CN204214765U - 一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，包括试件固定装置、加载装置、数据采集装置；所述试件固定装置包括底板、地锚螺栓、挡板以及定位支架，用于试验时固定新老混凝土黏结试件并保证其自身不发生移动；所述加载装置包括加载端板、液压千斤顶，用于对新老混凝土黏结试件中的新混凝土施加推力从而使得新老混凝土交错运动，在黏结面上产生剪应力；所述数据采集系统包括千分表、力传感器、数据采集系统及中控电脑；本实用新型能采用的是推出式剪切试验装置，仪器操作简单，即可测得黏结试件在两端的剪应力-滑移全曲线，又可以得到沿黏结长度方向上各点的黏结滑移关系，因此，可以在新老混凝土黏结性能的研究中广泛使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置。
背景技术
新老混凝土之间的自然黏结是保证新老混凝土整体工作的基础，正是由于这种黏结作用，才使得新混凝土与老混凝土能共同工作，共同承担荷载。然而新混凝土与老混凝土的完全黏结只在一定的受力阶段内存在，当某段新混凝土加固层横截面上的剪应力超过界面的黏结强度后，该段界面就会出现剥离和剪切破坏。在界面承受剪应力的过程中，新混凝土与老混凝土之间会产生一定的相对滑移。这种滑移不是自由滑移，而是受到老混凝土的黏结以及界面摩阻力的约束，是一种黏结滑移。显然，新老混凝土结合面的黏结滑移关系是采用理论或数值计算分析其受力变形性能的基础，但目前这方面的研究还相对较少。因此，通过合理的试验装置，研究新混凝土和老混凝土之间的相对滑移，对受荷后的承载能力，破坏形态，变形与受力性能等进行分析和探讨，从而建立合理的黏结滑移本构模型是很有必要的。
发明内容
本实用新型对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是新老混凝土结合面的黏结滑移关系是采用理论或数值计算分析其受力变形性能的基础，而目前尚未有相关实验设备来研究新混凝土和老混凝土之间的相对滑移，对受荷后的承载能力，破坏形态，变形与受力性能等进行分析和探讨。
本实用新型的具体实施方案是：一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，包括下部为老混凝土上部为新浇混凝土的新老混凝土黏结试件，其特征在于：所述试验装置包括
一用于使新老混凝土黏结试件老混凝土紧固于地面的试件固定装置，扣置于试件老混凝土上表面的几字形定位支架，以及设置于试件前侧用于防止试件老混凝土部分受到推力滑动的纵向挡板，所述定位支架下端及挡板下端通过地锚螺栓固定于地面上，所述挡板高度不高于试件老混凝土部分高度；
一用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力的加载装置，所述加载装置包括液压千斤顶，液压千斤顶施加推力一端连接有一加载端板，用于对新老混凝土黏结试件中的新混凝土施加推力从而使得新老混凝土交错运动，在黏结面上产生剪应力；
用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力数据采集装置；所述数据采集装置包括设置于试件新混凝土部分加载端与自由端处设置千分表、用于感应液压千斤顶的力传感器。
进一步的，所述试件固定装置还包括置于试件底部的底板，所述底板固定于地面上。
进一步的，所述力传感器经线路与中控电脑相连接。
进一步的，所述新老混凝土黏结试件呈矩形状，且下部老混凝土部分长度比上部新浇混凝土长。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型系统采用的是推出式剪切试验装置，仪器操作简单，即可测得黏结试件在两端的剪应力-滑移全曲线，又可以得到沿黏结长度方向上各点的黏结滑移关系，因此，可以在新老混凝土黏结性能的研究中广泛使用。
附图说明
图1为本实用新型试件结构示意图。
图2为本实用新型试验装置使用结构示意图。
图3为本实用新型定位支架使用结构示意图。
图4为本实用新型定位支架应力片排布结构示意图。
图5为本实用新型黏结面及微段dX受力分析图。
图6为本实用新型黏结试件黏结滑移曲线；
图（a）为不同强度黏结试件（自由端），图（b）为不同强度黏结试件（加载端）。
图7为本实用新型黏结试件 拟合曲线与试验值的比较。
图8为本实用新型黏结试件的应变测量结果；
图(a)为 C30新凝土黏结试件应变分布，图（b）为C35新凝土黏结试件应变分布，图(c)为C40新凝土黏结试件应变分布，图(d)为 C45新凝土黏结试件应变分布。
图9为本实用新型黏结试件的黏结应力分布图；
