本發(fā)明涉及一種frp片材外貼加固混凝土構件加固性能測試技術，尤其是一種frp與混凝土粘結性能的測試技術，具體說是一種針對沖擊荷載作用下測量frp與混凝土粘結性能的試驗裝置及其試驗方法。

背景技術：

混凝土結構隨著使用時間的增加，不可避免的發(fā)生老化或者結構損傷，容易出現裂縫。纖維增強復合材料（fiberreinforcedpolymer，簡稱frp）因其耐腐蝕性，輕質高強等優(yōu)點，被廣泛用于混凝土及其他結構的加固。其中，外貼frp片材的加固方法，施工便捷，加固效果明顯，被廣泛應用。大量試驗證明，frp和混凝土結構共同受力的過程中，往往不是frp材料被拉斷破壞，而是由于frp-混凝土界面強度不足導致的剝離破壞。

加固后的結構，仍然可能承受多種形式的動荷載作用，如地震、爆炸、撞擊等。由于frp和混凝土都是應變率敏感性材料，在動荷載作用下，材料和結構將表現出與靜態(tài)不同的力學行為。因此，frp和混凝土界面的粘結性能在動荷載作用下將和靜荷載作用下有所區(qū)別。

目前，對動荷載作用下，受材料應變率效應影響，frp-混凝土粘結性能的試驗研究還比較少，主要的試驗裝置還是傳統(tǒng)的剪切裝置（單面剪切試驗、雙面剪切試驗）。而剪切試驗很難解決試件的對中、夾具滑移和試件錨固等問題，同時，針對沖擊荷載，傳統(tǒng)剪切試驗裝置不易加載，難以達到高應變率。目前缺乏結構簡單，安裝方便的能測量較高應變率下的frp與混凝土粘結性能試驗裝置。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是針對現有的試驗裝置的局限性和試驗技術存在的不足，提出一種能測量沖擊荷載作用下，frp與混凝土界面粘結性能的試驗裝置及其試驗方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種沖擊荷載作用下測量frp與混凝土粘結性能的試驗裝置，包括試件1，所述試件1為矩形混凝土小梁，所述試件1中間預留縫隙，兩根鋼筋3縱向貫穿其受壓區(qū)；試件1內部配置一定數量的箍筋6；試件1的受拉區(qū)底面沿預留縫對稱地粘貼frp片材ⅰ2，其中一側底面在原有frp片材ⅰ2上再粘貼和底面寬度相同的frp片材ⅱ7，另一側為測試端，其底面在frp片材ⅰ2表面粘貼應變片；在預留縫隙上對稱的放置鋼墊塊4，由落錘施加沖擊荷載，試件1兩側對稱支撐在支座上，落錘和兩個支座分別連接力傳感器。

進一步的，所述試件1的預留縫隙沿試件1中間橫截面貫穿其間，且預留縫隙寬度為5mm。

進一步的，所述鋼筋3縱向貫穿試件1并且兩端各伸出25mm，其直徑保證frp-混凝土界面的破壞發(fā)生在鋼筋3屈服之前，并且在試件1的制備過程中能承受自重，不發(fā)生塑性變形。

進一步的，所述箍筋6的位置及數量根據試件1不發(fā)生剪切破壞的要求設置。

進一步的，所述frp片材ⅰ2的寬度小于frp片材ⅱ7的寬度，測試端的frp片材ⅰ2的粘結長度必須達到靜力作用下有效粘結長度的要求。

利用上述試驗裝置測量沖擊荷載作用下frp與混凝土粘結性能的試驗方法，包括以下步驟：

a試件1的制備：首先在混凝土小梁的模具中間放入5mm厚的擋板形成預留縫隙，預留縱向放置鋼筋3的孔洞，放入綁好的鋼筋骨架后澆筑混凝土，振搗密實后養(yǎng)護，脫模后對試件1底面用高壓水槍噴射清理，保證試件1底面平整，直到露出骨料，然后在底面上沿預留縫隙對稱地粘貼frp片材ⅰ2，再在一側frp片材上粘貼和混凝土梁底面一樣寬的frp片材ⅱ7，保證粘結失效發(fā)生在另一側，最后，在測試端的frp片材ⅰ2上從中向端部等間距粘貼應變片5；

b試驗裝置安裝：將試件1對稱鉸接固定在支座上，在預留縫隙上對稱放置鋼墊板4，預留縫隙位于加載裝置的落錘正下方，在落錘以及兩個支座上分別連接好力傳感器，安裝高速攝像機，保證能觀察整個frp-混凝土的粘結界面并記錄整個試件1受力過程，最后將力傳感器和應變片5與數據記錄儀相連；

c試驗：先估算frp-混凝土界面粘結破壞荷載并由此確定落錘下落高度，再檢查應變片5和力傳感器能否正常工作，調試好設備后將落錘升到指定高度，打開高速攝像機，釋放落錘，通過落錘上的力傳感器得到第一次沖擊的最大荷載和作用時間，通過數據記錄儀記錄測試端的frp片材ⅰ2不同位置的應變，得到破壞時測試端的frp片材ⅰ2的最大應變和最大應力，通過高速攝像機觀察破壞過程和破壞模式，試驗完成。

其中所述測試端的frp片材ⅰ2的粘貼長度需滿足有效粘貼長度要求，即：

其中，為有效粘貼長度，為frp片材ⅰ2的彈性模量，為frp片材ⅰ2片材的厚度，為混凝土抗壓強度。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的試驗裝置結構簡單，所需材料及儀器少，同時，試驗方法原理明確，加載方式簡單并且能達到較高應變率。可以利用該裝置比較準確的測量fpr-混凝土界面在沖擊荷載作用下的粘結性能，觀察破壞現象分析破壞模式，便于分析不同應變率效應對界面性能的影響。此外，利用該試驗裝置獲得的數據還可以為數值分析中快速荷載作用下frp-混凝土界面黏結滑移模型的建立提供理論依據。

