CN114858575A - 一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉‑弯耦合加载装置，解决当前测试装置不能满足材料性能表征试验需求的问题，包括固定装置与加载装置，固定装置包括两组锚具、两组立板、上、下底座和四组高度调节螺杆，两组锚具分别穿过两组立板上的锚具预留孔并位于两组立板的外侧与其固定连接，FRP杆/板的两端分别与两组锚具固定连接，加载装置包括压力传感器、转接头、反力架、千斤顶和传力杆，压力传感器套接于一端锚具并与其固定连接，压力传感器的受力区紧贴于该侧立板的外壁面，另外一侧锚具通过转接头与传力杆的一端固连，传力杆的另外一端依次穿过反力架的侧板、千斤顶的动作杆并与千斤顶的动作杆固定连接。本装置可提供准确的加载幅值。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置。
背景技术
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)具有比强度/模量高、耐腐蚀、耐疲劳等优点，现已在土木工程领域受到广泛关注，并已得到了较大规模的推广和应用。FRP与钢材相比，由于其自重轻，耐腐蚀，且长期维护成本远低于后者，在众多土木工程结构中成为钢材理想的替代产品。自上世纪九十年代，我国针对土木工程用FRP制品研发、性能评价以及示范应用开展了大量工作。目前，FRP在土木工程领域应用呈现迅猛的发展态势。通常，土木工程用FRP制品主要包括FRP板、杆、筋、管、网格及型材等。
近年来，国家提出的重大发展战略涉及到海洋工程与川藏铁路工程等重点工程，这些工程的主要特点是服役环境恶劣，后期维养困难，传统工程结构材料(如钢材)面临严重的环境腐蚀、疲劳损伤等问题。FRP杆/板制成FRP索应用于桥梁拉索、混凝土体内/体外预应力索可以大幅提升桥梁结构服役性能与服役寿命。但由于FRP力学性能呈现各向异性的特点，其横向性能远低于纵向性能(纤维方向)。尽管在上述应用场景中，主要利用FRP杆/板的拉伸性能，但在其服役过程中不可避免的会产生横向载荷，由于FRP杆/板服役中已存在较大的预张力，横向荷载与纵向荷载产生的耦合应力可能导致FRP杆/板出现不可预见的损伤甚至脆断。
现有的FRP杆/板力学性能试验装置主要为单一的加载方式，如单向拉伸装置、三点弯曲装置、短梁剪切装置等，这些装置无法满足上述应用场景中拉-弯耦合应力的施加以及服役中的索体位移边界条件。
发明内容
基于以上不足之处，本发明目的是研发一种纤维增强树脂复合材料(FRP)杆/板拉-弯耦合加载装置，能够为FRP杆/板提供拉伸与弯曲耦合荷载，从而研究FRP杆/板拉-弯耦合荷载下的力学性能，解决当前测试装置加载方式单一，不能完全满足工程实际材料性能表征的试验需求，为FRP杆/板力学性能测试提供技术支撑。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，包括固定装置与加载装置，
所述的固定装置包括两组锚具、两组立板、上底座、下底座和四组高度调节螺杆，上底座的两侧分别开有两组平行的跨距调节槽，两组立板分别相对平行放置并固定于所述的两组跨距调节槽内，在两组立板的侧壁面相同位置分别开有锚具预留孔，两组锚具的两端分别穿过两组立板上的锚具预留孔并位于两组立板的外侧壁固定连接，FRP杆/板的两端分别与两组锚具固定连接，下底座与上底座通过四组高度调节螺杆互相上、下平行固定连接，下底座的底面与压力机底座固定连接；
所述的加载装置包括压力传感器、转接头、矩形的反力架、千斤顶和传力杆，千斤顶为中空式，压力传感器套接于一侧锚具并与其固定连接，压力传感器的受力区紧贴于该侧立板的外壁面，反力架的一侧与另外一侧立板的外壁面固定连接，另外一侧锚具位于反力架内，另外一侧锚具通过转接头与传力杆的一端固定连接，传力杆的另外一端依次穿过反力架的侧板、千斤顶的动作杆并与千斤顶的动作杆的端部固定连接。
进一步的，本发明还包括两组跨距调节螺杆，两组所述的立板之间固定平行连接有两组跨距调节螺杆，两组跨距调节螺杆与FRP杆/板的轴向平行。
进一步的，本发明还包括刻度尺，所述的刻度尺置于上底座上并与FRP杆/板的轴向平行。
进一步的，如上所述的立板为L形。
进一步的，压力机压头在FRP杆/板中心位置的上方施加弯曲荷载；位于FRP杆/板的中心位置的下方、所述的上底座开有上底座预留孔，位移传感器穿过上底座预留孔以获得加载过程中FRP杆/板弯曲挠度响应。
本发明的另一目的是根据如上所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置得出的一种试验方法，如下：首先采用千斤顶加载为FRP杆/板提供预张力，并通过压力传感器读数获得加载幅值；达到预定荷载幅值后，再次固定调整加载端锚具，然后通过压力机压头在FRP杆/板上方施加弯曲荷载，最终获得拉-弯耦合荷载下FRP杆/板的力学性能。
