CN113740249B - 一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法，其中，支架装置包括双跑滑轨和左右两个支架；锚固装置分为左锚固和右锚固装置，左锚固装置包括带挡板、凹槽的小车和试块夹具，试块夹具置于小车的凹槽中可前后移动；右锚固装置包括自锚盒和楔形夹具，整个夹具置于自锚盒中，自锚盒通过穿插式矩形板固定；复合材料的一端铺设在试块上表面，另一端水平延伸至右锚固装置中的楔形夹具中；施力装置为千斤顶，对小车施加一个水平方向的推力，使得待测试件的粘结面上形成一水平剪应力。本发明克服了双面剪切试验中无法完全保证双面受力相同的缺点，且整个试验装置结构合理简单，操作方便，测试误差小，适用性好，能重复使用。

Description

一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法
技术领域
本发明属于测试界面粘结性能技术领域，尤其涉及一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及实施方法。
背景技术
目前采用高性能复合材料来加固结构的工程领域较为广泛，而界面粘结性能是其性能测试的最重要的指标之一，只有当二者之间具有良好的粘结能力，才能使加固效果得以实现。
为了有效测出复合材料与试块之间的滑移距离，进而有效地评估二者的界面粘结性能，现有的测试方法主要有双剪试验测试方法，单剪试验测试方法等。公开号CN103776766A的专利中提出一种玄武岩纤维布与混凝土界面粘结性能的测试方法，该装置通过使两块混凝土试块的中心线处于同一直线上，通过万向铰调整偏心距，再利用万能材料实验机进行加载的测试方法，但该装置试验仪器不方便携带，导致试验操作受限，且属于双面剪切试验的特性，双面受力不能保证完全相同，易造成较大的试验误差；公开号CN108088756A的专利中提出一种用于研究FRP(纤维增强复合材料)-混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用方法，该装置通过单剪夹持板和正拉夹持板固定试件，实现垂直居中加载，分别进行单剪试验和正拉试验，但该装置夹持板中开设的通孔限制了FRP的尺寸，单剪夹持板设置的定位件也需根据试件大小设计，因此存在试件尺寸具有局限性，适用性不高的缺点，同时单剪实验时FRP片材容易翘起，正拉实验时试件底部粘结片材，片材不能直接夹持在试验机上，还需通过连接件再被试验机夹持，试验过程中存在着对试验结果可能造成较大误差的因素。另外，上述两种发明装置都没有考虑试验过程中装置间的摩擦力的影响。
鉴于上述原因，实需设计一种测量误差小，结构合理，操作方便且适用性好的测试系统。
发明内容
本发明提供一种自平衡式界面粘结性能测试系统及实施方法，针对以往试验方法的不足，提出单剪测试方法和滚动替代滑动的理念来达到减小试验误差的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，包括支架装置、锚固装置和施力装置；
支架装置包括双跑滑轨、左支架、缓冲垫、右支架、大螺杆、螺母、连接钢板；一对左支架安装于双跑滑轨一侧，缓冲垫位于一对左支架之间；一对右支架安装于双跑滑轨另一侧，连接钢板位于一对右支架之间；右支架中间为中空的，大螺杆纵向贯穿于中空部位和右支架顶部，大螺杆位于右支架上部具有一个螺母；
锚固装置包括左锚固装置和右锚固装置，左锚固装置包括小车、挡板、试块夹具，右锚固装置包括复合材料夹具、自锚盒；小车置于双跑滑轨上活动，试块置于小车上，复合材料置于试块上，挡板位于小车上朝向连接钢板的一端，小车上具有用于固定复合材料和试块的试块夹具；复合材料夹具位于自锚盒内，部分复合材料延伸至复合材料夹具中；
施力装置包括安装于连接钢板的钢板底座，以及位于钢板底座上的千斤顶，千斤顶与挡板接触。
作为更进一步的优选方案，试块夹具包括插板盒和插板，插板具有于插板盒内升降活动的调节部以及用于夹紧复合材料和试块的夹紧部，夹紧部上具有用于固定的燕尾螺栓，插板盒侧部具有用于固定插板的螺栓。
作为更进一步的优选方案，小车两侧设有凹槽，凹槽垂直于试块，插板盒的底部位于凹槽内活动；所述小车通过滚球与双跑滑轨接触，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得千斤顶提供的推力与复合材料受到的拉力实现了最大程度上的转换，具体受力分析如下：
