內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法，所述試樣包括組合加強(qiáng)筋，在所述組合加強(qiáng)筋斷面的中心，沿軸線方向設(shè)有一通槽；在所述通槽的內(nèi)壁上，沿通槽軸線方向均布有應(yīng)變片。所述方法是將組合加強(qiáng)筋嵌裝在混凝土梁中，按現(xiàn)有常規(guī)四點(diǎn)彎靜載試驗(yàn)，靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀實(shí)時(shí)記錄應(yīng)變片的數(shù)據(jù)εf及梁的開(kāi)裂荷載Pcr、屈服荷載Py和極限荷載Pu。根據(jù)實(shí)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算得到組合加強(qiáng)筋或CFRP筋與膠黏劑界面的的剪應(yīng)力，再根據(jù)混凝土加固理論中混凝土加固強(qiáng)度的計(jì)算方法計(jì)算得到Pu理論值。比較Pu理論值與Pu的誤差，可知，本發(fā)明的試樣可以提高加固混凝土梁界面特性參數(shù)的測(cè)量精度，且應(yīng)變測(cè)試是方便、容易。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法，特別是 指一種內(nèi)嵌碳纖維增強(qiáng)塑料筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法；屬于混凝土 復(fù)合界面特性測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。 技術(shù)背景
[0002] 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前工程實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。由于施工質(zhì)量差、 建筑物使用功能改變、結(jié)構(gòu)超載、暴露于惡劣環(huán)境等原因，有許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要進(jìn)行加 固補(bǔ)強(qiáng)。碳纖維增強(qiáng)塑料（CarbonFiberReinforcedPolymer英文簡(jiǎn)寫(xiě)為CFRP)以其優(yōu) 越的工程性能已被大量應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的維修與加固工程實(shí)踐中，并取得了良好的效果。 CFRP加固混凝土梁的增強(qiáng)效果、破壞機(jī)理均與CFRP-混凝土界面特性密切相關(guān)，CFRP-混 凝土界面特性通常是指界面沿CFRP筋長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力分布及滑移量分布，因此，研宄 CFRP-混凝土界面的特性，關(guān)鍵在于先獲得CFRP-混凝土界面的真實(shí)應(yīng)變，再由相關(guān)積分得 到CFRP筋長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力分布及滑移量分布。
[0003] 內(nèi)嵌碳纖維增強(qiáng)塑料筋加固混凝土梁的基本工法為：在混凝土梁保護(hù)層中沿梁的 軸向開(kāi)用于內(nèi)嵌CFRP筋的槽，在內(nèi)嵌槽中灌入結(jié)構(gòu)膠，嵌入CFRP筋，最后將槽用結(jié)構(gòu)膠灌 滿抹平。如圖1所示。
[0004] 過(guò)去研宄CFRP筋與混凝土界面的力學(xué)特性，傳統(tǒng)的做法的是在CFRP筋嵌入到混 凝土梁中之前，在CFRP筋表面密貼應(yīng)變片，將CFRP筋上每一區(qū)間的應(yīng)變大小獲取后，通過(guò) 兩個(gè)緊鄰應(yīng)變片的應(yīng)變差通過(guò)差分方程得到CFRP-混凝土局部粘結(jié)剪應(yīng)力，同樣界面局部 滑移可以通過(guò)從自由端開(kāi)始沿CFRP筋對(duì)CFRP應(yīng)變按積分得到。
[0005] 過(guò)去的研宄方法理論簡(jiǎn)單，但試驗(yàn)研宄的設(shè)計(jì)理念和方法存在好些問(wèn)題，概括起 來(lái)有：
[0006] 1.沒(méi)有考慮界面上正應(yīng)力和滑動(dòng)摩擦力對(duì)應(yīng)變片測(cè)試精度的干擾。