本发明具有以下优点及有益效果：本装置可提供准确的加载幅值，此外不引入其它形式的应力，如扭转。本装置立板跨度可调节，可实现对不同长度FRP杆/板的性能测试，即可针对FRP杆/板长径比或长/厚比的影响进行测试。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的固定装置立体结构示意图；
图4为本发明的加载装置的分解图；
附图标记说明：
1、左锚具，1-1、右锚具，2、左锚具螺母，2-1、右锚具螺母，3、压力传感器，4、左立板，4-1、右立板，5、立板锚具预留孔，6、FRP杆/板，7、压力机压头，8、跨距调节螺杆，9、跨距调节槽，10、反力架，11、转接头，12、千斤顶，13、钢垫圈，14、千斤顶固定螺母，15、传力杆，16、上底座，17、刻度尺，18、下底座，19、下底座预留孔，20、上底座预留孔，21、高度调节螺杆，22、立板固定螺栓，23、反力架固定螺栓。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1-4所示，一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，包括固定装置与加载装置，
所述的固定装置包括两组锚具、两组立板4、上底座16、下底座18、两组跨距调节螺杆8、刻度尺17和四组高度调节螺杆21，上底座16的两侧分别开有两组平行的跨距调节槽9，每组立板4均为L形，两组立板4分别相对平行放置于所述的两组跨距调节槽9内，并通过多个立板固定螺栓22固定，两组所述的立板4之间固定平行连接有两组跨距调节螺杆8，两组跨距调节螺杆8与FRP杆/板的轴向平行，在两组立板4的侧壁面相同位置分别开有锚具预留孔5，左、右锚具分别穿过两组立板4上的锚具预留孔5并位于两组立板4的外侧，左、右锚具通过左锚具螺母2和右锚具螺母2-1与两组立板4的外侧壁固定连接，FRP杆/板的两端分别与左、右锚具固定连接，下底座18与上底座16通过四组高度调节螺杆21互相上、下平行固定连接，下底座18的底面与压力机底座固定连接；所述的刻度尺17置于上底座16上并与FRP杆/板的轴向平行。
安装时，两组立板间距依据FRP杆/板6长度通过所述的刻度尺17调节，完成后通过螺母固定两组跨距调节螺杆9与两组立板4连接，通过螺母连接立板固定螺栓22固定立板4与上底座16。
所述的加载装置包括压力传感器3、转接头11、矩形的反力架10、千斤顶12和传力杆15，千斤顶12为中空式，压力传感器3套接于左锚具1上并固定在左立板4的外侧壁面与左锚具螺母2之间，压力传感器3的受力区紧贴于该侧立板4的外壁面，反力架10的一侧与右立板4-1的外壁面通过反力架固定螺栓23固定连接，另外一侧锚具位于反力架10内，右锚具1-1通过转接头11与传力杆15的一端固定连接，传力杆15的另外一端依次穿过反力架10的侧板、千斤顶12的动作杆并通过钢垫圈13、千斤顶固定螺母14与千斤顶12的动作杆的端部固定连接，并保证千斤顶12与反力架10紧密贴合。
加载时，千斤顶12、钢垫圈13与千斤顶固定螺母14在传力杆15上依次安装，并保证千斤顶与反力架紧密贴合；所述的千斤顶12加载，为FRP杆/板6提供预张力，并通过压力传感器3读数获得加载幅值；达到预定荷载幅值后，再次固定右锚具螺母2-1；通过压力机压头7在FRP杆/板6上方施加弯曲荷载，最终获得拉-弯耦合荷载下FRP杆/板6的力学性能。
锚具为外部通长度螺纹设计，并配备2个锚具螺母；跨距调节螺杆8与高度调节螺杆21均为通长度螺纹，并分别配备8个螺母；螺杆与螺母连接需保证足够的可靠性。
跨距调节螺杆8为固定装置的主要承载部件，两立板4、上底座16、下底座18为固定装置相对次要承载部件；转接头11、反力架10、传力杆15为加载装置的主要承载部件；钢垫圈13、千斤顶固定螺母14为加载装置相对次要承载部件，以上部件均需满足足够的强度与刚度。
位移传感器可穿过上底座预留孔20以获得加载过程中FRP杆/板弯曲挠度响应。压力传感器3受力区需紧贴固定端立板4，其受力区外径需大于立板锚具预留孔5，内壁需光滑以减小与带螺纹锚具1的摩擦。
千斤顶12为中空式，采用手动或自动加压装置加载；千斤顶12内径大于传力杆15直径；通过钢垫圈13保证千斤顶12将位移荷载传递到千斤顶固定螺母14，钢垫圈13内径小于千斤顶12内径与千斤顶固定螺母14外径。
下底座预留孔19装有螺栓将本加载装置固定在压力机底座上；高度调节螺杆21根据需求调节上底座16与下底座18高度，两横板中间位置可以根据需要放置位移传感器等采集装置。
Claims (6)
1.一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，包括固定装置与加载装置，其特征在于：