如图7所示，设千斤顶作用于挡板的推力为F，复合材料夹具外部的复合材料受到的拉力为T，小车与双跑滑轨的摩擦力为Tf，有F＝T+Tf，由于Tf为滚动摩擦力，滚动摩擦力只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60，可忽略Tf，即：F＝T。
作为更进一步的优选方案，右锚固装置中的复合材料夹具包括上部的复合材料夹具盖板和下部的复合材料夹具底板，复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板的侧部相互固定，复合材料夹具盖板上表面和复合材料夹具底板下表面均设有滚球，复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板相对的面均为斜交型粗糙的网状面，复合材料置于复合材料夹具盖板与复合材料夹具底板之间，复合材料夹具盖板的上表面为斜面，朝向试块的一侧较低；所述右锚固装置中的自锚盒包括自锚盒盖板和自锚盒底板，自锚盒盖板位于复合材料夹具盖板上部，自锚盒盖板下表面为与复合材料夹具盖板上表面平行的斜面，复合材料夹具盖板的滚球与自锚盒盖板接触，自锚盒底板位于复合材料夹具底板下部，复合材料夹具底板的滚球与自锚盒底板接触；
整个右锚固装置能够提供足够的粘结力，保证复合材料在试验拉伸过程中不会在夹具中发生滑移和拔出现象；拟定进行单剪试验时，要求复合材料与复合材料夹具在不发生相对滑移时被拉断，此时复合材料与复合材料夹具之间的粘结力FS应大于复合材料的极限拉力，即：
FS≥fuAs (1)
FS＝2τuA (2)
式(1)中，fu为复合材料单位面积的抗拉强度，单位MPa；As为复合材料的面积,单位mm2；FS为复合材料与复合材料夹具间的粘结力，单位N；
式(2)中，为复合材料与复合材料夹具间的平均粘结强度，单位MPa；τu与复合材料夹具间摩擦力Ff成正比，Ff越大则τu越大；A为复合材料与复合材料夹具的锚固面积，单位mm2；
假设复合材料夹具对复合材料提供的压力为FN，复合材料与复合材料夹具间的静摩擦系数为μ1，则摩擦力Ff与压力FN的关系：
Ff＝μ1FN (3)
令τu＝Ff/k，可得粘结力FS、压力FN与复合材料抗拉强度fu的关系：
FS＝2μ1FNA/k≥fuAs (4)
式(4)中，k为夹具接触面之间的摩擦力Ff与平均粘结强度τu的比例系数；
未使用自锚盒时，在复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板的相互固定夹紧下，复合材料夹具对复合材料的压力记为FN0,则粘结力FS：
FS＝2μ1FN0A/k (5)
当使用自锚盒时，记FN1为受拉过程中，复合材料夹具会受到自锚盒的约束，产生的垂直于斜面的挤压力，令自锚盒盖板的斜面与水平面的夹角为α，如图8所示；
此时，复合材料对复合材料夹具的牵引力作用下，复合材料夹具盖板通过滚球在自锚盒盖板的斜向滚动，复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板对复合材料的夹紧力越来越大，复合材料在复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板之间的摩擦系数μ2，μ2大于μ1，则有FN1sinα+Ff1cosα+Ff2＝T，则：
Figure BDA0003188363660000041
由公式(6)可看出，斜面对复合材料夹具的挤压力FN1随着拉力T的增大而增大，其中Ff1＝μFN1,Ff2＝μFN2，μ为滑动摩擦系数，由于滚动摩擦比滑动摩擦小，则：
Figure BDA0003188363660000042
由于
Figure BDA0003188363660000043
μ极小，接近于0，故Ff1和Ff2可忽略不计，即：
Figure BDA0003188363660000044
记FN'为复合材料夹具提供的总压力，有：
FN'＝FN0+FN1 (9)
那么，此时的粘结力FS可修正为FS′为:
FS'＝2μ2FN'Ak (10)
由于式(10)中的μ2＞μ1，FN'＞FN0，则Fs′＞＞Fs。
作为更进一步的优选方案，右支架的中空部位中的大螺杆上还设有四个螺母，自锚盒盖板的两侧以及自锚盒底板的两侧均设有穿插式矩形板，自锚盒盖板侧部的穿插式矩形板对应同侧右支架中空部位中靠上方的两个螺母，自锚盒底板侧部的穿插式矩形板对应同侧右支架中空部位中靠下方的两个螺母，两个螺母相对移动共同夹紧对应的穿插式矩形板。
作为更进一步的优选方案，试块为混凝土试块或钢块，复合材料为纤维布或纤维板。
