CN114062256A - 钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法 - Google Patents

钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法 Download PDF

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杨猛先
黄滔
余丽梅
马强
崔世鹏
李强
白红
李云霞
柳行
刘石洋
岳康乐
杨治国
张家玮
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Abstract

本发明公开了一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法,涉及混凝土结构试验技术领域,加载单元与压力单元之间通过反力架连接,压力单元内部用于放置钢筋混凝土块,且钢筋的下端伸出压力单元,压力单元用于对钢筋混凝土块的周向施加压力并使其处于多轴应力状态,压力单元能够在试验前放入锈蚀池内锈蚀,校平组件用于对加载单元和钢筋混凝土块进行对中校平,加载单元用于连接试验机上夹头,并在上夹头的带动下给压力单元一向下移动的趋势,下夹头能够夹住钢筋。该钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法能够实现锈蚀钢筋与混凝土在多轴应力状态下的粘结性能测试。

Description

钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构试验技术领域,具体是涉及一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法。
背景技术
目前,针对钢筋与混凝土粘结性能的试验,主要有拉拔试验、梁式试验以及轴拉试验,其中拉拔试验的操作简便,试验结果便于分析,是科研人员最常用的试验研究方法,也是我国国标试验规程和国际ISO试验标准推荐的试验方法。
然而,既有钢筋混凝土结构构件的锈蚀是在复杂多轴应力条件下发生的,锈蚀之后的钢筋与混凝土的粘结与滑移也是在复杂多轴应力场下产生的,例如跨海大桥内部的锈蚀反应是在上部结构自重及车辆荷载、风荷载等共同作用下发生的。
同时考虑锈蚀和多轴应力的钢筋混凝土粘结性能的研究,对既有锈蚀钢筋混凝土结构构件承载能力计算及寿命预测具有重大意义。但是,因为没有相关试验研究装置及试验方法,导致锈蚀钢筋与混凝土在复杂应力状态下的粘结性能研究尚处于空白。因此,提供一种考虑锈蚀的钢筋混凝土试件在多轴应力状态下的粘结滑移本构关系的测试方法及加载装置实为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法,以解决上述现有技术存在的问题,能够真实、客观地反映出钢筋混凝土试件受锈蚀与多轴应力耦合影响的粘结滑移本构关系,实现锈蚀钢筋与混凝土在多轴应力状态下的粘结性能测试。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供了一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,包括加载单元、反力架、压力单元和校平组件,所述加载单元与所述压力单元之间通过所述反力架连接,所述压力单元内部用于放置钢筋混凝土块,且钢筋的下端伸出所述压力单元,所述压力单元用于对钢筋混凝土块的周向施加压力并使其处于多轴应力状态,所述压力单元能够在试验前放入锈蚀池内锈蚀,所述校平组件用于对所述加载单元和钢筋混凝土块进行对中校平,所述加载单元用于连接试验机上夹头,并在上夹头的带动下给所述压力单元一向下移动的趋势,下夹头能够夹住钢筋。
优选地,所述校平组件包括上校平单元和下校平单元,所述上校平单元靠近所述加载单元固定,并用于对所述加载单元对中校平,所述下校平单元靠近所述压力单元固定,并用于对钢筋混凝土块进行对中校平。
优选地,所述加载单元包括加载杆和拉力传感器,所述加载杆的上端用于与上夹头连接,所述加载杆上安装有所述拉力传感器,所述加载杆的下端依次穿过所述反力架的上端和所述上校平单元并固定,所述拉力传感器用于检测上夹头施加到所述加载杆上的力。
