CN114414371A - Frp筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FRP筋‑夹片横向受压承载力的测试装置，包括上压板和下压板，所述上压板和下压板采用硬质高强度钢制作，尺寸相同，配对使用；所述上压板和下压板相对的侧壁分别开有横截面为半圆形的第一凹槽，软金属上套管和下套管分别嵌入所述上压板和下压板的第一凹槽内，且所述软金属上套管/软金属下套管的半径略小于所述第一凹槽的半径；所述软金属上套管/软金属下套管相对的侧壁上沿轴心开有横截面为半圆形的第二凹槽，用于放置FRP筋。使用时，所述上压板和软金属上套管与下压板和软金属下套管之间留有1～2mm的缝隙，以便压缩荷载施加到FRP筋上。还公开了一种FRP筋‑夹片横向受压承载力的测试方法，测得FRP筋‑夹片横向受压承载力及FRP筋横截面处的荷载‑应变曲线。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法。
背景技术
纤维增强复合材料板(Fiber Reinforced Polymer Plate，简称“复材板”或FRP板)具有轻质高强、耐腐蚀、低松弛、抗疲劳和线膨胀系数小等优异性能。这些优异的力学、物理及化学性能非常适合制作受拉构件应用在工程结构中。目前，包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等高性能纤维材料通过拉挤工艺制作成的复材筋已应用在空间索网结构、索桥结构、岩土结构中替代钢筋和钢索作为受力构件，用以解决钢材强重比大、易腐蚀、耐久性差等技术难题。
FRP筋是各向异性材料，其平行纤维向与垂直纤维向的强度和刚度差异显著，横向抗压强度与纵向抗拉强度之比约为1:20，因而高效锚固是应用FRP筋的关键。夹片式机械锚具是钢筋和钢索应用最为成熟的锚具类型，其安全可靠、尺寸较小、安装方便与经济实用的特点也非常适合FRP筋。
目前缺乏测试FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法，无法为锚具设计提供FRP筋横向受压承载力依据，这阻碍了应用于FRP筋的夹片式锚具的开发及高效应用。为此需要一种适用于测试FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法，促进应用于FRP筋的夹片式锚具的开发及高效应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的存在的问题，提供一种适用于FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法，本发明用于测试FRP筋-夹片的横向受压承载力，能够有效的探究FRP筋-楔形夹片的横向受压承载力，为FRP筋的夹片式锚具的设计提供力学性能依据。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，包括上压板和下压板，所述上压板和下压板采用硬质高强度钢制作，具有相同的尺寸，配对使用；
所述上压板和下压板相对的侧壁分别开有横截面为半圆形的第一凹槽，所述第一凹槽的长度与所述上压板/下压板的长度相同，且所述上压板和下压板的第一凹槽位置对应且大小相同。
一软金属上套管嵌入所述上压板的第一凹槽内，一软金属下套管嵌入所述下压板的第一凹槽内，且所述软金属上套管和软金属下套管材质相同，尺寸相同，且外轮廓均为半圆形；且所述软金属上套管/软金属下套管的半径略小于所述第一凹槽的半径；所述软金属上套管/软金属下套管相对的侧壁上沿轴心开有横截面为半圆形的第二凹槽，用于放置FRP筋。
使用时，所述上压板和下压板设置有第一凹槽的壁相对且垂直放置，且所述上压板和软金属上套管与下压板和软金属下套管之间留有1～2mm的缝隙，以便压缩荷载施加到FRP筋上。
进一步的，所述上压板/下压板的厚度不小于待测试的FRP筋半径+25mm、宽度不小于FRP筋直径+25mm、长度等于FRP筋长度。
进一步的，所述第一凹槽的半径比软金属上套管/软金属下套管的半径大0.2mm。
进一步的，所述第二凹槽的半径比待测试的FRP筋的半径大0.1mm。
进一步的，所述第一凹槽侧端部平面与第二凹槽侧端部平面齐平。
进一步的，所述软金属上套管和软金属下套管采用软金属材料制作，优选铝或铜。
一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试方法，包括利用所述测试装置，具体步骤如下：
将待测试的FRP筋沿其轴向置于软金属下套管的第二凹槽内，将所述上压板具有第一凹槽的壁向下对准下压板具有第一凹槽的壁，使FRP筋接触所述软金属上套管的第二凹槽，且使所述上压板和下压板的侧壁对齐；此时所述上压板和软金属上套管与下压板和软金属下套管之间留有1～2mm的缝隙；