作为更进一步的优选方案，千斤顶带有一钢板底座，底座四周布设有若干个螺栓孔，使其方便与右锚固装置进行水平连接和固定。
作为更进一步的优选方案，右支架上具有测量高度的刻度。
一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统的测试方法，施力装置提供的推力形成一水平剪应力，使得复合材料相对试块产生位移，通过力和位移二者之间的关系，反映其界面的粘结性能；具体包括步骤如下：
步骤一：将试块水平放置在小车上，其带有复合材料的一面朝上，利用小车上带有的可移动可升降的试块夹具将试块夹紧固定；
步骤二：将复合材料水平伸长至右复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板之间，再通过螺栓使其上下夹紧，其中复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板表面凹槽处需投放可滚动的滚球，放置好后用带螺栓孔的挡板进行封闭；
步骤三：将楔形的复合材料夹具安装在自锚盒中部的楔形槽中，利用穿插式矩形板穿过自锚盒，两端与右支架中的螺杆连接，通过螺杆上的螺母进行定位并根据刻度标线保证其水平；
步骤四：开始试验。
有益效果：
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)现有的界面粘结性能测试方法大多为双面剪切试验，但不能保证双面受力完全相同，试验中容易因两侧受力不均匀出现单侧先脱粘或破坏的现象，从而不能准确测定待测试件的界面粘结性能。本发明采用单剪测试系统直接克服了这一缺点，排除了双面剪切试验中不定因素对试验结果的影响，可相对准确地测出其界面粘结性能。
(2)本发明将小车中传统的滑轮替换为滚球，有效减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得试验结果更为准确可靠。
(3)本发明中右支架装置设有的螺杆不仅可以用来固定自锚盒装置还可以沿螺杆高度范围内对自锚盒进行上下调节。
(4)本发明测试装置设计合理，操作方便，适用性好且能重复使用。其中左锚固装置中的小车上利用试块夹具的可移动可升降性能够实现对不同尺寸的待测试件进行固定。
(5)本发明右锚固装置中的楔形夹具除了能够对复合材料进行有效夹持且保证在夹紧和拉伸过程中不发生断裂之外，还可以与自锚盒结合实现自锁。
综上所述，本发明设计灵活、结构合理、操作方便，适用性好，可重复使用，且能够有效准确地进行试验，为测定界面粘结性能提供更为可靠的测试系统和实施方法。。
附图说明
图1是自平衡式界面粘结性能单剪测试系统的装置示意图；
图2(a)、图2(b)是右支架装置示意图；
图3(a)、图3(b)是小车组装示意图；
图4是试块夹具示意图；
图5(a)、5(b)、5(c)是自锚盒和复合材料夹具组装示意图；
图6是千斤顶示意图；
图7小车与试块的受力示意图；
图8自锚盒与复合材料夹具的受力分析示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明测试系统的具体实施方式做进一步详细的阐述。
如图1所示，一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，包括带滑轨的支架装置、锚固装置、待测试件和施力装置。
支架装置由双跑滑轨11、左支架12和右支架13组成，双跑滑轨11主要为小车21提供轨道，右支架13用于锚固装置的固定，左支架12用于防止小车21滑出，一对左支架12安装于双跑滑轨11一侧，缓冲垫121位于一对左支架12之间；一对右支架13安装于双跑滑轨11另一侧，连接钢板133位于一对右支架13之间；右支架13中间为中空的，大螺杆131纵向贯穿于中空部位和右支架13顶部，大螺杆131位于右支架13上部具有一个螺母132。
如图2所示，右支架装置13带有刻度标线，两侧各有两根相同的大螺杆131，每根螺杆131上有五个螺母132，用于固定右锚固装置中的穿插式矩形板27，进而固定自锚盒25和夹具24；另外通过螺栓122将连接钢板133固定在支架上。
锚固装置由左锚固装置和右锚固装置组成。左锚固装置包括小车21、试块夹具22和弧形挡板232该装置用于固定待测试件；右锚固装置包括复合材料夹具、自锚盒和带螺栓孔的挡板26，小车21置于双跑滑轨11上活动，试块32置于小车21上，复合材料31置于试块32上，挡板211位于小车21上朝向连接钢板133的一端，小车21上具有用于固定复合材料31和试块32的试块夹具22；复合材料夹具位于自锚盒内，部分复合材料31延伸至复合材料夹具中。
