一種“cfrp-膠層-鋼”粘結(jié)性能的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及碳纖維復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié) 性能的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CFRP(碳纖維復(fù)合材料)具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，近幾年來 逐漸被應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)就是在鋼結(jié)構(gòu)薄弱部位的表面粘貼CFRP材 料，通過膠層的粘結(jié)作用使一部分載荷傳遞到CFRP上，從而改善粘貼處的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到修 復(fù)加固的目的。
[0003] 由CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的工藝特點(diǎn)可知，加固后的力學(xué)薄弱環(huán)節(jié)是"CFRP-膠層-鋼"粘 結(jié)界面。研究表明，"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面受力情況復(fù)雜，但分析時(shí)可簡化為垂直于粘結(jié) 界面的正向應(yīng)力和平行于粘結(jié)界面的剪切應(yīng)力。經(jīng)CFRP加固后的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到的正向應(yīng) 力或剪切應(yīng)力過大時(shí)，都有可能引起粘結(jié)界面的破壞，造成加固失效。在針對CFRP加固鋼結(jié) 構(gòu)的研究中，如何通過實(shí)驗(yàn)測量"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞時(shí)的極限應(yīng)力值顯得尤為重 要。目前，國內(nèi)外學(xué)者往往是通過制作粘結(jié)試件，再利用疲勞試驗(yàn)機(jī)(或者拉伸試驗(yàn)機(jī))進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)測量的。運(yùn)種測量方法存在的不足之處在于：尚沒有?？诘挠糜跍y量乂FRP-膠層-鋼" 粘結(jié)性能的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，若利用疲勞試驗(yàn)機(jī)等大型設(shè)備，存在設(shè)備復(fù)雜、成本高、不易 獲得等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中難W測試乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)性 能的缺陷，提供一種測試快速，且成本較低的"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 本發(fā)明提供一種"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法，包括W下步驟：
[0007] S1、根據(jù)測量需要，選擇相應(yīng)的CFRP測頭和鋼測頭，并將其安裝在極限粘結(jié)應(yīng)力測 量裝置的測柄上，在兩測頭之間涂抹膠層形成"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面；
[000引S2、啟動(dòng)極限粘結(jié)應(yīng)力測量裝置，拉力滑塊低速滑動(dòng)，彈黃被拉伸帶動(dòng)移動(dòng)測柄， 彈黃拉力逐漸增大直到造成乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞，實(shí)時(shí)測量移動(dòng)測柄和拉力滑塊 之間的距離，即彈黃的長度，并繪制"長度-時(shí)間"的關(guān)系曲線；
[0009] S3、得到"長度-時(shí)間"關(guān)系曲線的突變點(diǎn)，根據(jù)彈黃初始長度和突變點(diǎn)對應(yīng)的彈黃 長度計(jì)算極限粘結(jié)應(yīng)力。
[0010] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S3中包括正向極限應(yīng)力的計(jì)算方法，其計(jì)算公式為：
[0011]
[001 ^ 其中，0表示"CFRP-膠層-娜'粘結(jié)界面破壞時(shí)的正向極限應(yīng)力，單位MPa，k表示彈 黃的勁度系數(shù)，單位N/mm，l0表示彈黃的初始長度，單位為mm，h表示粘結(jié)界面破壞時(shí)的彈黃 長度，單位為mm，S表示測頭的橫截面積，單位為mm2。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S3中包括剪切極限應(yīng)力的計(jì)算方法，其計(jì)算公式為：
[0014]
