CN214121870U - 一种用于frp杆材层间剪切强度的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于复合材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，包括支撑框架；滑板，穿套在支撑框架上，可上下移动；上连接件，上端与试验机加载头连接，下端与滑板固定连接；剪切模具，包括固定在滑板下表面的上剪切模具和固定在支撑框架底部的下剪切模具，二者做相对定向移动，用于夹持FRP杆材试件以及对FRP杆材试件施加层间剪切荷载；以及下连接件，上端与支撑框架底部连接，下端与试验机工作平台连接。本实用新型测试结果更加准确，同时该装置还满足FRP杆材直径发生变化情况下的通用目的。

Description

一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置

技术领域

本实用新型属于复合材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置。

背景技术

钢筋、钢锚杆和钢绞线等钢材的锈蚀严重影响着钢筋混凝土结构和钢结构的承载能力和正常服役寿命，所以，钢材的防腐处理已成为解决钢材锈蚀的方法之一，其中所采用的措施主要包括环氧树脂裹层、表面镀锌层、纤维增强聚合物保护层和阴极保护等；但是，这些措施的应用只能延缓钢材的锈蚀速率，而不能从根本上解决钢材锈蚀给结构所带来的不利影响，所以亟需一种新型材料来替代钢材应用到工程实际中去，从而实现从根本上解决钢筋锈蚀的问题。

纤维增强聚合物(Fiber reinforced polymer，简称FRP)杆是通过连续纤维增强树脂基体经过拉挤成型和养护固化而形成的一种外形类似钢杆的材料，包括FRP筋、FRP锚杆和FRP绞线等，其优越性能主要表现在轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳和非磁化等方面，现已成为一种可替代钢杆的新型材料。然而，作为新型材料的FRP杆材，其力学性能的准确测试是衡量FRP杆具有可替代性的重要前提。

FRP杆作为一种非均质和各项异性材料，其性能在某些方面与均质的钢杆存在很大的区别。例如，在拉伸荷载作用下FRP杆材的传力机制是由荷载先作用于外层纤维再通过树脂基体的剪切作用将荷载逐层的传递到杆材的核心处，而在这一传递过程中连续纤维是荷载的承担者，树脂基体主要起到粘聚纤维和传递荷载的作用。所以，树脂基体与纤维表面的粘结强度以及纤维间树脂的剪切强度，即FRP杆材的层间剪切强度，是其实现荷载逐层传递的重要因素；而受尺寸效应的影响单根纤维与树脂基体的粘结试验不能充分反应出FRP杆材内部纤维与树脂粘结的真实情况，同时，现有规范给出的利用三点弯曲短梁法来确定FRP杆材的层间剪切强度，该种方法原理简单，无需特制试验装置，但是测试结果却与FRP杆材的单纯层间剪切有所区别，且测试原理和过程不直观，例如，处于三点弯曲测试状态下的FRP杆材同时受到的是拉伸、压缩和剪切等耦合荷载的共同作用，并不仅仅是单纯的层间剪切测试，所以测试结果往往并不是真实的强度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，能够解决利用三点弯曲短梁法确定FRP杆材层间剪切强度时测试试件受力状态不是单纯的层间剪切力问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型提供了一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，包括：

支撑框架；

滑板，穿套在支撑框架上，可上下移动；

上连接件，上端与试验机加载头连接，下端与滑板固定连接；

剪切模具，包括固定在滑板下表面的上剪切模具和固定在支撑框架底部的下剪切模具，二者做相对定向移动，用于夹持FRP杆材试件以及对FRP杆材试件施加层间剪切荷载；

以及下连接件，上端与支撑框架底部连接，下端与试验机工作平台连接。

进一步地，所述支撑框架包括固定导向板和位于固定导向板下方的底板，所述固定导向板通过多根不锈钢空心导柱与底板连接。

进一步地，所述固定导向板和底板分别通过螺栓与多根不锈钢空心导柱连接。

进一步地，所述滑板位于固定导向板与底板之间，并通过法兰式直线轴承与不锈钢空心导柱连接。

进一步地，所述上连接件为圆柱形钢体，穿过固定导向板，下端通过螺栓与滑板连接；所述上连接件在穿过固定导向板处安装有法兰式直线轴承；在所述上连接件的上端开设有用于穿入销钉的圆孔，上连接件通过销钉与试验机加载头连接。

进一步地，所述上剪切模具与下剪切模具均包括基座、两个侧向支撑和两个顶杆；所述上剪切模具的基座通过螺栓安装在滑板的下表面，下剪切模具的基座通过螺栓安装在底板的上表面，在基座上开设有凹槽；所述两个侧向支撑均被削去一个45°角，形成一个竖向V型槽；所述顶杆从基座的侧面穿入，并与侧向支撑连接，推动两个侧向支撑在凹槽内定向移动。