如图3所示，小车21包括凹槽212和挡板211，凹槽212用于试块夹具22的前后移动，挡板211用于施力装置40的承力面；小车21两侧预留的滑轨用来放置滚球233，将传统的滑轮替换为滚球233以此减少试验中摩擦力的影响；同时在小车21带有挡板211的一端用弧形挡板232通过螺栓122来防止滚球233滚出轨道；小车21两侧设有凹槽212，凹槽212垂直于试块32，插板盒222的底部位于凹槽212内活动；所述小车21通过滚球233与双跑滑轨11接触，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得千斤顶提供的推力与复合材料受到的拉力实现了最大程度上的转换，具体受力分析如下(如图7)：
设千斤顶(41)作用于挡板(211)的推力为F，复合材料夹具外部的复合材料(31)受到的拉力为T，小车(21)与双跑滑轨(11)的摩擦力为Tf，有F＝T+Tf，由于Tf为滚动摩擦力，滚动摩擦力只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60，忽略Tf，即：F＝T。
如图4所示，试块夹具22由插板221和插板盒222组成，在插板221插入插板盒222时，顶端用燕尾螺栓231拧紧来实现对待测试件的上下固定，侧边用螺栓122拧紧来实现对待测试件的左右固定；
试块夹具22包括插板盒222和插板221，插板221具有于插板盒222内升降活动的调节部以及用于夹紧复合材料31和试块32的夹紧部，夹紧部上具有用于固定的燕尾螺栓231，插板盒222侧部具有用于固定插板221的螺栓。
如图5所示，右锚固装置中的复合材料夹具包括上部的复合材料夹具盖板241和下部的复合材料夹具底板242，复合材料夹具盖板241和复合材料夹具底板242的侧部相互固定，复合材料夹具盖板241上表面和复合材料夹具底板242下表面均设有滚球233，复合材料夹具盖板241和复合材料夹具底板242相对的面均为斜交型粗糙的网状面，复合材料31置于复合材料夹具盖板241与复合材料夹具底板242之间，复合材料夹具盖板241的上表面为斜面，朝向试块32的一侧较低；所述右锚固装置中的自锚盒包括自锚盒盖板251和自锚盒底板252，自锚盒盖板251位于复合材料夹具盖板241上部，自锚盒盖板251下表面为与复合材料夹具盖板241上表面平行的斜面，复合材料夹具盖板241的滚球233与自锚盒盖板251接触，自锚盒底板252位于复合材料夹具底板242下部，复合材料夹具底板242的滚球233与自锚盒底板252接触。
整个右锚固装置能够提供足够的粘结力，保证复合材料(31)在试验拉伸过程中不会在夹具中发生滑移和拔出现象。拟定进行单剪试验时，要求复合材料(31)与复合材料夹具在不发生相对滑移时被拉断，此时复合材料(31)与复合材料夹具之间的粘结力FS应大于复合材料(31)的极限拉力，即：
FS≥fuAs (1)
FS＝2τuA (2)
式(1)中，fu为复合材料(31)单位面积的抗拉强度，单位MPa；As为复合材料(31)的面积,单位mm2；FS为复合材料(31)与复合材料夹具间的粘结力，单位N；
式(2)中，τu为复合材料(31)与复合材料夹具间的平均粘结强度，单位MPa；τu与复合材料夹具间摩擦力Ff成正比，Ff越大则τu越大；A为复合材料(31)与复合材料夹具的锚固面积，单位mm2；
假设复合材料夹具对复合材料(31)提供的压力为FN，复合材料(31)与复合材料夹具间的静摩擦系数为μ1，则摩擦力Ff与压力FN的关系：
Ff＝μ1FN (3)
令τu＝Ff/k，可得粘结力FS、压力FN与复合材料(31)抗拉强度fu的关系：
FS＝2μ1FNA/k≥fuAs (4)
式(4)中，k为夹具接触面之间的摩擦力Ff与平均粘结强度τu的比例系数；
未使用自锚盒时，在复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)的相互固定夹紧下，复合材料夹具对复合材料(31)的压力记为FN0,则粘结力FS：
FS＝2μ1FN0A/k (5)
当使用自锚盒时，记FN1为受拉过程中，复合材料夹具会受到自锚盒的约束，产生的垂直于斜面的挤压力，令自锚盒盖板(251)的斜面与水平面的夹角为α，如图(8)所示；
