CN112161922A - Frp/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置及方法，包括钢铰、固定夹具和FRP固定机构，其中钢铰包括若干个，钢铰设置于混凝土基体的端部，相邻的混凝土基体之间通过两个钢铰活动连接，相邻的两个钢铰之间可转动连接，所述固定夹具包括钢板与若干固定螺栓，所述钢板的两端分别与相邻混凝土基体中的一个连接，使得两个混凝土基体不产生转动，所述钢板与混凝土基体通过固定螺栓固定；所述混凝土基体的另一面设置有FRP板，FRP板的延伸方向上设置有多个钢扣件，钢扣件的端部通过螺栓固定在所述混凝土基体上。本公开有效避免了FRP板与混凝土基体的初始剥离。

Description

FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置及方法

技术领域

本公开属于纤维増强复合材料技术领域，具体涉及一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近几十年来，FRP在加固修复钢筋混凝土结构上的应用迅速发展。FRP已广泛用于加固修复钢筋混凝土桥梁等结构，所以开展FRP加固钢筋混凝土梁的性能试验迫在眉睫。目前，研究FRP混凝土黏结性能的试验方法主要可分为正拉试验、单剪试验、双剪试验、梁式试验、推剪试验。其中，正拉试验可直接获得黏结强度，但用此方法得到的黏结强度很难评估混凝土与FRP结合面在剪切和弯曲状态下的黏结性能。单剪或双剪试验是将FRP粘贴在混凝土体单面或双面上，通过张拉FRP来测试黏结强度，FRP与混凝土的黏结面受到平行于该面的黏结剪应力的作用。推剪试验将FRP贴在一块钢板的两个侧面上，再在两边粘上混凝土块，通过压推钢板来获得黏结强度。但以上试验方法均不能反映实际FRP加固梁受力状态。

梁式试验是在混凝土梁底粘贴FRP，通过梁顶加载来测试黏结性能。使用该方法进行静载试验时，发现当FRP和混凝土发生黏结破坏时，混凝土不会提前开裂，实测的FRP表面的应变分布与已有的FRP-混凝土黏结性能试验结果规律一致，且由试验数据得出的黏结-滑移曲线与已有的模型曲线发展趋势一致，表明采用梁式试验能较好的观测FRP剥离的发展和研究黏结滑移关系，符合FRP加固梁的实际受力状态。然而，在开展试验前的搬运过程中由于梁铰式试件处于活动状态，因此在搬运过程中需时刻保持两侧混凝土块受力均匀，否则FRP板极易受扭而产生初始局部剥离，影响测试结果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置及方法，本公开使用后可将钢板拆卸用于下次试验，具有很大的应用价值。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，包括钢铰、固定夹具和FRP固定机构，其中：

所述钢铰包括若干个，钢铰设置于混凝土基体的端部，相邻的混凝土基体之间通过两个钢铰活动连接，相邻的两个钢铰之间可转动连接，所述固定夹具包括钢板与若干固定螺栓，所述钢板的两端分别与相邻混凝土基体中的一个连接，使得两个混凝土基体不产生转动，所述钢板与混凝土基体通过固定螺栓固定；所述混凝土基体的另一面设置有FRP板，FRP板的延伸方向上设置有多个钢扣件，钢扣件的端部通过螺栓固定在所述混凝土基体上。

