本實(shí)用新型涉及建筑筋材拉拔試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在高腐蝕性環(huán)境下，利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋(FRP筋)替代傳統(tǒng)的易銹蝕鋼筋，將會(huì)大幅提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的服役年限，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)全壽命周期成本的最小化。FRP筋與混凝土之間的有效粘結(jié)是保證其與混凝土協(xié)同工作、共同受力的關(guān)鍵因素。FRP筋的表面形貌特性與普通鋼筋不同，其與混凝土之間的粘結(jié)性能需要大量的理論和試驗(yàn)研究。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)筋材與混凝土界面粘結(jié)性能最常用的測(cè)試方法為中心拉拔試驗(yàn)。中心拉拔試驗(yàn)的試件制作及試驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果便于分析，而且對(duì)FRP筋外形特征的變化也比較敏感，因此中心拉拔試驗(yàn)長(zhǎng)期以來用作對(duì)筋材粘結(jié)性能進(jìn)行研究的基本試驗(yàn)方法。然而，中心拉拔試驗(yàn)中，混凝土處于受壓的應(yīng)力狀態(tài)，與實(shí)際結(jié)構(gòu)中混凝土所處的應(yīng)力狀態(tài)有明顯差異。在實(shí)際房屋結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)RP筋代替鋼筋作為梁底受拉筋，其周圍混凝土處于彎曲拉應(yīng)力和剪力的共同作用下。這使得中心拉拔的測(cè)試結(jié)果不能很好的反應(yīng)實(shí)際情況，具有一定的局限性。

針對(duì)上述中心拉拔試驗(yàn)中的缺陷，有學(xué)者提出了采用梁式拉拔試驗(yàn)。但是，梁式拉拔試驗(yàn)加載裝置復(fù)雜，試件制作復(fù)雜，測(cè)試效率不高。而且，在梁下彎撓曲的過程中，F(xiàn)RP筋的加載端、自由端存在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，嚴(yán)重影響滑移值的精確測(cè)量。另外，筋材拉拔力需要通過換算公式得出，不夠直觀和精確。而且，由于需要在純彎端內(nèi)置一個(gè)鋼制絞，當(dāng)試驗(yàn)研究FRP筋與混凝土界面粘結(jié)耐久性能，需要將試件放置在加速腐蝕性環(huán)境中時(shí)，鋼制絞的防腐蝕處理也是一個(gè)難題。

由上可知，在研究FRP筋與混凝土的粘結(jié)性能試驗(yàn)中，現(xiàn)有試驗(yàn)方法存在上述諸多現(xiàn)實(shí)問題，阻礙了FRP筋與混凝土粘結(jié)性能的研究。因此，研制既能方便高效、又能考慮到混凝土的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)的拉拔試驗(yàn)裝置具有重要的應(yīng)用價(jià)值，能夠有效推進(jìn)FRP筋作為梁底受拉筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的一種考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置，包括外框，外框內(nèi)設(shè)置有混凝土塊，混凝土塊內(nèi)自上而下穿有FRP筋，F(xiàn)RP筋上端連接自由端位移計(jì)；外框的底板下方通過多根螺桿連接萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)，在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上設(shè)置有拉拔力測(cè)試荷載傳感器，F(xiàn)RP筋的下端穿過該拉拔力測(cè)試荷載傳感器后，被萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭連接加載端位移計(jì)；外框一側(cè)設(shè)有托架，在托架上設(shè)有千斤頂，千斤頂?shù)幕钊麠U通過連接螺桿連接測(cè)試水平力的荷載傳感器，測(cè)試水平力的荷載傳感器連接加載棒，加載棒與混凝土塊側(cè)面連接，混凝土塊另一側(cè)與外框連接。

其中，混凝土塊另一側(cè)通過一組支座柱與外框內(nèi)側(cè)連接。

其中，加載棒由兩根圓鋼棒組成，其中一根兩端都帶有螺紋，另一根中部有內(nèi)螺紋，兩根圓鋼棒呈T型連接，中部有內(nèi)螺紋的圓鋼棒作用于混凝土塊，兩端都帶有螺紋圓鋼棒另一端連接測(cè)試水平力的荷載傳感器。

其中，在混凝土塊與底板之間設(shè)有定位安裝用臨時(shí)鋼棒與反力鋼棒，臨時(shí)鋼棒用于架設(shè)混凝土塊時(shí)起到穩(wěn)定作用，當(dāng)開始進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)時(shí)撤除，反力鋼棒作為混凝土塊在下方的支撐點(diǎn)，使混凝土塊能夠繞其在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

其中，螺桿可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，在試驗(yàn)機(jī)開始拉拔前，四根螺桿起到支撐鋼制反力架系統(tǒng)的作用，當(dāng)開始試驗(yàn)時(shí)，調(diào)短螺桿的長(zhǎng)度，外框由拉拔力測(cè)試荷載傳感器支撐。