优选地,所述上校平单元和所述下校平单元结构相同,且均包括上承压铰板、球铰、下承压铰板和多个复位拉簧,所述球铰安装在所述上承压铰板和所述下承压铰板之间的中部,所述上承压铰板能够绕所述球铰转动,所述复位拉簧围绕所述球铰设置并分别靠近所述下承压铰板的各角部固定,所述复位拉簧的上下两端分别固定在所述上承压铰板下端面和所述下承压铰板上端面,所述加载单元的下端依次穿过所述上承压铰板、所述球铰和所述下承压铰板并固定在所述下承压铰板的下端。
优选地,所述反力架包括上反力板、下反力板和多个丝杆,各所述丝杆分别安装于所述上反力板的不同角部,且所述丝杆的上端向上伸出所述上反力板并固定,所述丝杆的下端向下伸出所述下反力板并固定,所述加载单元位于所述上反力板的上方,所述压力单元固定于所述上反力板、所述下反力板之间和各所述丝杆围成的区域内,所述上反力板上开设有用于所述加载单元通过的上通孔,所述下反力板上开设有用于钢筋通过的下通孔。
优选地,所述丝杆的中部设有螺纹,所述压力单元上对应各所述丝杆的位置开设有螺纹孔,各所述丝杆与所述压力单元螺纹连接。
优选地,所述压力单元包括壳体、液压油缸和侧承压铰板,一个所述液压油缸对应一个所述侧承压铰板,且各所述液压油缸分别安装于所述壳体的四个侧壁外侧,各所述侧承压铰板分别位于所述壳体的四个侧壁内侧,四个所述侧承压铰板围成的区域内用于放置钢筋混凝土块,所述液压油缸能够带动所述侧承压铰板向钢筋混凝土块的侧壁施加压力。
优选地,还包括位移计,所述位移计用于采集钢筋和混凝土块的相对位移数据,所述位移计包括护筒、撞针、垫圈和表头,所述护筒固定于钢筋混凝土块上端,且钢筋上端伸入至所述护筒内,所述撞针的上端与所述表头连接,所述撞针的下端接触钢筋的上端面,且所述撞针与所述护筒之间通过所述垫圈密封连接。
本发明还提供一种钢筋与混凝土粘结性能的试验方法,使用上述技术方案中任一项所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,包括以下步骤:
S1:实现多轴应力,将钢筋混凝土块置于压力单元内部,并通过压力单元施加压力作用于钢筋混凝土块,实现多轴应力状态;
S2:钢筋锈蚀,将多轴应力状态下的钢筋混凝土块放入锈蚀池中,钢筋连接电源进行通电,实现多轴应力状态下的钢筋锈蚀;
S3:组装试验加载装置,将多轴应力状态下并已经完成锈蚀反应的钢筋混凝土块与试验加载装置组装;
S4:对中校平,利用校平组件对钢筋混凝土块和加载单元进行对中调整;
S5:预加载,将钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置与试验机连接,试验机上夹头夹住压力单元,下夹头夹住钢筋,再次利用校平组件对钢筋混凝土块和加载单元进行校平处理,施加预加荷载;
S6:正式加载,操作试验机进行加载至钢筋混凝土块粘结失效,采集试验数据,观察钢筋混凝土块裂缝。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提供的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法,加载单元用于连接试验机上夹头,并在上夹头的带动下给压力单元一向下移动的趋势,下夹头能够夹住钢筋,进而便于提供给钢筋和混凝土块一相互分离的趋势,压力单元用于对钢筋混凝土块的周向施加压力并使其处于多轴应力状态,压力单元能够在试验前放入锈蚀池内锈蚀,进而便于实现锈蚀钢筋和混凝土在多轴应力状态下的粘接性能测试,提高测试结果的真实性,校平组件用于对加载单元和钢筋混凝土块进行对中校平,提高测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例一提供的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置的结构示意图;
图2是图1的主视图;
图3是图1的侧视图;
图4是实施例一中加载单元和上校平单元的结构示意图;
图5是实施例一中反力架的结构示意图;
图6是实施例一中压力单元的结构示意图;
图7是实施例一中上校平单元/下校平单元的结构示意图;
图8是实施例一中位移计的结构示意图;