[001引其中，τ表示"CFRP-膠層-娜'粘結(jié)界面破壞時(shí)的剪切極限應(yīng)力，單位MPa，k表示彈 黃的勁度系數(shù)，單位N/mm，l0表示彈黃的初始長度，單位為mm，h表示粘結(jié)界面破壞時(shí)的彈黃 長度，單位為mm，S表示測頭的橫截面積，單位為mm2。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S1中的CFRP測頭和鋼測頭有多個(gè)，通過定制不同彈性模 量的CFRP測頭，進(jìn)行CFRP彈性模量對"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能影響的測試;通過定制不同 表面粗糖度的鋼測頭，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)表面粗糖度對"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能影響的測試。 [0017]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法，通過 動(dòng)力系統(tǒng)逐漸拉伸皮帶，實(shí)時(shí)記錄下滑動(dòng)測柄和拉力滑塊之間的距離，直到乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞后，繪制"長度-時(shí)間"的關(guān)系曲線，根據(jù)突變點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)合計(jì)算公式得出 "CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞時(shí)的極限應(yīng)力;本方法測量原理清晰、測量速度快，利用的裝 置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，便于實(shí)驗(yàn)室W較少的資金獲得，無需借助疲勞試驗(yàn)機(jī)等大型復(fù)雜設(shè)備 實(shí)驗(yàn)。
【附圖說明】
[0018]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的"CFRP-膠層-鄉(xiāng)'粘結(jié)性能的測量方法的流程圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量裝置的測頭的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法的"長度-時(shí)間"關(guān)系 曲線圖；
[002；3]圖中，1-機(jī)架，2-底板，3-密封罩，4-導(dǎo)軌，5-測頭，6-緊固卡環(huán)，7-第二移動(dòng)測柄， 8-測距儀，9-彈黃，10-第二拉力滑塊，11-皮帶，12-第一拉力滑塊，13-第一移動(dòng)測柄，14-固 定測柄。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[002引如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法，包括W下步 驟：
[0026] S1、根據(jù)測量需要，選擇相應(yīng)的CFRP測頭和鋼測頭，并將其安裝在極限粘結(jié)應(yīng)力測 量裝置的測柄上，在兩測頭之間涂抹膠層形成"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面；
[0027] S2、啟動(dòng)極限粘結(jié)應(yīng)力測量裝置，拉力滑塊低速滑動(dòng)，彈黃被拉伸帶動(dòng)移動(dòng)測柄， 彈黃拉力逐漸增大直到造成乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞，實(shí)時(shí)測量移動(dòng)測柄和拉力滑塊 之間的距離，即彈黃的長度，并繪制"長度-時(shí)間"的關(guān)系曲線；
[0028] S3、得到"長度-時(shí)間"關(guān)系曲線的突變點(diǎn)，根據(jù)彈黃初始長度和突變點(diǎn)對應(yīng)的彈黃 長度計(jì)算極限粘結(jié)應(yīng)力。
[0029] 步驟S3中包括正向極限應(yīng)力和剪切極限應(yīng)力的計(jì)算方法，正向極限應(yīng)力的計(jì)算公 式為：
[0030]
[00川其中，0表示乂FRP-膠層-娜'粘結(jié)界面破壞時(shí)的正向極限應(yīng)力，單位MPa，k表示彈 黃的勁度系數(shù)，單位N/mm，l0表示彈黃的初始長度，單位為mm，h表示粘結(jié)界面破壞時(shí)的彈黃 長度，單位為mm，S表示測頭的橫截面積，單位為mm2。
[0032] 剪切極限應(yīng)力的計(jì)算公式為：
[0033]
[0034] 其中，τ表示乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)界面破壞時(shí)的剪切極限應(yīng)力，單位MPa,k表示彈 黃的勁度系數(shù)，單位N/mm，l〇表示彈黃的初始長度，單位為mm，h表示粘結(jié)界面破壞時(shí)的彈黃 長度，單位為mm，S表示測頭的橫截面積，單位為mm2。
[0035] 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的乂FRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量裝置用于實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明實(shí)施例的"CFRP-膠層-鋼"粘結(jié)性能的測量方法，包括支撐部分、測量部分和動(dòng)力部分；
[0036] 支撐部分包括兩根平行設(shè)置的導(dǎo)軌4,記作第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌;支撐部分還包括 機(jī)架1和設(shè)置在機(jī)架1上的底板2，導(dǎo)軌4設(shè)置在底板2上；
[0037] 測量部分包括：
[0038] 設(shè)置在第一導(dǎo)軌上的固定測柄14、第一移動(dòng)測柄13和第一拉力滑塊12;固定測柄 14和第一移動(dòng)測柄13相對的面上分別設(shè)置有一個(gè)圓柱形凸臺(tái)，固定測柄14在面向第二導(dǎo)軌 的面上還設(shè)置有一個(gè)圓柱形凸臺(tái)，第一移動(dòng)測柄13與第一拉力滑塊12之間通過彈黃9連接， 第一