所述的固定装置包括两组锚具、两组立板、上底座、下底座和四组高度调节螺杆，上底座的两侧分别开有两组平行的跨距调节槽，两组立板分别相对平行放置并固定于所述的两组跨距调节槽内，在两组立板的侧壁面相同位置分别开有锚具预留孔，两组锚具的两端分别穿过两组立板上的锚具预留孔并位于两组立板的外侧壁固定连接，FRP杆/板的两端分别与两组锚具固定连接，下底座与上底座通过四组高度调节螺杆互相上、下平行固定连接，下底座的底面与压力机底座固定连接；
所述的加载装置包括压力传感器、转接头、矩形的反力架、千斤顶和传力杆，千斤顶为中空式，压力传感器套接于一侧锚具并与其固定连接，压力传感器的受力区紧贴于该侧立板的外壁面，反力架的一侧与另外一侧立板的外壁面固定连接，另外一侧锚具位于反力架内，另外一侧锚具通过转接头与传力杆的一端固定连接，传力杆的另外一端依次穿过反力架的侧板、千斤顶的动作杆并与千斤顶的动作杆的端部固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，其特征在于：还包括两组跨距调节螺杆，两组所述的立板之间固定平行连接有两组跨距调节螺杆，两组跨距调节螺杆与FRP杆/板的轴向平行。
3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，其特征在于：还包括刻度尺，所述的刻度尺置于上底座上并与FRP杆/板的轴向平行。
4.根据权利要求3所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，其特征在于：所述的立板为L形。
5.根据权利要求4所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置，其特征在于：压力机压头在FRP杆/板中心位置的上方施加弯曲荷载；位于FRP杆/板的中心位置的下方、所述的上底座开有上底座预留孔，位移传感器穿过上底座预留孔以获得加载过程中FRP杆/板弯曲挠度响应。
6.根据权利要求5所述的一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置的试验方法，其特征在于，方法如下：首先采用千斤顶加载为FRP杆/板提供预张力，并通过压力传感器读数获得加载幅值；达到预定荷载幅值后，再次固定调整加载端锚具，然后通过压力机压头在FRP杆/板上方施加弯曲荷载，最终获得拉-弯耦合荷载下FRP杆/板的力学性能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210402527.1A CN114858575A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210402527.1A CN114858575A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN114858575A true CN114858575A (zh) | 2022-08-05 |
Family
ID=82630853
Family Applications (1)
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| CN202210402527.1A Pending CN114858575A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种纤维增强树脂复合材料杆/板拉-弯耦合加载装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114858575A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115615826A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种试验件的拉剪耦合测试装置及试验测试方法 |
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2022
- 2022-04-18 CN CN202210402527.1A patent/CN114858575A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115615826A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种试验件的拉剪耦合测试装置及试验测试方法 |
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