将装置有FRP筋的测试装置放置在万能试验机上，使万能试验机加载端与上压板接触；然后调整FRP筋和所述测试装置各部件位置，沿加载方向对中；
在1～6mm/min加载速率下对上压板施加均匀分布的压缩荷载直至FRP筋压缩或上/下压板接触，获得FRP筋-夹片横向受压承载力及FRP筋横截面处的荷载-应变曲线。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本专利提出的FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置及其测试方法可模拟FRP筋夹片式锚固系统中FRP筋和夹片的横向压缩过程，测得FRP筋-夹片横向受压承载力及FRP筋横截面处的荷载-应变曲线，为FRP筋的夹片式锚具的设计提供力学性能依据，促进应用于FRP筋的夹片式锚具的开发及高效应用。
附图说明
图1是FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置的立体结构图；
图2是图1的横截面示意图；
图3是图1下压板的结构示意图；以及
图4是软金属下套管的结构示意图；
图5示出三种不同型号FRP筋和相应尺寸夹片施加横向荷载下的荷载-应变曲线。
图中：
1：上压板 2：下压板 3：软金属上套管
4：软金属下套管 5：FRP筋 6：第一凹槽
7：第二凹槽
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，结合本发明实例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，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。
如图1-2所示，一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，包括尺寸相同的上压板1和下压板2，所述上压板1和下压板2采用高强度钢42CrMo(进行退火处理)制作，屈服强度为930MPa，硬度大于50HRC，上/下压板厚度不小于待测试的FRP筋5半径+25mm、宽度不小于FRP筋5直径+25mm、长度等于FRP筋长度。
所述上压板1和下压板2均为长方体结构，二者相对的侧壁上分别开有向内凹的第一凹槽6，所述第一凹槽6的横截面为半圆形，且长度与所述上压板/下压板的长度相同，所述第一凹槽6的半径等于软金属上套管/下套管3,4的外半径+0.2mm；且所述上压板1和下压板2的第一凹槽6位置对应且大小相同。由于所述上压板1和下压板2的结构相同，图3示例的显示下压板2的结构，第一凹槽6轴向贯通所述下压板2形成一第一通道用于容纳软金属下套管4，相应的，位于所述上压板1上的第一凹槽6也形成一第一通道用于容纳软金属上套管3。
一软金属上套管3嵌入所述上压板1的第一凹槽6的第一通道内，所述软金属上套管3粘接在第一凹槽6的第一通道上。一软金属下套管4嵌入并粘接在所述下压板2的第一凹槽6的第一通道内，且所述软金属上套管3和软金属下套管4材质相同，尺寸相同，且外轮廓均为与所述第一凹槽6适配的半圆形。所述软金属上套管和软金属下套管采用软金属材料制作，优选铝或铜。所述软金属上套管/软金属下套管相对的侧壁上沿轴心开有横截面为半圆形的第二凹槽7，用于放置待测试的FRP筋5。所述软金属上套管/下套管采用铝合金A6061-T6，套管外半径不小于FRP筋5的半径+10mm、第二凹槽半径等于FRP筋半径+0.1mm、长度等于FRP筋5的长度。图4示例的显示软金属下套管4的结构，第二凹槽7轴向贯通软金属下套管4形成一第二通道用于容纳待测试的FRP筋；相应的，位于软金属上套管3的第二凹槽7也成一第二通道用于容纳待测试的FRP筋。
如图2所示，使用时，所述上压板和下压板设置有第一凹槽的壁相对且垂直放置，所述第一凹槽6侧端部平面与第二凹槽7侧端部平面齐平。且所述上压板1和软金属上套管3与下压板2和软金属下套管4之间留有1～2mm的缝隙，以便压缩荷载施加到FRP筋上。所述缝隙的距离按照横截面上FRP筋5和软金属上套管、下套管之间接触长度与FRP筋圆周长度之比约为0.85的原则计算，当缝隙计算值小于1mm时取1mm、大于2mm时取2mm。
FRP筋-夹片横向受压承载力的测试方法的具体步骤如下：
将待测试的FRP筋5沿其轴向置于软金属下套管的第二凹槽内，将所述上压板1具有第一凹槽6的壁向下对准下压板2具有第一凹槽6的壁，使FRP筋5接触所述软金属上套管3的第二凹槽7；此时所述上压板1和软金属上套管3与下压板2和软金属下套管4之间留有1～2mm的缝隙；