此时，复合材料(31)对复合材料夹具的牵引力作用下，复合材料夹具盖板(241)通过滚球(233)在自锚盒盖板(251)的斜向滚动，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)对复合材料(31)的夹紧力越来越大，复合材料(31)在复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)之间的摩擦系数μ2，μ2大于μ1，则有FN1sinα+Ff1cosα+Ff2＝T，则：
Figure BDA0003188363660000091
由公式(6)可看出，斜面对复合材料夹具的挤压力FN1随着拉力T的增大而增大，其中Ff1＝μFN1,Ff2＝μFN2，μ为滑动摩擦系数，由于滚动摩擦比滑动摩擦小，则：
Figure BDA0003188363660000092
由于
Figure BDA0003188363660000093
μ极小，接近于0，故Ff1和Ff2可忽略不计，即：
Figure BDA0003188363660000094
记FN'为复合材料夹具提供的总压力，有：
FN'＝FN0+FN1 (9)
那么，此时的粘结力FS可修正为FS′为:
FS'＝2μ2FN'A/k (10)
由于式(10)中的μ2＞μ1，FN'＞FN0，则Fs′＞＞Fs；
复合材料夹具盖板241整体形状呈楔形，其复合材料夹具盖板241和下部的复合材料夹具底板242的表面都设有供滚球233滚动的凹槽，且二者内部均为斜交型粗糙的网状面，网状面的作用是将复合材料和夹具间的接触面人为的使其不平整，以此增大复合材料和夹具间的摩擦系数；另外，将网状面设计为带弧形沟槽式，是为了增加复合材料在夹具中的夹持长度，并保证复合材料在夹紧的同时不会在拉伸过程中发生断裂；复合材料夹具右端水平部分设有螺栓孔，通过拧入螺栓122使夹具上下部分紧密咬合。自锚盒盖板251呈楔形的、与复合材料夹具盖板241相匹配，安装在内的复合材料夹具在拉伸过程中可实现自锁；自锚盒通过穿插式矩形板27可从中穿过与右支架13连接，以此固定自锚盒25。
待测试件由复合材料31和试块32组成。
如图6所示，施力装置由千斤顶41和一钢板底座42组成，该装置为试验提供力的作用。
右支架13的中空部位中的大螺杆131上还设有四个螺母132，自锚盒盖板251的两侧以及自锚盒底板252的两侧均设有穿插式矩形板27，自锚盒盖板251侧部的穿插式矩形板27对应同侧右支架13中空部位中靠上方的两个螺母132，自锚盒底板252侧部的穿插式矩形板27对应同侧右支架13中空部位中靠下方的两个螺母132，两个螺母132相对移动共同夹紧对应的穿插式矩形板27。
试块32为混凝土试块或钢块，复合材料31为纤维布或纤维板。
千斤顶41端部设置一力传感器，试块32与复合材料31的受力端部水平放置一位移计。
一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统的测试方法，具体实施步骤如下：
步骤一：先将小车21沿着双跑滑轨11穿入，带有挡板的一端放在右支架13一侧，再分别组装上左支架12和右支架13，其中右支架13中每根螺杆131上的五个螺母132，四个留设在支架13内部，一个留设在支架13顶端；
步骤二：向小车21两侧预留滑轨和双跑滑轨11中间投放可滚动的滚球233，待放置好后用弧形挡板23通过螺栓122将其封闭，以此形成一个滚动代替滑动的小车21；
步骤三：安装千斤顶41，其钢板底座42通过螺栓122与右支架装置13连接；
步骤四：试块32水平放置在小车21上，其带有复合材料31的一面朝上，利用小车21上带有的可移动可升降的试块夹具22将试块32夹紧固定；
步骤五：将复合材料31水平伸长至右锚固装置中的复合材料夹具盖板241和复合材料夹具底板242中间，再通过螺栓122使其上下夹紧，其中复合材料夹具盖板241和复合材料夹具底板242表面凹槽处设有可滚动的滚球233，并用带螺栓孔的挡板26进行封闭；
步骤六：将复合材料夹具安装在自锚盒中部的楔形槽中，利用穿插式矩形板27穿过自锚盒，两端与右支架13中的螺杆131连接，通过螺杆131上的螺母132进行定位并根据刻度标线保证其水平；
步骤七：控制千斤顶41施加压力，并通过与之接触的挡板211推动小车21，使固定在小车21上的试块32及复合材料31产生向左移动的趋势，由于复合材料31右端通过专用夹具和自锚盒被固定，进而在复合材料31及与之粘贴的试块32之间产生粘结应力，随着千斤顶41的压力增大，二者之间的粘结应力不断增大，直至发生锚固粘结破坏或纤维拉断破坏；从初始加载到最终破坏的整个试验过程中，实时记录试块和复合材料之间的粘结应力及相对位移量，据此分析二者之间的粘结性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：包括支架装置、锚固装置和施力装置；