附圖說明

圖1是本發(fā)明試驗裝置的正立面示意圖；

圖2是本發(fā)明試驗裝置的底面示意圖；

圖3是本發(fā)明試驗裝置的縱向截面示意圖；

圖4是本發(fā)明試驗裝置的橫向截面示意圖；

圖中：1–試件，2-frp片材ⅰ，3-縱向鋼筋，4-鋼墊塊，5-應變片，6-箍筋，7-frp片材ⅱ。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：一種沖擊荷載作用下測量frp與混凝土粘結性能的試驗裝置，包括試件1，所述試件1為矩形混凝土小梁，所述試件1中間預留縫隙，兩根鋼筋3縱向貫穿其受壓區(qū)；試件1內部配置一定數量的箍筋6；試件1的受拉區(qū)底面沿預留縫對稱地粘貼frp片材ⅰ2，其中一側底面在原有frp片材ⅰ2上再粘貼和底面寬度相同的frp片材ⅱ7，另一側為測試端，其底面在frp片材ⅰ2表面粘貼應變片；在預留縫隙上對稱的放置鋼墊塊4，由落錘施加沖擊荷載，試件1兩側對稱支撐在支座上，落錘和兩個支座分別連接力傳感器。

實施例2：試件1的混凝土強度等級為c30，梁的截面尺寸采用800mm×100mm×150mm，預留縫沿跨中橫截面貫穿全梁，優(yōu)選的，其寬度為5mm；所述的frp片材ⅰ2，優(yōu)選的，采用cfrp（碳纖維增強復合材料）片材，一塊尺寸為600mm×50mm，厚1.4mm，frp片材ⅱ7尺寸為300mm×100mm，厚1.4mm，較窄的一塊對稱的粘貼在梁底預留縫兩側，較寬的一塊粘在其中一側的frp片材ⅰ2上；受壓區(qū)兩根鋼筋3縱向貫穿混凝土梁并且兩端各伸出25mm，便于試驗中對梁的移動，為保證試驗時frp-混凝土界面的破壞發(fā)生在鋼筋屈服之前，并且在試件的制備過程中能承受試件自重，不發(fā)生塑性變形，優(yōu)選的，鋼筋3采用直徑為12mm的hrb500的帶肋鋼筋；對于該試件1需保證其斜截面承載力，確保其不發(fā)生斜截面受剪破壞，按混凝土結構受彎構件斜截面承載力計算和構造要求設置箍筋6的位置及數量，如圖3-4所示，優(yōu)選的，箍筋6形式采用開口式，將兩根鋼筋3包圍起來，直徑為6mm，梁跨中兩側箍筋距離預留縫25mm，箍筋間距為65mm，由跨中向梁兩端均勻設置；根據《混凝土結構設計規(guī)范》，混凝土強度等級為c30時，混凝土保護層厚度即鋼筋3表面距離試件1上表面的距離采用25mm；在梁跨中縫隙上對稱放置鋼墊塊4，優(yōu)選的，尺寸為100mm×100mm，均分沖擊荷載到梁兩側。

混凝土梁兩側對稱支撐在鉸支座上，并在支座和落錘上都安裝力傳感器；測試端的frp片材ⅰ2的粘結長度必須達到靜力作用下有效粘結長度的要求。

式中，為frp片材ⅰ2有效粘貼長度，為frp片材ⅰ2的彈性模量，為frp片材ⅰ2片材的厚度，為混凝土抗壓強度，其中混凝土抗壓強度測試時采用圓柱體試件，由試驗測得，優(yōu)選的，，，，，而本實施例中實際粘結長度為，即滿足了靜力作用下有效粘接長度的要求。

實施例3：采用實施例1的試驗裝置測量沖擊荷載作用下frp與混凝土粘結性能的試驗方法，包括如下步驟：

(a)試件的制備：首先在混凝土小梁的模具中間放入5mm厚的擋板（預留縱向鋼筋孔洞）形成預留縫，放入綁好的鋼筋骨架后澆筑混凝土，振搗密實后養(yǎng)護，脫模后對試件底面用高壓水槍噴射清理，直到露出骨料，保證試件底面平整，然后在底面上沿預留縫對稱地粘貼較窄的frp片材ⅰ2，再在一側frp片材ⅰ2上粘貼和混凝土梁底面一樣寬的frp片材ⅱ7，保證粘結失效發(fā)生在另一側，最后，在試驗一側的frp片材ⅰ2上從跨中向端部等間距粘貼應變片5，其中，試驗一側frp片材ⅰ2的粘貼長度需滿足frp有效粘貼長度要求；

(b)試驗裝置安裝：將試件1對稱鉸接固定，在縫隙上對稱放置鋼墊板4，縫隙位于加載裝置的落錘正下方，在落錘以及兩個支座上分別連接好力傳感器，安防好高速攝像機，保證能較好觀察整個frp-混凝土的粘結界面并記錄整個試件受力過程，最后將力傳感器和應變片5與數據記錄儀相連；

(c)試驗：如圖4所示，先估算frp-混凝土界面粘結破壞荷載并由此確定落錘下落高度，再檢查應變片5和力傳感器能否正常工作，調試好設備后將落錘升到指定高度，打開高速攝像機，釋放落錘，通過落錘上的力傳感器得到第一次沖擊的最大荷載和作用時間，通過數據記錄儀記錄的frp不同位置的應變，得到破壞時frp的最大應變和最大應力，通過高速攝像機觀察破壞過程和破壞模式，試驗完成。

上面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。