进一步地，所述顶杆为变径螺栓，所述侧向支撑开设有贯穿T型槽，所述T型槽与顶杆的变径部分匹配连接。

进一步地，所述下连接件为圆柱形钢体，上端通过螺栓与底板的下表面连接，在下连接件的下端开设有用于穿入销钉的圆孔，下连接件通过销钉与试验机工作平台连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，该测试装置结构简单、设计合理，可直观的反应出FRP杆材在单纯层间剪切荷载作用下的受力特点，消除了在其他试验方法下测试试件承担耦合荷载的情况，从而做到了测试试件更加接近真实层间剪切状态，测试结果更加准确，同时该装置还满足FRP杆材直径发生变化情况下的通用目的，扩大该测试装置的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置的正视图；

图2是本实用新型实施例的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置的俯视图；

图3是本实用新型实施例的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置的立体图；

图4是本实用新型实施例的上剪切模具和下剪切模具的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的处于荷载作用下剪切模具和FRP杆材试件的工作状态示意图。

图中序号所代表的含义为：

101.固定导向板，102.底板，103.不锈钢空心导柱，2.滑板，3.法兰式直线轴承，4.上连接件，5.销钉，601.基座，602.侧向支撑，603.顶杆，604.凹槽，605.T型槽，7.下连接件，8.FRP杆材试件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，不仅适用于碳纤维聚合物筋、玻璃纤维聚合物筋、玄武岩纤维聚合物筋、芳纶纤维聚合物筋，也适用于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和高分子合成纤维等中的两种或两种以上纤维的混杂作为增强相的混杂纤维增强聚合物筋。

如图1至图3所示，该测试装置包括支撑框架、滑板2、上连接件4、剪切模具和下连接件7；滑板2穿套在支撑框架上，可上下移动；上连接件4的上端与试验机加载头连接，下端与滑板2固定连接；剪切模具包括固定在滑板2下表面的上剪切模具和固定在支撑框架底部的下剪切模具，二者做相对定向移动，用于夹持FRP杆材试件8以及对FRP杆材试件8施加层间剪切荷载；下连接件7的上端与支撑框架底部连接，下端与试验机工作平台连接。

支撑框架包括固定导向板101和位于固定导向板101下方的底板102，用于给试件施加层间剪切力的下剪切模具提供依附对象和约束上剪切模具定向移动，固定导向板101通过四根不锈钢空心导柱103与底板102连接，固定导向板101和底板102分别通过螺栓与四根不锈钢空心导柱103连接。

滑板2用于给试件施加层间剪切力的上剪切模具提供依附对象，位于固定导向板101与底板102之间，并通过法兰式直线轴承3与不锈钢空心导柱103连接，在施加荷载的状态下推动滑板2缓缓向下移动。

上连接件4为圆柱形钢体，穿过固定导向板101，下端通过螺栓与滑板2的上表面连接，上连接件4在穿过固定导向板101处安装有法兰式直线轴承3，可减小其与固定导向板101的摩擦。另外，在上连接件4的上端开设有一贯穿圆孔，销钉5插入圆孔中，上连接件4通过销钉5与试验机加载头连接。

如图4和图5所示，上剪切模具与下剪切模具均包括基座601、两个侧向支撑602和两个顶杆603，上剪切模具的基座601通过螺栓安装在滑板2的下表面，下剪切模具的基座601通过螺栓安装在底板102的上表面，基座601用来固定侧向支撑602，在基座601上开设有凹槽604，凹槽604用来放置两个侧向支撑602，两个侧向支撑602分别由削去一个45°角的钢体矩形块制成，当同一基座601上的两个侧向支撑602协同作用时，可在基座601上形成一个竖向V型槽，顶杆603从基座601的侧面穿入，在侧向支撑602上开设有竖向贯穿T型槽605，顶杆603为变径螺栓，T型槽605与顶杆603的变径部分匹配连接。将带有竖向贯穿T型槽605的侧向支撑602从基座601的下方或上方放入基座601的凹槽604内，对于上剪切模具，使T型槽605从顶杆603的变径部分通过后，旋转侧向支撑602上的挡片堵住T型槽605，以免侧向支撑602滑落。通过旋转顶杆603可推动侧向支撑602在基座601的凹槽604内定向移动，可实现两个侧向支撑602形成的V型槽开口距离可调，达到不同FRP杆材试件8的通用目的。

