方法；(2)对所测复材管几何尺寸(直径和厚度)的离散水平有较高的接受度；(3)适用于任何纤维缠绕或铺陈角度的复材管。
4.可对复材管均匀加压。
附图说明
图1是试样的结构示意图。
图2是应变片在试样上的布置图。
图3是试验装置的结构示意图。
图4是试验装置的立体图。
图5是密封圈的立体图。
图6a是下端板的俯视图。
图6b是下端板的侧视图。
图7是下端板的立体图。
图8是试验环向应力-应变曲线图。
图9是对拉螺杆轴向拉伸试验的轴向拉力-轴向应变曲线图。
其中，1为上端板，2为下端板，3为对拉螺杆，4为螺母，5为进水口，6为排气阀，7为密封圈，8为凹槽，9为螺孔，10为试样，11为加固段，12为轴向应变片，13为环向应变片。
具体实施方式
测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，包括上端板、下端板、对拉螺杆、螺母、进水口、排气阀、密封圈、应变片；上端板的下端和下端板的上端均设有凹槽；试样为管状，套有密封圈的试样的上端位于上端板的凹槽内，套有密封圈的试样的下端位于下端板的凹槽内；对拉螺杆穿过上端板和下端板，两端通过螺母锁紧；上端板上设有进水口和排气阀；应变片贴在试样的外侧壁和对拉螺杆打磨后的外表面。
下面进行详细说明：
1试样
1.1试样型式
试样需取自与复材管约束混凝土构件同一批次的复材管，试样总数不少于5个。试样的端部可进行加固，试样型式见图1。D为试样外径；d为试样内径；t0为加固层厚度；l为加固段长度；L为两加固段间距离；H为试样高度；t为试样厚度。若试样在本试验方法所要求的加压范围内端面不发生漏水现象，可采用端部不加固型式。
1.2试样尺寸
试样高度H＝2×加固段长度l+试样的内径d。
1.3试样加固段材料及制作方法
为了保证在内压试验过程中试样端部的密封效果，对试样端部进行加固，以增大试样端部与密封圈的接触面。
1.3.1试样加固段长度
加固段长度l为(10～30mm)，加固层厚度t0在保证端面不漏水的条件下，不宜过厚，建议为试样壁厚的(0.5～1.0)倍。
1.3.2试样加固段材料
试样加固段材料的弹性模量应尽量与试样的弹性模量相接近。
1.3.3加固段制作方法
1.3.3.1截取适当长度的试样。
1.3.3.2试样加固部位表面需打磨，若有胶瘤或其他突起物应修平。
1.3.3.3用溶剂(如丙酮)清洗试样加固部位的表面。
1.3.3.4采用有足够张力的湿法缠绕或真空导入树脂法或其他适宜的方法。
1.3.3.5在树脂固化后，对试样的端面进行加工以满足对试样端面的要求。
1.4试样端面要求
为了保证试样端面与密封圈的紧密贴合，试样端面应平整、无分层、撕裂等现象，其余表面无损伤。试样两端面要求平行，且与试样轴线垂直，平行度应不大于0.1mm。
1.5试样应变片的粘贴
如图2所示，在试样高度一半处的截面沿其外表面均匀粘贴应4-8组应变片，如果试样直径的较大，应变片的组数可适当增加。每组应变片均包括两个单向应变片，一个沿试样轴向布置，另一个沿环向布置，宜采用标距为5mm至20mm的应变片。
1.6试样数量
力学性能试样每组不少于5个，并保证同批次有5个有效试样，物理性能试样按相应标准的规定。
2试验条件
2.1试验环境条件
2.2.1实验室标准环境条件
温度：(23±2)℃；相对温度：(50±10)％。
2.2.2实验室非标准环境条件
若不具备实验室标准环境条件时，选择接近实验室标准环境条件的实验室环境条件。
2.2试验状态调节
具备条件时至少在温度(23±2)℃环境中放置4h并在相同环境下进行试验。不具备条件时在实验室环境温度下进行试验。
3装置和设备
3.1试验装置
本内压试验方法的试验装置上、下端板和对拉螺杆组成，如图3和图4所示。图中B为端板宽度；t1为端板有效厚度；h为端板凹槽深度；D0为端板凹槽直径。
3.1.1密封系统
端部密封圈可选择丁晴橡胶UPH型或其他可以达到密封效果的密封圈，如图5所示，密封圈应具有承受最大试验内压的能力，且应避免因选择和安装不合理而引起的密封失效。
3.1.2端板
3.1.2.1试验装置的上下钢端板应平整、光滑，其中下端板如图6a、图6b和图7所示。
3.1.2.3端板有效t1：对于直径d小于等于200mm时，t1≥25mm；对于直径d大于200mm且小于等于400时，t1≥30mm；对于直径d大于400mm且小于等于600时，t1≥35mm；对于直径d大于600mm且小于等于600时，t1≥40mm。
3.1.2.4端板凹槽直径D0应考虑能够让套上密封圈后的试样端部紧密的卡入端板凹槽中。
3.1.2.5端板凹槽深度h应大于等于密封圈高度。
3.1.3对拉螺杆
对拉螺杆直径和数量的选择原则为：达到最大试验内压时对拉螺杆的应力应小于或等于70％的螺杆屈服强度。应在对拉螺杆中部进行磨平处理,并在其上沿纵向粘贴1-2个应变片,用于监测试验过程中螺杆的应变水平。
3.1.4试验装置的安装
3.1.4.1将密封圈套在试样两端，并注意安装时不应损伤试样。
3.1.4.2将试样套上密封圈的两端分别插入上、下端板的凹槽中。