其中，F(xiàn)RP筋與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭連接的端部包裹有鋁片。

其中，支座柱的端部焊接一個(gè)圓鋼棒，形成可轉(zhuǎn)動(dòng)支座，支座柱的端部并排焊接兩根圓鋼棒形成一個(gè)不可轉(zhuǎn)動(dòng)支座，為混凝土塊在水平彎剪力作用下可以發(fā)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型的考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置，在使用時(shí)包括以下步驟：

(1)澆筑混凝土塊試件；澆筑時(shí)，F(xiàn)RP筋與混凝土塊的非粘結(jié)段采用PVC套管隔離；

(2)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板依次放置鋼墊板、荷載傳感器和外框，此時(shí)外框與荷載傳感器脫開，外框通過與底板連接的螺桿支撐于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板上；

(3)將混凝土塊安置進(jìn)外框內(nèi)，F(xiàn)RP筋下端依次穿過外框的底板、荷載傳感器、鋼墊板、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板，另一端穿過鋼制反力架頂部，在混凝土塊與底板間放置臨時(shí)鋼棒和反力鋼棒；

(4)在外框側(cè)面設(shè)置托架，在鋼制托架上安放并依次組裝千斤頂、連接螺桿、荷載傳感器、加載棒，加載棒與混凝土塊的側(cè)面接觸；

(5)通過千斤頂對(duì)混凝土塊施加一個(gè)初始預(yù)緊力，然后撤除臨時(shí)鋼棒；

(6)通過千斤頂對(duì)偏心混凝土塊施加指定的荷載值；

(7)調(diào)整外框的位置，保證FRP筋在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的拉力軸線上，避免偏心；

(8)擰動(dòng)調(diào)整各個(gè)螺桿，使得底板與荷載傳感器接觸，在接觸后，繼續(xù)擰動(dòng)螺桿使其脫離萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板一定距離；

(9)安裝自由端位移計(jì)和加載端位移計(jì)，將加載端FRP筋用鋁片包裹并用試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持；然后，將自由端位移計(jì)、荷載傳感器和加載端位移計(jì)與數(shù)據(jù)采集儀連接，設(shè)定萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載速度，開始測(cè)試。

有益效果：本實(shí)用新型的一種考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)在保有中心拉拔試驗(yàn)試件制作方便、試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型使得在試驗(yàn)過程中FRP筋的受力與實(shí)際工程中FRP筋的受力情況相吻合，拉拔試驗(yàn)結(jié)果更有說服力；

(2)相比于梁式拉拔試驗(yàn)，本試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單高效，拉拔力和加載端、自由端滑移值測(cè)量準(zhǔn)確，混凝土塊的制作簡(jiǎn)單，不需要額外制作鋼絞，混凝土塊可以直接放置在加速腐蝕性環(huán)境中，可以開展FRP筋與混凝土界面粘結(jié)的耐久性試驗(yàn)；

(3)試驗(yàn)中混凝土塊體中耦合的彎剪應(yīng)力可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，能夠測(cè)試不同彎剪應(yīng)力水平下的粘結(jié)性能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的整套試驗(yàn)系統(tǒng)的正面視圖；

圖2為本實(shí)用新型的鋼制反力架的正面視圖；

圖3為本實(shí)用新型的鋼制反力架的左視圖；

圖4為圖3中1-1剖面視圖；

圖5為圖3中2-2剖面視圖；

圖6為圖3中3-3剖面視圖；

圖7為彎剪應(yīng)力施加系統(tǒng)的各部件的俯視圖；

圖8為本實(shí)用新型的FRP筋偏心拉拔試塊所處受力狀態(tài)的示意圖。

圖中：1-外框，2-底板，3-螺桿，4-托架，5-加載棒，6-荷載傳感器，7-連接螺桿，8-千斤頂，9-臨時(shí)鋼棒，10-反力鋼棒，11-鋼墊板，12-自由端位移計(jì)，13-荷載傳感器，14-加載端位移計(jì)，15-萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板，16-試驗(yàn)機(jī)夾頭，17-混凝土塊，18-FRP筋，19-PVC套管，20-鋁薄片，21-圓鋼棒1，22-鋼板，23-雙圓鋼棒支座，24-單圓鋼棒支座，25-圓鋼棒2，26-槽型托架，27-鋼筋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的一種考慮彎剪應(yīng)力影響的FRP筋偏心拉拔試驗(yàn)裝置，包括鋼制反力架系統(tǒng)、彎剪應(yīng)力施加系統(tǒng)、以及拉拔力和筋材滑移測(cè)量系統(tǒng)；如圖2所示，鋼制反力架系統(tǒng)包括矩形的鋼制外框1、底板2、螺桿3、鋼制托架4。如圖7所示，彎剪應(yīng)力施加系統(tǒng)由鋼制T型的加載棒5，測(cè)試水平力的荷載傳感器6，連接螺桿7和千斤頂8依次連接組成并放置在托架4上，用于對(duì)混凝土塊17施加水平力，從而使得混凝土塊17內(nèi)產(chǎn)生彎剪應(yīng)力，用于模擬實(shí)際情況。如圖1所示，拉拔力和筋材滑移測(cè)量系統(tǒng)由內(nèi)置于外框1內(nèi)的混凝土塊17、自由端位移計(jì)12、加載端位移計(jì)14、拉拔力測(cè)試荷載傳感器13以及萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭16組成。