图(a)为 C30新混凝土黏结试件应力分布，图(b)为 C35新混凝土黏结试件应力分布，图(c)为C40新混凝土黏结试件应力分布，图(d)为 C45新混凝土黏结试件应力分布。
图10为本实用新型局部黏结滑移试验结果示例；
图(a)为C30新混凝土黏结试件局部黏结滑移关系，图(b)为C35新混凝土黏结试件局部黏结滑移关系，图(c)为C40新混凝土黏结试件局部黏结滑移关系。图(d)为C45新混凝土黏结试件局部黏结滑移关系。
图11为本实用新型新老实混凝土黏结试件不同位置处黏结滑移曲线；
图(a)为自由端，图(b)为加载端，图(c)为试件中部。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，为本发明中的老混凝土黏结试件10，新老混凝土黏结试件10包括下部为老混凝土110和上部为新浇混凝土120两个部分，一般的，新老混凝土黏结试件10呈矩形状，且下部老混凝土110部分长度比上部新浇混凝土120长。
如图2～3所示，为本发明使用试验装置的示意图：
包括一用于使新老混凝土黏结试件老混凝土紧固于地面的试件固定装置，所述固定装置包括扣置于试件老混凝土上表面的几字形定位支架210，以及设置于试件前侧用于防止试件老混凝土部分受到推力滑动的纵向挡板220，所述定位支架210下端及挡板下端通过地锚螺栓固定于地面上，所述挡板220高度不高于试件老混凝土部分110高度，几字形定位支架210上方顶部还可设有锁紧螺栓211用于锁紧试件；
一用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力的加载装置，所述加载装置包括液压千斤顶310，液压千斤顶310施加推力一端连接有一加载端板311，用于对新老混凝土黏结试件中的新混凝土施加推力从而使得新老混凝土交错运动，在黏结面上产生剪应力；
用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力数据采集装置；所述数据采集装置包括设置于试件新混凝土部分加载端与自由端处设置千分表（410、420）以及用于感应液压千斤顶310的力传感器，力传感器经线路与中控电脑相连接。所述试件固定装置还包括置于试件底部的底板，所述底板固定于地面上。
在本发明实施例中，所述新老混凝土黏结滑移性能测试方法是基于对于试验装置所测得应变和位移进行推算及处理的过程，其具体实现过程如下：
（1）老混凝土试件长度取400mm，新混凝土长度可取200、250、300mm这三种尺寸。在新混凝土两侧靠近黏结面处，沿加载方向交错布置应变片50（如图4所示），以测定沿黏结长度方向混凝土的变形；在加载端与自由端处分别安装千分表（410、420），以便测量加载端和自由端的滑移量。先固定老混凝土，在新混凝土的一侧采用液压千斤顶加载至破坏，测出破坏荷载Pu。再以破坏荷载Pu的10%为增量对新混凝土逐级施加荷载P，使得新老混凝土交错运动，在黏结面上产生剪应力。试验时的荷载值和滑移值分别通过力传感器与位移传感器输入电脑，并用数据采集系统进行实时采集，以便对试验加载进行控制。
（2）黏结面的剪应力可近似以名义剪应力表示，即,其中P max为极限荷载(N)，A为黏结面的面积(mm2)。通过加载端、自由端架设千分表以及加载端上的荷载传感器，可以准确得到试件的剪应力-滑移（）全曲线。从开始加载直至破坏，由试件的加载端滑移与自由端滑移，分别得到剪应力-加载端滑移（）曲线和剪应力-自由端滑移（）曲线。
（3）设界面上黏结应力沿黏结长度（加载方向）传递，如图5所示（其中垂直于平面方向为新混凝土高h），由微段dX上力的平衡关系：
（1）
即
（2）
式中:b为试件宽，b=100mm; h为试件高,h=100mm;为混凝土弹性模量，为横截面上正应力。
设2个相邻应变测点与自由端的距离为和，相应的应变值分别为和，则这2点间黏结应力由下式计算：
（3）
（4）由位移传感器可测得试件自由端的滑移S f ，则在黏结长度上任一点的滑移可表示为：
（4）
式中，S f 为自由端滑移值，X为距自由端的距离。由于无法连续测得试件的应变，因此式中的积分可近似用不连续的应变测试值（离散数值）之和代替，即：
（5）
这样由黏结应力与滑移S就可以得到沿黏结长度方向上各点新老混凝土的黏结滑移关系，即关系曲线。
以下为本发明的具体实施例。
实例中老混凝土长度为400mm，强度等级为C30；新混凝土长度为250mm强度等级为C30、C35、C40、C45。老混凝土表面经过凿毛后，用灌砂法测得粗糙度为2.0mm。在新混凝土两侧靠近黏结面处，沿加载方向交错布置应变片，以测定局部的黏结滑移性能。在加载端与自由端处分别安装千分表，以便测量加载端和自由端的滑移量。试验时的荷载值和滑移值分别通过力传感器与位移传感器输入电脑，采用IMP系统进行实时采集，以便对试验加载进行控制。在试验中等速分级加载，荷载级差约为1kN，相邻两级荷载间隔时间约为5秒。