[0007] 首先，應(yīng)變片有尺度，CFRP筋上應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)布置必須考慮應(yīng)變片的幾何尺寸，由 差分得到的粘結(jié)剪應(yīng)力會(huì)存在較大誤差；其次，混凝土裂縫和材料組分的隨機(jī)分布會(huì)影響 CFRP筋應(yīng)變的量測(cè)，界面剝離裂縫如果正好穿越應(yīng)變片標(biāo)距，裂縫的宏觀開(kāi)裂會(huì)導(dǎo)致測(cè)得 的應(yīng)變遠(yuǎn)大于臨近位置CFRP的應(yīng)變，而如果應(yīng)變片正好粘貼在某一塊粗骨料上，則測(cè)得 的應(yīng)變遠(yuǎn)小于正常的應(yīng)變真值。因此，即便梁體中各項(xiàng)參數(shù)完全一樣，不同試驗(yàn)測(cè)得的粘 結(jié)-滑移關(guān)系也會(huì)有較大差別；第三，界面上受到的正應(yīng)力和界面相對(duì)滑移對(duì)應(yīng)變片應(yīng)變 測(cè)試精度有影響。正應(yīng)力使應(yīng)變片受到擠壓，滑移產(chǎn)生的摩擦有可能使應(yīng)變片損壞或應(yīng)變 讀數(shù)加大。
[0008] 2.混淆CFRP-混凝土界面和CFRP-膠黏劑-混凝土界面。
[0009] 當(dāng)人們?cè)诨炷脸尚蜁r(shí)直接將CFRP筋置入混凝土中時(shí)，體系中將只存在CFRP筋 和混凝土兩種介質(zhì)和CFRP-混凝土一個(gè)界面，此時(shí)研宄界面的剪應(yīng)力和滑移量就是研宄CFRP-混凝土界面上的剪應(yīng)力和滑移量，人們很自然就想到以前是如何研宄鋼筋-混凝土 界面的剪應(yīng)力和滑移量的，并將二者加以對(duì)照；而當(dāng)混凝土構(gòu)件成型后，為加固混凝土構(gòu)件 而在其上開(kāi)槽再將CFRP筋通過(guò)結(jié)構(gòu)膠黏劑嵌入到混凝土構(gòu)件中時(shí)，體系中將存在CFRP筋、 膠黏劑和混凝土三種介質(zhì)和CFRP筋-膠黏劑、膠黏劑-混凝土兩個(gè)界面，此時(shí)研宄界面的 剪應(yīng)力和滑移量就是研宄CFRP-膠黏劑、膠黏劑-混凝土界面和CFRP筋-膠黏劑-混凝 土界面上的剪應(yīng)力和滑移量，現(xiàn)今有許多學(xué)者用預(yù)埋CFRP筋混凝土研宄CFRP-混凝土界面 的粘結(jié)性能，也用后嵌入CFRP筋混凝土來(lái)研宄CFRP-混凝土界面的粘結(jié)性能，顯然是混淆 了CFRP-混凝土界面和CFRP-膠黏劑-混凝土界面。研宄CFRP-混凝土界面特性就用預(yù)澆 CFRP混凝土試件，研宄CFRP筋-膠黏劑-混凝土界面就用膠黏劑嵌入CFRP混凝土試件，后 者與前者相比，多出了膠黏劑這種介質(zhì)。
[0010] 3.用簡(jiǎn)單拉拔試驗(yàn)代替彎曲拉拔試驗(yàn)。
[0011]在簡(jiǎn)單拉拔試驗(yàn)中，CFRP筋的拉力方向與CFRP-混凝土界面平行，界面的破壞屬 于純剪切破壞，而在實(shí)際工程應(yīng)用中，CFRP-混凝土界面的受力狀態(tài)并非純剪切狀態(tài)，通常 是帶有界面正應(yīng)力的復(fù)合受力狀態(tài)；在CFRP筋和界面滑移的量測(cè)上，在簡(jiǎn)單拉拔試驗(yàn)中 CFRP筋加載端的拉伸變形是自由的，拉伸變形的數(shù)量大小只受拉伸試驗(yàn)機(jī)加載夾具行程的 限制，界面的滑移量是沒(méi)有限定的，在界面破壞后還有可能產(chǎn)生CFRP筋和混凝土間的剛體 錯(cuò)位，而在實(shí)際工程中，嵌入在混凝土表層中的CFRP筋材，嵌入的目的就是要使筋材在混 凝土中受拉，筋材由于受外圍握裹混凝土的約束其拉伸變形是不自由的，且筋材的伸長(zhǎng)變 形會(huì)減緩粘結(jié)-滑移界面的粘結(jié)剪應(yīng)力，而粘結(jié)-滑移面的剪切滑移又會(huì)反過(guò)來(lái)減少筋材 中的拉應(yīng)力，筋材中的拉應(yīng)力的減少又會(huì)使其拉伸變形縮小而再次增加粘結(jié)-滑移面的粘 結(jié)剪應(yīng)力和界面的滑移量，這樣如此反復(fù)，最終達(dá)到筋材中力、變形、界面粘結(jié)剪應(yīng)力、界面 的滑移量的平衡和協(xié)調(diào)。不能用簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)代替彎曲拉拔試驗(yàn)。
[0012] 4.沒(méi)有考慮密集應(yīng)變片對(duì)界面特性的影響。
[0013]為更為精確的研宄界面特性，就要求在被測(cè)試件CFRP筋上密貼應(yīng)變片，而應(yīng)變片 主要是通過(guò)特定膠黏劑粘貼到CFRP筋上，應(yīng)變片貼上后還要做防潮處理，防潮層的存在一 是減薄了防潮層外結(jié)構(gòu)膠黏劑層的厚度，二是改變了界面的客觀特性，這樣勢(shì)必會(huì)造成對(duì) 界面特性的影響，應(yīng)變片貼得越多、越密，其對(duì)界面特性的影響越大，研宄時(shí)要想盡辦法克 服上述困難。
[0014]為此， 申請(qǐng)人:提出內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣及測(cè)量方法。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁 界面特性的測(cè)量試樣。