图中:100-钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,200-上夹头,300-下夹头,1-加载单元,11-加载杆,12-拉力传感器,2-反力架,21-上反力板,22-丝杆,23-下反力板,3-压力单元,31-侧承压铰板,32-液压油缸,33-螺纹孔,4-下校平单元,41-上承压铰板,42-球铰,43-复位拉簧,44-下承压铰板,5-位移计,51-表头,52-垫圈,53-撞针,54-护筒,55-热熔胶,6-钢筋混凝土块,61-混凝土,62-钢筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法,以解决钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置及试验方法没有同时考虑锈蚀和多轴应力,进而影响测试结果的真实性的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图8所示,本实施例提供一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100,包括加载单元1、反力架2、压力单元3和校平组件,加载单元1用于连接试验机上夹头200,并在上夹头200的带动下给压力单元3一向下移动的趋势,进而给混凝土块一向下移动的趋势,下夹头300能够夹住钢筋62,便于提供给钢筋62和混凝土块一相互分离的趋势,加载单元1与压力单元3之间通过反力架2连接,压力单元3内部用于放置钢筋混凝土块6,且钢筋62的下端伸出压力单元3,压力单元3用于对钢筋混凝土块6的周向施加压力并使其处于多轴应力状态,压力单元3能够在试验前放入锈蚀池内锈蚀,进而便于实现锈蚀钢筋62和混凝土61在多轴应力状态下的粘接性能测试,提高测试结果的真实性,校平组件用于对加载单元1和钢筋混凝土块6进行对中校平,提高测试结果的准确性。
具体地,校平组件包括上校平单元和下校平单元4,上校平单元靠近加载单元1固定,并用于对加载单元1对中校平,下校平单元4靠近压力单元3固定,并用于对钢筋混凝土块6进行对中校平,减少钢筋混凝土块6表面不平整的影响,可以实现高精度的中心拉拔,客观反映了钢筋混凝土块6受钢筋62锈蚀与多轴应力耦合影响的粘结滑移性能,与工程实际吻合度高。
加载单元1包括加载杆11和拉力传感器12,加载杆11的上端用于与上夹头200连接,进而便于施加压力,加载杆11上安装有拉力传感器12,加载杆11的下端依次穿过反力架2的上端和上校平单元并固定,拉力传感器12用于检测上夹头200施加到加载杆11上的力。
上校平单元和下校平单元4结构相同,且均包括上承压铰板41、球铰42、下承压铰板44和多个复位拉簧43,球铰42安装在上承压铰板41和下承压铰板44之间的中部,上承压铰板41能够绕球铰42转动,复位拉簧43围绕球铰42设置并分别靠近下承压铰板44的各角部固定,复位拉簧43的上下两端分别固定在上承压铰板41下端面和下承压铰板44上端面,加载单元1的下端依次穿过上承压铰板41、球铰42和下承压铰板44并固定在下承压铰板44的下端。加载杆11的下端依次穿过上承压铰板41、球铰42和下承压铰板44,并通过螺母将加载杆11的下端固定在下承压铰板44的下端面上,复位拉簧43在加载杆11卸载后能够将上承压铰板41与球铰42恢复到原有相对位置。通过控制球铰42微调角度,使钢筋混凝土块6的几何中心与万能试验机施加荷载的方向相同,且力线重合,结合实际操作步骤进行调整,以消除钢筋混凝土块6平整度误差及装置安装时的误差。更优的,钢筋混凝土块6、上承压铰板41、球铰42以及下承压铰板44的几何中心均处于同一条直线上。
反力架2包括上反力板21、下反力板23和多个丝杆22,各丝杆22分别安装于上反力板21的不同角部,且丝杆22的上端向上伸出上反力板21并固定,丝杆22的下端向下伸出下反力板23并固定,丝杆22的上端和下端均设有螺纹,进而通过螺母将丝杆22的两端分别固定在上反力板21和下反力板23上,加载单元1位于上反力板21的上方,当试验机上夹头200向加载杆11施加压力,加载杆11将力经反力架2传递至压力单元3处,通过各丝杆22的设置,能够保证力加载的均匀性,压力单元3固定于上反力板21、下反力板23之间和各丝杆22围成的区域内,上反力板21上开设有用于加载单元1通过的上通孔,下反力板23上开设有用于钢筋62通过的下通孔,上通孔和下通孔的内径均大于丝杆22的外径。优选地,上通孔和下通孔内径在24mm~36mm范围内。