支架装置包括双跑滑轨(11)、左支架(12)、缓冲垫(121)、右支架(13)、大螺杆(131)、螺母(132)、连接钢板(133)；一对左支架(12)安装于双跑滑轨(11)一侧，缓冲垫(121)位于一对左支架(12)之间；一对右支架(13)安装于双跑滑轨(11)另一侧，连接钢板(133)位于一对右支架(13)之间；右支架(13)中间为中空的，大螺杆(131)纵向贯穿于中空部位和右支架(13)顶部，大螺杆(131)位于右支架(13)上部具有一个螺母(132)；
锚固装置包括左锚固装置和右锚固装置，左锚固装置包括小车(21)、挡板(211)、试块夹具(22)，右锚固装置包括复合材料夹具、自锚盒；小车(21)置于双跑滑轨(11)上活动，试块(32)置于小车(21)上，复合材料(31)置于试块(32)上，挡板(211)位于小车(21)上朝向连接钢板(133)的一端，小车(21)上具有用于固定复合材料(31)和试块(32)的试块夹具(22)；复合材料夹具位于自锚盒内，部分复合材料(31)延伸至复合材料夹具中；
施力装置包括安装于连接钢板(133)的钢板底座(42)，以及位于钢板底座(42)上的千斤顶(41)，千斤顶(41)与挡板(211)接触；
所述试块夹具(22)包括插板盒(222)和插板(221)，插板(221)具有于插板盒(222)内升降活动的调节部以及用于夹紧复合材料(31)和试块(32)的夹紧部，夹紧部上具有用于固定的燕尾螺栓(231)，插板盒(222)侧部具有用于固定插板(221)的螺栓；
所述小车(21)两侧设有凹槽(212)，凹槽(212)垂直于试块(32)，插板盒(222)的底部位于凹槽(212)内活动；所述小车(21)通过滚球(233)与双跑滑轨(11)接触，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得千斤顶(41)提供的推力与复合材料受到的拉力实现了最大程度上的转换，具体受力分析如下：
设千斤顶(41)作用于挡板(211)的推力为F，复合材料夹具外部的复合材料(31)受到的拉力为T，小车(21)与双跑滑轨(11)的摩擦力为Tf，有F＝T+Tf，由于Tf为滚动摩擦力，滚动摩擦力只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60，可忽略Tf，即：F＝T；
所述右锚固装置中的复合材料夹具包括上部的复合材料夹具盖板(241)和下部的复合材料夹具底板(242)，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)的侧部相互固定，复合材料夹具盖板(241)上表面和复合材料夹具底板(242)下表面均设有滚球(233)，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)相对的面均为斜交型粗糙的网状面，复合材料(31)置于复合材料夹具盖板(241)与复合材料夹具底板(242)之间，复合材料夹具盖板(241)的上表面为斜面，朝向试块(32)的一侧较低；所述右锚固装置中的自锚盒包括自锚盒盖板(251)和自锚盒底板(252)，自锚盒盖板(251)位于复合材料夹具盖板(241)上部，自锚盒盖板(251)下表面为与复合材料夹具盖板(241)上表面平行的斜面，复合材料夹具盖板(241)的滚球(233)与自锚盒盖板(251)接触，自锚盒底板(252)位于复合材料夹具底板(242)下部，复合材料夹具底板(242)的滚球(233)与自锚盒底板(252)接触；
整个右锚固装置能够提供足够的粘结力，保证复合材料(31)在试验拉伸过程中不会在夹具中发生滑移和拔出现象；拟定进行单剪试验时，要求复合材料(31)与复合材料夹具在不发生相对滑移时被拉断，此时复合材料(31)与复合材料夹具之间的粘结力FS应大于复合材料(31)的极限拉力，即：
FS≥fuAs (1)
FS＝2τuA (2)
式(1)中，fu为复合材料(31)单位面积的抗拉强度，单位MPa；As为复合材料(31)的面积,单位mm2；FS为复合材料(31)与复合材料夹具间的粘结力，单位N；
式(2)中，为复合材料(31)与复合材料夹具间的平均粘结强度，单位Mpa；τu与复合材料夹具间摩擦力Ff成正比，Ff越大则τu越大；A为复合材料(31)与复合材料夹具的锚固面积，单位mm2；