如圖1所示，在混凝土塊17與鋼制反力架底板2之間設(shè)置有定位安裝用臨時(shí)鋼棒9與反力鋼棒10。其中臨時(shí)鋼棒9用于架設(shè)混凝土塊17時(shí)起到穩(wěn)定作用，當(dāng)開始進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)時(shí)撤除。反力鋼棒10為混凝土塊體提供一個(gè)微小的轉(zhuǎn)動(dòng)空間。

如圖2，3，6所示，螺桿3可伸縮，在試驗(yàn)機(jī)開始拉拔前，四根螺桿3起到支撐外框1的作用。當(dāng)開始試驗(yàn)時(shí)，調(diào)短螺桿3的長(zhǎng)度，外框1由拉拔力測(cè)試荷載傳感器13支撐。

如圖1所示，因?yàn)镕RP筋的橫向抗剪強(qiáng)度弱，為了防止被試驗(yàn)機(jī)夾頭咬斷，F(xiàn)RP筋18與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭16連接的端部包裹有薄鋁片20，也可以采用鋼管外套筒套在FRP筋18端部后再用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)夾頭16夾住。

如圖2、4、5所示，支座柱21的端部焊接一個(gè)圓鋼棒24，形成可轉(zhuǎn)動(dòng)支座，支座柱25的端部并排焊接兩根圓鋼棒23形成一個(gè)不可轉(zhuǎn)動(dòng)支座，形成類似混凝土梁的簡(jiǎn)支加載形式，使得混凝土塊14在水平彎剪力作用下可以發(fā)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。

一根圓鋼棒與混凝土塊表面接觸時(shí)，是鉸接支座，兩根并排放置時(shí)是兩點(diǎn)接觸，相當(dāng)于平面接觸。鉸接觸時(shí)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，面接觸不可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖2和圖4所示，在鋼制矩形外框1與支座柱21、25間設(shè)置有一塊鋼板22用于提高外框1的剛度。

如圖7所示，加載棒5由兩根圓鋼棒組成，其中一根兩端都帶有螺紋，另一根中部有內(nèi)螺紋，兩根圓鋼棒T型連接，中部有內(nèi)螺紋的圓鋼棒作用于混凝土塊17，兩端都帶有螺紋圓鋼棒另一端連接測(cè)試水平力的荷載傳感器6。連接螺桿7的兩端都帶螺紋，分別與千斤頂8和測(cè)試水平力的荷載傳感器6連接。

如圖8所示，混凝土塊17內(nèi)配置的鋼筋27，用于防止混凝土塊脆性破壞。圖8所示為混凝土塊所處的實(shí)際受力狀態(tài)，F(xiàn)RP筋18處于拉拔力和彎剪力的共同作用下。

本實(shí)用新型的裝置在使用時(shí)，可以通過以下步驟實(shí)施：

(1)澆筑混凝土塊17試件；澆筑時(shí)，F(xiàn)RP筋18與混凝土塊17的非粘結(jié)段采用PVC套管19隔離；

(2)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板15依次放置鋼墊板11、荷載傳感器13和外框1，此時(shí)外框1與荷載傳感器13脫開，外框1通過與底板2連接的螺桿3支撐于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板15上，鋼墊板11用于增大載荷傳感器13與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板15之間的接觸面積；

(3)將混凝土塊17安置進(jìn)外框1內(nèi)，F(xiàn)RP筋18下端依次穿過外框1的底板2、荷載傳感器13、鋼墊板11、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板15，另一端穿過鋼制反力架頂部，在混凝土塊17與底板2間放置臨時(shí)鋼棒9和反力鋼棒10；

(4)在外框1側(cè)面焊接托架4，在鋼制托架4上安放并依次組裝千斤頂8、連接螺桿7、荷載傳感器6、加載棒5，加載棒5與混凝土塊17的側(cè)面接觸；

(5)通過千斤頂8對(duì)混凝土塊17施加一個(gè)初始預(yù)緊力，然后，撤除臨時(shí)鋼棒9；

(6)通過千斤頂8對(duì)偏心混凝土塊17施加指定的荷載值；

(7)調(diào)整外框1的位置，保證FRP筋18在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的拉力軸線上，避免偏心；

(8)擰動(dòng)調(diào)整各個(gè)螺桿3，使得底,2與荷載傳感器13接觸，在接觸后，繼續(xù)擰動(dòng)螺桿3使其脫離萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)頂板15一定距離；

(9)安裝自由端位移計(jì)12和加載端位移計(jì)14，將加載端FRP筋18用鋁片20包裹并用試驗(yàn)機(jī)夾頭16夾持；然后，將自由端位移計(jì)12、荷載傳感器13和加載端位移計(jì)14與數(shù)據(jù)采集儀連接，設(shè)定萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載速度，開始測(cè)試。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。