将装置有FRP筋5的测试装置放置在市售的济南中特WEW-1000B万能试验机上，使万能试验机加载端与上压板1接触；然后调整FRP筋5和所述测试装置各部件位置沿加载方向对中；
使用激光位移计或数字图像相关技术测量FRP筋端部横截面上的应变；按照1.5mm/min的加载速率对上压板1施加均匀分布的压缩荷载直至FRP筋压缩或钢制上/下压板接触，获得FRP筋-夹片横向受压承载力及FRP筋横截面处的荷载-应变曲线。图5示出三种不同型号FRP筋和相应尺寸夹片施加横向荷载下的荷载-应变曲线。包括5mm直径碳纤维复材筋(夹片尺寸为铝制软金属套管半径12.5mm，第二凹槽半径为2.6mm，长度为90mm，筋材和软金属套管接触面积比为84.9％)、7mm直径碳纤维复材筋(夹片尺寸为铝制软金属套管半径13.5mm，第二凹槽半径为3.6mm，长度为90mm，筋材和软金属套管接触面积比为84.7％)、9mm直径碳纤维复材筋(夹片尺寸为铝制软金属套管半径14.5mm，第二凹槽半径为4.6mm，长度为90mm，筋材和软金属套管接触面积比为85.3％)。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，其特征在于包括上压板(1)和下压板(2)，所述上压板(1)和下压板(2)采用硬质高强度钢制作，具有相同的尺寸，配对使用；
所述上压板(1)和下压板(2)相对的侧壁分别开有横截面为半圆形的第一凹槽(6)，所述第一凹槽(6)的长度与所述上压板/下压板的长度相同，且所述上压板(1)和下压板(2)的第一凹槽(6)位置对应且大小相同；
一软金属上套管(3)嵌入所述上压板(1)的第一凹槽(6)内，一软金属下套管(4)嵌入所述下压板(2)的第一凹槽(6)内，且所述软金属上套管(3)和软金属下套管(4)材质相同，尺寸相同，且外轮廓均为半圆形；且所述软金属上套管/软金属下套管的半径略小于所述第一凹槽(6)的半径；所述软金属上套管/软金属下套管相对的侧壁上沿轴心开有横截面为半圆形的第二凹槽(7)，用于放置FRP筋(5)；
其中，所述第一凹槽(6)侧端部平面与第二凹槽(7)侧端部平面齐平；
使用时，所述上压板(1)和下压板(2)设置有第一凹槽(6)的壁相对且垂直放置，且所述上压板(1)和软金属上套管(3)与下压板(2)和软金属下套管(4)之间留有1～2mm的缝隙，以便压缩荷载施加到待测量的FRP筋(5)上。
2.根据权利要求1所述的FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，其特征在于，所述上压板/下压板的厚度不小于待测试的FRP筋(5)半径+25mm、宽度不小于FRP筋(5)直径+25mm、长度等于FRP筋长度。
3.根据权利要求1所述的FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，其特征在于，所述第一凹槽(6)的半径比软金属上套管/软金属下套管的半径大0.2mm。
4.根据权利要求1所述的FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，其特征在于，所述第二凹槽(7)的半径比待测试的FRP筋(5)的半径大0.1mm。
5.根据权利要求1所述的FRP筋-夹片横向受压承载力的测试装置，其特征在于，所述软金属上套管(3)和软金属下套管(7)采用软金属材料制作，优选铝或铜。
6.一种FRP筋-夹片横向受压承载力的测试方法，包括利用如权利要求1所述的测试装置，具体步骤如下：
将待测试的FRP筋(5)沿其轴向置于软金属下套管(4)的第二凹槽(7)内，将所述上压板(1)具有第一凹槽(6)的壁向下对准下压板(2)具有第一凹槽(6)的壁，使FRP筋(5)接触所述软金属上套管(3)的第二凹槽(7)，且使所述上压板和下压板的侧壁对齐；此时所述上压板(1)和软金属上套管(3)与下压板(2)和软金属下套管(4)之间留有1～2mm的缝隙；
将装有FRP筋(5)的所述测试装置放置在万能试验机上，使万能试验机加载端与上压板(1)接触；然后调整FRP筋(5)和所述测试装置各部件位置，沿加载方向对中；
在1～6mm/min加载速率下对上压板施加均匀分布的压缩荷载直至FRP筋压缩或上/下压板接触，获得FRP筋-夹片横向受压承载力及FRP筋横截面处的荷载-应变曲线。
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| CN114414371B (zh) | 2024-03-22 |
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Legal Events
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