3.1.4.3调整好上、下端板，使其与试样垂直，并保证上、下端板的螺孔对齐。
3.1.4.4安装对拉螺杆和螺母。
3.1.4.5对称逐个拧紧对拉螺杆上的螺母。在拧紧螺母的过程中注意观察试样上轴向应变片的读数，通过调整每个螺母的松紧程度使得试样轴向均匀受压，并确保在对拉螺杆的作用下，试样的轴向应变不超过0.03％。
3.2试验设备
试验的加压设备可以采用手动、电动施压泵或配有压力调节器和液压储存器的供压系统。试验设备应符合以下要求：
3.2.1加压用水应保持清洁，水温在(23±2)℃范围内。若有特殊要求，对加压用的液体介质或介质温度可以另作规定。
3.2.2供压系统的选择应使得试验所需施加的最大内压落在满载的10％～90％的范围内(尽量落在满载的一侧)。
3.2.3供压系统应具有对试样均匀、连续加压的能力。
3.2.4供压系统需连接压力传感器，其相对误差应不大于满刻度的1％，且应该使试验施加的最大内压落在满刻度的60％左右。
3.2.5试验过程中应配备必要的安全防护措施，对压力系统应进行安全检查。
3.2.6试验设备应定期经具有相应资格的计量部门进行校准。
3.2.5物理性能用试验设备应符合相应标准的规定。
3.3加压速度
加压速度为试样环向应变每秒钟增加0.001％。
4试验步骤
4.1试样制备按1.3、1.4和1.5的规定。
4.2试样需经外观检查，如有缺陷和不符合尺寸及制备要求的试样，应作废。
4.3将合格试样进行编号，并测量试样尺寸。在试样进行加固之前，分别测量试样的内径、外径以及试样的厚度，测量精确到0.01mm。在试样两个端面上，分别测量相互垂直两个方向上外径，取其平均值为平均外径。在试样任一端面的八个等间隔处测量壁厚，舍弃其中最大值和最小值，取其余各点的平均值为平均壁厚，试样的壁厚为两个端面平均壁厚的平均值。
4.4试样状态调节按2.2的规定。
4.5试样的安装按3.1.4的规定。
4.6将加压系统连上试验装置的进水口，打开排气阀，使试样充满水，并排出空气，关闭排气阀。
4.7所有试验数据清零。
4.8加载速度按3.3的规定，均匀、连续的加压，直至试样上所有环向应变片读数均超过0.4％方可停止加压。
4.9试验过程中，需要采集并储存的数据包括：内压、试样和对拉螺杆的应变和加压时间。
4.10如果在加压到试验所需最大内压前试验装置发生渗漏现象，或者试样有明显缺陷，应予以作废。同批有效试样不足5个的时候，应重做试验。
4.11完成对拉螺杆的拉伸试验，测量对拉螺杆的轴向拉力-轴向应变曲线,如图9所示。
5计算
5.1图8所示为典型的结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能内压试验的全过程环向应力-应变曲线，图中σθ为环向应力，εave为平均应变，εθ，ave和εx，ave分别为试样上的环向和轴向应变片读数的平均值。图9所示为典型的对拉螺杆轴向拉力-轴向应变图，图中Fs和εs为轴向拉力和轴向应变。以上均规定拉为正，压为负。
5.2按照式(1)计算试样的环向应力：
Figure BDA0002475578670000111
式中：
σθ——试样的环向应力(MPa)；
P——内压(MPa)；
d——试样的平均内径(mm)；
t——试样的平均厚度(mm)。
5.3按照式(2)计算试样的轴向应力：
Figure BDA0002475578670000112
式中：
σx——试样的轴向应力(MPa)；
n——对拉螺杆的数量；
Fsi——第i根对拉螺杆的拉力(MPa)，根据对拉螺杆上的应变片读数εsi在对拉螺杆轴向拉力-轴向应变曲线获取，如图9所示；
Ain——试样的内壁所包围的面积(mm2)，等于πd2/4；
Afrp——试样的截面面积(mm2)，等于π[(d+2t)2-d2]/4。
5.4按照式(3)计算试样的环向弹性模量：
Figure BDA0002475578670000113
式中：
Eθ——为试样的环向弹性模量(MPa)；
Δεθ，ave——计算所选取的环向应力-环向应变曲线直线段对应的平均环向应变增量，如图8所示，应至少为0.2％，建议选取平均环向应变0.1％-0.3％的范围。
Δσθ——为与平均环向应变增量Δεθ,ave所对应的环向应力增量(MPa)；
Δσx——为与平均环向应变增量Δεθ，ave所对应的轴向应力增量(MPa)；
Δεx,ave——为与平均环向应变增量Δεθ,ave所对应的平均轴向应变增量；
Ex——为复材管的轴向压缩弹性模量(MPa)，由同一批次复材管的轴压试验所测得，具体方法可参考《纤维增强热固性塑料管轴向压缩性能试验方法(GB5350-2005)》。
5.5按照式(4)计算试样的环向泊松比：
Figure BDA0002475578670000121
式中：
vθx——为试样的环向泊松比。
6试验结果
应求出环向初始弹性模量、环向初始泊松比等试验结果的算数平均值、标准差、离散系数等。对于离散系数较大的，应分析具体原因。如是因试样质量问题，应重新制作一批试样再次进行试验。