丝杆22的中部设有螺纹,压力单元3上对应各丝杆22的位置开设有螺纹孔33,即在压力单元3的四个角部设置与螺纹,各丝杆22与压力单元3螺纹连接,实现连接的稳定性,且方便安装与拆卸。丝杆22直径在16mm~20mm范围内,压力单元3上螺纹孔33预留深度在50mm~60mm范围内。
压力单元3包括壳体、液压油缸32和侧承压铰板31,一个液压油缸32对应一个侧承压铰板31,且各液压油缸32分别安装于壳体的四个侧壁外侧,各侧承压铰板31分别位于壳体的四个侧壁内侧,四个侧承压铰板31围成的区域内用于放置钢筋混凝土块6,液压油缸32能够带动侧承压铰板31向钢筋混凝土块6的侧壁施加压力,整体结构简单,使用灵活,使得钢筋混凝土块6处于多轴应力状态。
本实施例提供的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100还包括位移计5,位移计5用于采集钢筋62和混凝土块的相对位移数据,位移计5包括护筒54、撞针53、垫圈52和表头51,护筒54固定于钢筋混凝土块6上端,且钢筋62上端伸入至护筒54内,撞针53的上端与表头51连接,撞针53的下端接触钢筋62的上端面,且撞针53与护筒54之间通过垫圈52密封连接,安装位移计5之前对钢筋62上端面进行剖平处理,护筒54使用热熔胶55固定于混凝土61表面。
本实施例提供的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100中各个单元可分装拆卸,便于运输、维护;装置体积小,安装方便,不局限于实验室环境。
实施例二
本实施例提供一种钢筋与混凝土粘结性能的试验方法,使用实施例一中的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100,包括以下步骤:
S1:实现多轴应力,将钢筋混凝土块6(150mm×150mm×150mm)置于压力单元3内部,并通过压力单元3施加压力作用于钢筋混凝土块6,实现多轴应力状态;
S2:钢筋62锈蚀,将多轴应力状态下的钢筋混凝土块6放入锈蚀池中,钢筋62连接电源进行通电,实现多轴应力状态下的钢筋62锈蚀,锈蚀池中的锈蚀液为5%NaCl溶液,且液面距离钢筋62为20mm左右,根据法拉第第一定律预测钢筋62锈蚀至目标锈蚀率所需时间,以实现钢筋混凝土块6在多轴应力状态下的电化学锈蚀;
S3:组装钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100,将多轴应力状态下并已经完成锈蚀反应的钢筋混凝土块6与钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100组装;
S4:对中校平,利用校平组件对钢筋混凝土块6和加载单元1进行对中调整,保证试验精度;
S5:预加载,将钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置100与试验机连接,试验机上夹头200夹住压力单元3,下夹头300夹住钢筋62,再次利用校平组件对钢筋混凝土块6和加载单元1进行校平处理,施加预加荷载,使装置各部分接触良好、安全可靠,进入正常工作状态;检查万能试验机与拉力传感器12、位移计5是否正常工作,保证数据采集工作正常进行;
S6:正式加载,操作试验机进行加载至钢筋混凝土块6粘结失效,采集试验数据,对试验数据进行处理与分析,计算平均粘结应力和平均滑移,绘制粘结应力-滑移关系曲线,根据曲线分析试块的粘结强度、残余粘结强度,与不考虑锈蚀因素或不考虑多轴应力因素的同类型试验数据对比分析,据此判断锈蚀和多轴应力耦合作用对钢筋混凝土61试件粘结性能的影响。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:包括加载单元、反力架、压力单元和校平组件,所述加载单元与所述压力单元之间通过所述反力架连接,所述压力单元内部用于放置钢筋混凝土块,且钢筋的下端伸出所述压力单元,所述压力单元用于对钢筋混凝土块的周向施加压力并使其处于多轴应力状态,所述压力单元能够在试验前放入锈蚀池内锈蚀,所述校平组件用于对所述加载单元和钢筋混凝土块进行对中校平,所述加载单元用于连接试验机上夹头,并在上夹头的带动下给所述压力单元一向下移动的趋势,下夹头能够夹住钢筋。