下连接件7为圆柱形钢体，上端通过螺栓与底板102的下表面连接，在下连接件7的下端开设有一贯穿圆孔，销钉5插入圆孔中，下连接件7通过销钉5与试验机工作平台连接。

下面给出利用该测试装置进行FRP杆材层间剪切强度试验的具体操作过程：

步骤S11，制备用于层间剪切强度测试的FRP杆材试件8，试件标准长度以现有规范为参考。

步骤S12，通过旋转上下剪切模具两侧的顶杆603带动位于基座601凹槽604内的侧向支撑602定向移动来调节两个侧向支撑602之间的开口距离，使下剪切模具V型槽的开口距离与FRP杆材试件8直径相等，上剪切模具V型槽的开口距离略大于FRP杆材试件8直径。

步骤S13，将下连接件7的下端与试验机工作平台连接，将上连接件4的上端与试验机加载头连接。

步骤S14，控制试验机，使试验机的加载头带动上连接件4向上移动，移动距离以上下剪切模具在竖向方向相互错开为准，目的是为了方便把FRP杆材试件8放置到上下剪切模具之间。

步骤S15，将FRP杆材试件8放置到下剪切模具的竖向V型槽中，使试件纵向一半放置在V型槽中，另一半悬浮在下剪切模具平面外。

步骤S16，控制试验机，试验机的加载头带动上连接件4缓缓向下移动，直到上剪切模具与下剪切模具在竖向方向有部分重合时停止试验机的加载头向下移动，调整顶杆603，使上剪切模具V型槽的开口距离等于FRP杆材试件8直径。

步骤S17，控制试验机，试验机的加载头对上剪切模具施加荷载，直至试件发生层间剪切破坏，记录数据。

下面通过举例来验证该测试装置的有效性：

利用现有FRP筋拉挤缠绕成型设备自主生产了一批直径为8mm的纯玻璃纤维筋(GFRP)，该GFRP筋所用的树脂基体为双酚A型环氧乙烯基树脂，纤维总体积率为60％；根据现有规范为依据制备的GFRP筋层间剪切试件的标准长度为3mm，分别通过三点弯曲短梁法和本实用新型提出的测试装置对GFRP筋的层间剪切强度进行测试，每种方法共测试五个重复试件，测试结果见表一。

表一GFRP筋的层间剪切强度

通过表一的测试结果可以发现：由三点弯曲短梁法测试GFRP筋的层间剪切强度的结果相对于利用本实用新型装置测试的结果偏大，这主要是由于利用三点弯曲短梁法测试GFRP筋时，该试件所承担的荷载是由拉伸荷载、压缩荷载和剪切荷载所形成的耦合荷载，而并不是单纯的层间剪切荷载，所以造成最终的测试结果相对于本实用新型装置大。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，包括：

支撑框架；

滑板，穿套在支撑框架上，可上下移动；

上连接件，上端与试验机加载头连接，下端与滑板固定连接；

剪切模具，包括固定在滑板下表面的上剪切模具和固定在支撑框架底部的下剪切模具，二者做相对定向移动，用于夹持FRP杆材试件以及对FRP杆材试件施加层间剪切荷载；

以及下连接件，上端与支撑框架底部连接，下端与试验机工作平台连接。

2.根据权利要求1所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述支撑框架包括固定导向板和位于固定导向板下方的底板，所述固定导向板通过多根不锈钢空心导柱与底板连接。

3.根据权利要求2所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述固定导向板和底板分别通过螺栓与多根不锈钢空心导柱连接。

4.根据权利要求2所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述滑板位于固定导向板与底板之间，并通过法兰式直线轴承与不锈钢空心导柱连接。

5.根据权利要求2所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述上连接件为圆柱形钢体，穿过固定导向板，下端通过螺栓与滑板连接；所述上连接件在穿过固定导向板处安装有法兰式直线轴承；在所述上连接件的上端开设有用于穿入销钉的圆孔，上连接件通过销钉与试验机加载头连接。

6.根据权利要求2所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述上剪切模具与下剪切模具均包括基座、两个侧向支撑和两个顶杆；所述上剪切模具的基座通过螺栓安装在滑板的下表面，下剪切模具的基座通过螺栓安装在底板的上表面，在基座上开设有凹槽；所述两个侧向支撑均被削去一个45°角，形成一个竖向V型槽；所述顶杆从基座的侧面穿入，并与侧向支撑连接，推动两个侧向支撑在凹槽内定向移动。

7.根据权利要求6所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述顶杆为变径螺栓，所述侧向支撑开设有贯穿T型槽，所述T型槽与顶杆的变径部分匹配连接。

8.根据权利要求2所述的用于FRP杆材层间剪切强度的测试装置，其特征在于，所述下连接件为圆柱形钢体，上端通过螺栓与底板的下表面连接，在下连接件的下端开设有用于穿入销钉的圆孔，下连接件通过销钉与试验机工作平台连接。

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