[0016] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量方法。
[0017] 本發(fā)明一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，所述試樣包括組合加強(qiáng) 筋，在所述組合加強(qiáng)筋斷面的中心，沿軸線方向設(shè)有一通槽；在所述通槽的內(nèi)壁上，沿通槽 軸線方向均布有應(yīng)變片。
[0018] 本發(fā)明一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，所述組合加強(qiáng)筋為碳纖維 增強(qiáng)塑料筋。
[0019] 本發(fā)明一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，所述通槽橫截面為正多邊 形、矩形、圓形中的一種。
[0020] 本發(fā)明一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，應(yīng)變片分兩排，以通槽的 軸線為對(duì)稱軸粘貼在通槽的內(nèi)壁上，同一排應(yīng)變片的位置處于沿通槽軸線方向的同一直線 上。
[0021] 本發(fā)明一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣的制備方法簡(jiǎn)述于下：沿兩 根CFRP筋在刨床上加工，得到兩個(gè)截面為半圓的CFRP筋條；在半圓條的剖面上，沿CFRP筋 條開(kāi)槽；在槽的一個(gè)側(cè)面粘貼應(yīng)變片或以槽的軸線為對(duì)稱軸，將兩排應(yīng)變片均勻粘貼在槽 的內(nèi)壁上，同一排應(yīng)變片的位置處于同一直線上；然后，將兩塊半圓的CFRP筋條重新膠結(jié) 為一個(gè)截面為圓形的組合CFRP筋條，并引出應(yīng)變片的導(dǎo)線。
[0022] 本發(fā)明一種基于內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣的加固混凝土梁界面 特性的測(cè)量方法，包括下述步驟：
[0023] 第一步：在混凝土梁拉區(qū)混凝土內(nèi)開(kāi)內(nèi)嵌槽，槽寬為20mm，深度也為20mm;清除槽 中的粉肩，用丙酮將混凝土表面擦洗干凈，確?；炷帘韺颖３指稍铮?br> [0024] 第二步：將內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣用丙酮擦洗干凈備用；
[0025] 第三步：將粘結(jié)劑注入清理干凈的混凝土槽中，將內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁界面特 性測(cè)量試樣嵌入槽中的膠粘劑中，應(yīng)變片的測(cè)量腳線通過(guò)通槽由組合加強(qiáng)筋的自由端引 出，抹平槽口，室溫環(huán)境條件下至少養(yǎng)護(hù)3天，得到內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁；
[0026] 第四步：將應(yīng)變片腳線連接到靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀上；對(duì)內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁 施加彎曲載荷，靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀實(shí)時(shí)記錄應(yīng)變片的數(shù)據(jù)ef。
[0027] 本發(fā)明一種基于內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣的加固混凝土梁界面 特性的測(cè)量方法，所述靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀為DH3818靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀。
[0028] 本發(fā)明一種基于內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣的加固混凝土梁界面 特性的測(cè)量方法，根據(jù)靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀記錄的應(yīng)變片的數(shù)據(jù)ef，計(jì)算相鄰兩應(yīng)變片的 應(yīng)變差A(yù)ef，按式（1)計(jì)算得到組合加強(qiáng)筋與膠黏劑界面的剪應(yīng)力t;