6.1每个试样的性能值：X1，X2，X3，…,Xn。必要时，应说明每个试样的破坏情况。
6.2按照式(5)计算算术平均值，计算到三位有效数字：
Figure BDA0002475578670000122
式中：
Figure BDA0002475578670000123
——算术平均值；
Xi——每个试样的性能值；
n——试样数。
6.3按照式(6)计算标准差S，计算到二位有效数字：
Figure BDA0002475578670000124
式中：
S——标准差。
6.4按照式(7)计算离散系数Cv，计算到二位有效数字：
Figure BDA0002475578670000125
式中：
Cv——离散系数。
6.5平均值的置信区间。
按ISO 2602:1980计算。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：包括上端板、下端板、对拉螺杆、螺母、进水口、排气阀、密封圈、应变片；上端板的下端和下端板的上端均设有凹槽，以及沿凹槽外围均匀布置螺孔；试样为管状，套有密封圈的试样的上端位于上端板的凹槽内，套有密封圈的试样的下端位于下端板的凹槽内；对拉螺杆穿过上端板和下端板，两端通过螺母锁紧；上端板上设有进水口和排气阀；应变片贴在试样的外侧壁和对拉螺杆中部。
2.按照权利要求1所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：还包括加固段；试样的上端外侧和下端外侧均设有加固段。
3.按照权利要求1所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：应变片的数量为多组，在试样高度一半位置处，多组应变片沿着圆周均布；每组应变片均包括轴向应变片和环向应变片。
4.按照权利要求1所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：对拉螺杆的数量为多根，环绕试样圆周均布；对拉螺杆中部沿纵向粘贴应变片。
5.测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，采用权利要求1至4中任一项所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验装置，其特征在于：包括如下步骤：
a.试样制作：从纤维增强复合材料管上截取试样；
b.试样安装：在试样和对拉螺杆上粘贴应变片，试样的上下端分别套装密封圈，试样的上端插入上端板的凹槽中，试样的下端插入下端板的凹槽中，上、下端板螺孔对齐，穿上对拉螺杆，通过拧紧对拉螺杆两端的螺母将上端板和下端板锁紧，从而将试样的端部密封；
c.加压：试件加水排气后，通过进水口外接加压装置加压至规定的环向应变；
d.数据的选取和计算：选取试验过程中规定环向应变范围的试验数据，计算得到纤维增强复合材料管的环向弹性模量和环向泊松比。
6.按照权利要求5所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，其特征在于：步骤a中，试样取自与纤维增强复合材料管约束混凝土构件同一批次的纤维增强复合材料管，试样总数不少于5个；试样高度H＝2l+d，其中l为加固段长度，取10-30mm，d为试样内径；加固段材料的弹性模量与试样的弹性模量相应。
7.按照权利要求5所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，其特征在于：步骤b中，对称逐个拧紧对拉螺杆两端的螺母；在拧紧螺母的过程中注意观察试样上轴向应变片的读数，通过调整每个螺母的松紧程度使得试样轴向均匀受压，并确保在试件端部密封的情况下，试样的轴向应变不超过0.03％。
8.按照权利要求5所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，其特征在于：步骤c中，对试样均匀加压，加压速度为保证试样环向应变每秒钟增加0.001％。
9.按照权利要求5所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，其特征在于：步骤d中，求出环向弹性模量的算数平均值、标准差和离散系数，求出环向泊松比的算数平均值、标准差和离散系数。
10.按照权利要求5所述的测量结构工程用纤维增强复合材料管环向拉伸性能的内压试验方法，其特征在于：步骤b中，对拉螺杆直径和数量的选择原则为：达到最大试验内压时对拉螺杆的应力应小于或等于70％的对拉螺杆屈服强度；在对拉螺杆上纵向粘贴1～2个应变片来监测试验过程中对拉螺杆的应变水平。
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CN113281166A (zh) * 2021-04-06 2021-08-20 香港理工大学深圳研究院 一种测量复材管环向弹性模量和泊松比的新型试验方法

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