黏结面的剪应力可近似以名义剪应力表示，即,其中P max为极限荷载(N)，A为黏结面的面积(mm2)。通过加载端、自由端架设千分表以及加载端上的荷载传感器，可以准确得到试件的剪应力-滑移（）全曲线。从开始加载直至破坏，由试件的加载端滑移与自由端滑移，分别得到剪应力-加载端滑移（）曲线和剪应力-自由端滑移（）曲线如图6所示
通过对试验结果进行回归分析可得到加载端试件的黏结滑移本构方程，即：
计算曲线与试验值进行比较见图7。
再测得不同新混凝土强度的新老混凝土黏结试件的实测应变曲线图（如图8黏结试件的应变测量结果），其中X为距自由端距离。
根据应变可以推算黏结面上的应力分布，计算模型见附图4.设界面上黏结应力沿黏结长度（加载方向）传递，其中垂直于平面方向为新混凝土高h，由微段dX上力的平衡关系：
（1）
即
（2）
式中:b为试件宽，b=100mm; h为试件高,h=100mm;为混凝土弹性模量，为横截面上正应力。
设2个相邻应变测点与自由端的距离为和，相应的应变值分别为和，则这2点间黏结应力由下式计算：
（3）
这样可得到各种影响因素下新老混凝土黏结试件的黏结应力曲线图，如图9所示。
由位移传感器可测得试件自由端的滑移S f ，则在黏结长度上任一点的滑移可表示为：
（4）
式中，S f 为自由端滑移值，X为距自由端的距离。由于无法连续测得试件的应变，因此式中的积分可近似用不连续的应变测试值（离散数值）之和代替，即：
（5）
这样由黏结应力与滑移S就可以得到关系。图10列出了新老混凝土黏结试件的黏结滑移试验结果(如图10所示)。
对于本实例中的新老混凝土黏结试件，其局部黏结滑移关系基本相近，图中曲线的发展规律以自由端（X=25mm）、加载端（X=225mm）和黏结面中部（X=125mm）最具代表性。通过对试验结果的回归分析，可以分别得到这三个测点的黏结滑移拟合曲线（如图11所示）。自由端处的曲线变化较小，斜率也不大，其发展规律近似二次函数，通过回归分析可得式（6）：
（6）
式（6）的相关系数平方值R2= 0.915。
在加载端处，黏结应力与滑移都呈线性增长且增长较快，根据试验数据其曲线形式可用一次函数来表示，如式（7）：
（7）
式（7）的相关系数平方值R2=0.983。
中间部分的黏结滑移关系可采用分段函数来表示，其拟合公式如式（8）：
（8）
式（8）的相关系数平方值R2=0.891。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，包括下部为老混凝土上部为新浇混凝土的新老混凝土黏结试件，其特征在于：所述试验装置包括
一用于使新老混凝土黏结试件老混凝土紧固于地面的试件固定装置，扣置于试件老混凝土上表面的几字形定位支架，以及设置于试件前侧用于防止试件老混凝土部分受到推力滑动的纵向挡板，所述定位支架下端及挡板下端通过地锚螺栓固定于地面上，所述挡板高度不高于试件老混凝土部分高度；
一用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力的加载装置，所述加载装置包括液压千斤顶，液压千斤顶施加推力一端连接有一加载端板，用于对新老混凝土黏结试件中的新混凝土施加推力从而使得新老混凝土交错运动，在黏结面上产生剪应力；
用于向新老混凝土黏结试件中新浇混凝土部分进行加载推力数据采集装置；所述数据采集装置包括设置于试件新混凝土部分加载端与自由端处设置千分表、用于感应液压千斤顶的力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，所述试件固定装置还包括置于试件底部的底板，所述底板固定于地面上。
3.根据权利要求1所述的一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，所述力传感器经线路与中控电脑相连接。
4.根据权利要求1所述的一种测试新老混凝土黏结滑移性能的试验装置，所述新老混凝土黏结试件呈矩形状，且下部老混凝土部分长度比上部新浇混凝土长。
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| CN111650363A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-11 | 河海大学 | 型钢-钢纤维混凝土结构任意界面处相对滑移值计算方法 |
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