2.根据权利要求1所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述校平组件包括上校平单元和下校平单元,所述上校平单元靠近所述加载单元固定,并用于对所述加载单元对中校平,所述下校平单元靠近所述压力单元固定,并用于对钢筋混凝土块进行对中校平。
3.根据权利要求2所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述加载单元包括加载杆和拉力传感器,所述加载杆的上端用于与上夹头连接,所述加载杆上安装有所述拉力传感器,所述加载杆的下端依次穿过所述反力架的上端和所述上校平单元并固定,所述拉力传感器用于检测上夹头施加到所述加载杆上的力。
4.根据权利要求2所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述上校平单元和所述下校平单元结构相同,且均包括上承压铰板、球铰、下承压铰板和多个复位拉簧,所述球铰安装在所述上承压铰板和所述下承压铰板之间的中部,所述上承压铰板能够绕所述球铰转动,所述复位拉簧围绕所述球铰设置并分别靠近所述下承压铰板的各角部固定,所述复位拉簧的上下两端分别固定在所述上承压铰板下端面和所述下承压铰板上端面,所述加载单元的下端依次穿过所述上承压铰板、所述球铰和所述下承压铰板并固定在所述下承压铰板的下端。
5.根据权利要求1所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述反力架包括上反力板、下反力板和多个丝杆,各所述丝杆分别安装于所述上反力板的不同角部,且所述丝杆的上端向上伸出所述上反力板并固定,所述丝杆的下端向下伸出所述下反力板并固定,所述加载单元位于所述上反力板的上方,所述压力单元固定于所述上反力板、所述下反力板之间和各所述丝杆围成的区域内,所述上反力板上开设有用于所述加载单元通过的上通孔,所述下反力板上开设有用于钢筋通过的下通孔。
6.根据权利要求5所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述丝杆的中部设有螺纹,所述压力单元上对应各所述丝杆的位置开设有螺纹孔,各所述丝杆与所述压力单元螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:所述压力单元包括壳体、液压油缸和侧承压铰板,一个所述液压油缸对应一个所述侧承压铰板,且各所述液压油缸分别安装于所述壳体的四个侧壁外侧,各所述侧承压铰板分别位于所述壳体的四个侧壁内侧,四个所述侧承压铰板围成的区域内用于放置钢筋混凝土块,所述液压油缸能够带动所述侧承压铰板向钢筋混凝土块的侧壁施加压力。
8.根据权利要求1所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,其特征在于:还包括位移计,所述位移计用于采集钢筋和混凝土块的相对位移数据,所述位移计包括护筒、撞针、垫圈和表头,所述护筒固定于钢筋混凝土块上端,且钢筋上端伸入至所述护筒内,所述撞针的上端与所述表头连接,所述撞针的下端接触钢筋的上端面,且所述撞针与所述护筒之间通过所述垫圈密封连接。
9.一种钢筋与混凝土粘结性能的试验方法,其特征在于:使用权利要求1-8中任一项所述的钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置,包括以下步骤:
S1:实现多轴应力,将钢筋混凝土块置于压力单元内部,并通过压力单元施加压力作用于钢筋混凝土块,实现多轴应力状态;
S2:钢筋锈蚀,将多轴应力状态下的钢筋混凝土块放入锈蚀池中,钢筋连接电源进行通电,实现多轴应力状态下的钢筋锈蚀;
S3:组装试验加载装置,将多轴应力状态下并已经完成锈蚀反应的钢筋混凝土块与试验加载装置组装;
S4:对中校平,利用校平组件对钢筋混凝土块和加载单元进行对中调整;
S5:预加载,将钢筋与混凝土粘结性能的试验加载装置与试验机连接,试验机上夹头夹住压力单元,下夹头夹住钢筋,再次利用校平组件对钢筋混凝土块和加载单元进行校平处理,施加预加荷载;
S6:正式加载,操作试验机进行加载至钢筋混凝土块粘结失效,采集试验数据,观察钢筋混凝土块裂缝。
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