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，其特征在于：所述試樣包括組合加 強(qiáng)筋，在所述組合加強(qiáng)筋斷面的中心，沿軸線方向設(shè)有一通槽；在所述通槽的內(nèi)壁上，沿通 槽軸線方向均布有應(yīng)變片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，其特征在 于：所述組合加強(qiáng)筋為碳纖維增強(qiáng)塑料筋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，其特征在 于：所述通槽橫截面為正多邊形、矩形、圓形中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣，其特征在 于：應(yīng)變片分兩排，以通槽的軸線為對(duì)稱軸粘貼在通槽的內(nèi)壁上，同一排應(yīng)變片的位置處于 沿通槽軸線方向的同一直線上。
5. 制備如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的一種內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試 樣的方法，其特征在于：用兩根CFRP筋在刨床上加工，得到兩個(gè)截面為半圓的CFRP筋條； 在半圓條的剖面上，沿CFRP筋條開(kāi)槽；在槽的一個(gè)側(cè)面粘貼應(yīng)變片或以槽的軸線為對(duì)稱 軸，將兩排應(yīng)變片均勻粘貼在槽的內(nèi)壁上，同一排應(yīng)變片的位置處于同一直線上；然后，將 兩塊半圓的CFRP筋條重新膠結(jié)為一個(gè)截面為圓形的組合CFRP筋條，并引出應(yīng)變片的導(dǎo)線。
6. -種基于內(nèi)嵌筋加固混凝土梁界面特性的測(cè)量試樣的加固混凝土梁界面特性的測(cè) 量方法，包括下述步驟： 第一步：在混凝土梁拉區(qū)混凝土內(nèi)開(kāi)內(nèi)嵌槽，槽寬為20mm，深度也為20mm; 第二步：將粘結(jié)劑注入清理干凈的混凝土槽中，將內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁界面特性測(cè) 量試樣嵌入槽中的膠粘劑中，應(yīng)變片的測(cè)量腳線通過(guò)通槽由組合加強(qiáng)筋的自由端引出，抹 平槽口，室溫環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)，得到內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁； 第三步：將應(yīng)變片腳線連接到靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀上；對(duì)內(nèi)嵌筋材加固混凝土梁施加 彎曲載荷，靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀實(shí)時(shí)記錄應(yīng)變片的數(shù)據(jù)εf。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于：所述靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀為DH3818 靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于：根據(jù)靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀記錄的應(yīng) 變片的數(shù)據(jù)ef，計(jì)算相鄰兩應(yīng)變片的應(yīng)變差Λef，按式（1)計(jì)算得到組合加強(qiáng)筋與膠黏劑 界面的剪應(yīng)力τ; 式（1)中，
Ef為組合加強(qiáng)筋的彈性模量， 4為組合加強(qiáng)筋的直徑， ΛX為相鄰兩應(yīng)變片的間距， Λef為相鄰兩應(yīng)變片的應(yīng)變差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量方法，其特征在于：根據(jù)靜態(tài)應(yīng)變自動(dòng)采集儀記錄的應(yīng) 變片的數(shù)據(jù)ef，按式（2)積分得到組合加強(qiáng)筋與膠黏劑界面的相對(duì)滑移量S， S= /εfdx......(2) 〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量方法，其特征在于：根據(jù)組合加強(qiáng)筋與膠黏劑界面的相 對(duì)滑移量S，得到粘結(jié)-滑移曲線。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104458384SQ201410815827
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】任振華, 曾憲桃 申請(qǐng)人:湖南工程學(xué)院