假设复合材料夹具对复合材料(31)提供的压力为FN，复合材料(31)与复合材料夹具间的静摩擦系数为μ1，则摩擦力Ff与压力FN的关系：
Ff＝μ1FN (3)
令τu＝Ff/k，可得粘结力FS、压力FN与复合材料(31)抗拉强度fu的关系：
FS＝2μ1FNA/k≥fuAs (4)
式(4)中，k为夹具接触面之间的摩擦力Ff与平均粘结强度τu的比例系数；
未使用自锚盒时，在复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)的相互固定夹紧下，复合材料夹具对复合材料(31)的压力记为FN0,则粘结力FS：
FS＝2μ1FN0A/k (5)
当使用自锚盒时，记FN1为受拉过程中，复合材料夹具会受到自锚盒的约束，产生的垂直于斜面的挤压力，令自锚盒盖板(251)的斜面与水平面的夹角为α；
此时，复合材料(31)对复合材料夹具的牵引力作用下，复合材料夹具盖板(241)通过滚球(233)在自锚盒盖板(251)的斜向滚动，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)对复合材料(31)的夹紧力越来越大，复合材料(31)在复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)之间的摩擦系数μ2，μ2大于μ1，则有FN1sinα+Ff1cosα+Ff2＝T，则：
Figure FDA0003616057220000031
由公式(6)可看出，斜面对复合材料夹具的挤压力FN1随着拉力T的增大而增大，其中Ff1＝μFN1,Ff2＝μFN2，μ为滑动摩擦系数，由于滚动摩擦比滑动摩擦小，则：
Figure FDA0003616057220000032
由于
Figure FDA0003616057220000033
μ极小，接近于0，故Ff1和Ff2可忽略不计，即：
Figure FDA0003616057220000034
记FN'为复合材料夹具提供的总压力，有：
FN'＝FN0+FN1 (9)
那么，此时的粘结力FS可修正为FS′为:
FS'＝2μ2FN'A/k (10)
由于式(10)中的μ2＞μ1，FN'＞FN0，则Fs′＞＞Fs。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：所述右支架(13)的中空部位中的大螺杆(131)上还设有四个螺母(132)，自锚盒盖板(251)的两侧以及自锚盒底板(252)的两侧均设有穿插式矩形板(27)，自锚盒盖板(251)侧部的穿插式矩形板(27)对应同侧右支架(13)中空部位中靠上方的两个螺母(132)，自锚盒底板(252)侧部的穿插式矩形板(27)对应同侧右支架(13)中空部位中靠下方的两个螺母(132)，两个螺母(132)相对移动共同夹紧对应的穿插式矩形板(27)。
3.根据权利要求2所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：试块(32)为混凝土试块或钢块，复合材料(31)为纤维布或纤维板。
4.根据权利要求1所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：右支架(13)上具有测量高度的刻度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统的测试方法，其特征在于，施力装置提供的推力形成一水平剪应力，使得复合材料相对试块产生位移，通过力和位移二者之间的关系，反映其界面的粘结性能；具体实施步骤如下：
步骤一：将试块(32)水平放置在小车(21)上，其带有复合材料(31)的一面朝上，利用小车(21)上带有的可移动可升降的试块夹具将试块(32)夹紧固定；
步骤二：将复合材料(31)水平伸长至复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)之间，再通过螺栓使其上下夹紧，其中复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)表面凹槽处需投放可滚动的滚球，放置好后用带螺栓孔的挡板进行封闭；
步骤三：将楔形的复合材料夹具安装在自锚盒中部的楔形槽中，利用穿插式矩形板穿过自锚盒，两端与右支架中的螺杆连接，通过螺杆上的螺母进行定位并根据刻度标线保证其水平；
步骤四：开始试验。
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