作为可选择的实施方式，所述FRP板粘贴于所述混凝土基体上。

作为可选择的实施方式，所述钢铰通过固定螺栓与混凝土基体固定连接。

作为可选择的实施方式，相邻的两个钢铰之间通过螺栓连接，相邻两个混凝土基体的顶部可只有转动。

作为可选择的实施方式，所述钢扣件和FRP板之间粘结。

上述装置的制备方法，包括以下步骤：

制作混凝土基体的模板，在混凝土基体与钢铰连接位置进行打孔，用于预埋螺栓；

在混凝土基体模板的侧边预埋螺栓，用于固定钢板，通过钢板将两侧的混凝土基体连接在一起；

浇筑混凝土基体，将模板放置于钢板上，浇筑混凝土，养护一定时间后在钢扣件安装位置进行打孔，将螺栓植入混凝土中；

在混凝土基体底面黏贴FRP板，将结构胶按照指定比例混合并搅拌均匀，FRP板与混凝土利用结构胶黏贴在一起；安装钢扣件，通过钢扣件及植入的螺栓对碳板进行物理锚固。

作为可选择的实施方式，在进行实验前，将固定在混凝土基体侧边的钢板拆除，开始进行试验。

作为可选择的实施方式，混凝土基体与钢铰连接位置的设置的螺栓外部包裹保鲜膜埋至混凝土基体中。

作为可选择的实施方式，所述钢板水平放置，保证混凝土基体底部水平。

作为可选择的实施方式，在混凝土基体底面黏贴FRP板前，对混凝土基体底面进行凿毛处理。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开提出一种基于铰接混凝土梁的FRP/混凝土界面力学性能测试装置，使用该装置可以制作测试FRP黏结作用的试件，且能够避免梁式构件制作及搬运过程中发生异动，解决碳板梁式构件在搬运途中发生局部剥离的现象，提高了试验精度。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的装置结构侧视图；

图2是本公开的装置结构主视图；

图3是本公开的装置结构俯视图；

图4是本公开的装置结构仰视图。

其中：1为混凝土基体，2为钢扣件，3为用于固定钢扣件的螺栓及螺母，4为钢铰，5为螺母，6为固定钢板，7为钢铰固定螺栓，8为用于固定钢板的螺栓及螺母，9为钢铰连接螺栓，10为FRP板。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

一种基于铰接混凝土梁的FRP/混凝土界面力学性能测试装置。

采用的测试装置如图1至图4所示，具体如下：

装置包括：用于连接混凝土基体的钢铰及连接装置、固定混凝土基体的夹具、FRP板固定装置。如图1-图4所示：

钢铰及连接装置包括钢铰4、用于固定钢铰及混凝土基体的螺栓7、钢铰连接螺栓9及螺母5。相邻的混凝土基体之间通过两个钢铰4活动连接，相邻的两个钢铰4之间通过钢铰连接螺栓9可转动连接

浇筑混凝土前应在模板相应位置打孔，在固定钢铰及混凝土基体的螺栓7外部包裹保鲜膜并预埋至混凝土基体中，固定螺栓7伸出部分不得小于5cm；钢铰4中间位置采用高强螺9及螺母5固定，保证相邻两块混凝土绕空隙顶部自由转动，模拟中部裂缝对FRP板黏结性能的影响。

固定夹具包括固定钢板6、用于固定钢板的螺栓及螺母8；首先在混凝土基体侧边的模板上预先打孔，将用于固定钢板的螺栓8一段固定在模板内，另一端通过螺母与钢板连接，保证模板与钢板连接后不发生异动。

FRP板固定装置包括：钢扣件2、固定钢扣件的螺栓及螺母3、FRP板10。试件养护完成后在混凝土基体底面进行打孔，将固定钢扣件的螺栓3植入混凝土基体1中，FRP板10黏贴在混凝土基体底面，碳板上方作用钢扣件2，钢扣件2和FRP板10之间亦涂抹粘结胶，并通过固定螺栓3将钢扣件2固定于基体上。

该测试装置具体实施的方法，包括以下步骤。

步骤(1)：

制作模板，预埋螺栓且安装钢铰。首先按照混凝土基体的尺寸制作木模板，在模板上钢铰4与混凝土基体1连接位置钻孔，用于预埋钢铰及混凝土基体的螺栓7，螺栓一端从模板中伸出长度5cm用于安装螺母。通过螺栓7将模板与钢铰4连接在一起，为使钢铰可以重复利用，节约成本，在螺栓7外围包裹保鲜膜，便于试验完成后钢铰的拆卸。钢铰4中间通过钢铰连接螺栓9与螺母5进行固定，可以使钢铰自由转动。

步骤(2)：

安装固定夹具。在下部模板的侧边进行打孔，将固定钢板的螺栓8一段预埋至模板内，另一端用于固定钢板6。钢板左右两侧分别与两个混凝土基体1连接，将两个混凝土基体固定为一个整体，使其不能产生相互转动。

步骤(3)：

浇筑并养护试件，将固定钢扣件的螺栓3植入混凝土基体1。模板连接完成后，检查是否牢固，检查完成后将试件放在水平钢板上保证模板底面严格水平，然后将钢铰外围包裹一层混凝土，防止浇筑混凝土时部分泥浆进入钢铰，影响钢铰的自由转动。搅拌浇筑混凝土，养护7天后在基体底面植入固定钢扣件的螺栓3：首先采用直径较小的钻头在混凝土基底上进行打孔，然后逐渐扩孔，防止钻孔时对混凝土基体1产生损伤。

步骤(4)：

黏贴碳板(即FRP板)。将混凝土基体底面进行凿毛，在凿毛处理过得基体1表面使用粘结胶粘贴FRP板10，FRP板10的表面纵向局部粘贴钢扣件2，螺栓10通过钢扣件12预留孔穿出。然后用扭矩扳手将螺母拧紧，使钢扣件固定到混凝土基体上。

步骤(5)：

将试件移动至试验台上，安装测试测试仪器，仪器安装好后将将固定在混凝土基体侧边的钢板拆下，开始试验。

步骤(6)：

试验完成后将连接钢铰4与混凝土基体1的螺栓7拆除，取下钢铰4使其重复利用，节约经济成本。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，其特征是：包括钢铰、固定夹具和FRP固定机构，其中：

所述钢铰包括若干个，钢铰设置于混凝土基体的端部，相邻的混凝土基体之间通过两个钢铰活动连接，相邻的两个钢铰之间可转动连接，所述固定夹具包括钢板与若干固定螺栓，所述钢板的两端分别与相邻混凝土基体中的一个连接，使得两个混凝土基体不产生转动，所述钢板与混凝土基体通过固定螺栓固定；所述混凝土基体的另一面设置有FRP板，FRP板的延伸方向上设置有多个钢扣件，钢扣件的端部通过螺栓固定在所述混凝土基体上。

2.如权利要求1所述的一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，其特征是：所述FRP板粘贴于所述混凝土基体上。

3.如权利要求1所述的一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，其特征是：所述钢铰通过固定螺栓与混凝土基体固定连接。

4.如权利要求1所述的一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，其特征是：相邻的两个钢铰之间通过螺栓连接，相邻两个混凝土基体的顶部可只有转动。

5.如权利要求1所述的一种FRP/混凝土界面力学性能测试的可拆卸装置，其特征是：所述钢扣件和FRP板之间粘结。

6.如权利要求1-5中任一项所述的装置的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

制作混凝土基体的模板，在混凝土基体与钢铰连接位置进行打孔，用于预埋螺栓；

在混凝土基体模板的侧边预埋螺栓，用于固定钢板，通过钢板将两侧的混凝土基体连接在一起；

浇筑混凝土基体，将模板放置于钢板上，浇筑混凝土，养护一定时间后在钢扣件安装位置进行打孔，将螺栓植入混凝土中；

在混凝土基体底面黏贴FRP板，将结构胶按照指定比例混合并搅拌均匀，FRP板与混凝土利用结构胶黏贴在一起；安装钢扣件，通过钢扣件及植入的螺栓对碳板进行物理锚固。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是：在进行实验前，将固定在混凝土基体侧边的钢板拆除，开始进行试验。

8.如权利要求6所述的方法，其特征是：混凝土基体与钢铰连接位置的设置的螺栓外部包裹保鲜膜埋至混凝土基体中。

9.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述钢板水平放置，保证混凝土基体底部水平。

10.如权利要求6所述的方法，其特征是：在混凝土基体底面黏贴FRP板前，对混凝土基体底面进行凿毛处理。

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