本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiberreinforcedpolymer，frp)與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度的剪切試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐疲勞、耐腐蝕、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此結(jié)構(gòu)工程的加固中具有廣泛的使用前景。隨著外貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，大量以研究纖維增強(qiáng)材料加固效果以及耐久性的試驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與混凝土結(jié)構(gòu)之間的界面性能是影響加固效果及耐久性的一個(gè)重要因素。在使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材進(jìn)行加固時(shí)，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維本身的強(qiáng)度很高，要想纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維發(fā)揮其強(qiáng)度高的特點(diǎn)，就需要起粘結(jié)作用的樹脂能很好地傳遞剪力。如此才能讓纖維增強(qiáng)復(fù)合材料內(nèi)的每一根纖維都均勻受力，并且樹脂也要保證纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材和結(jié)構(gòu)能共同工作，這樣才能達(dá)到加固的效果。然而在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，試件的破壞往往不是由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維的拉斷，而是由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與混凝土結(jié)構(gòu)之間的界面強(qiáng)度不足而發(fā)生的剝離破壞。所以，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與待加固的混凝土結(jié)構(gòu)之間的界面性能的研究具有重要的意義。

目前規(guī)范采用的是直接拉伸的剪切試驗(yàn)來(lái)測(cè)量纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與混凝土界面的粘結(jié)性能，frp受力方向與受力方向相同。然而，實(shí)際工程中，混凝土斜裂縫開裂方向與frp纖維方向是不一致的，傾斜角度對(duì)frp和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)有一定的影響。從受力的角度來(lái)說(shuō)，考慮傾斜效應(yīng)的剪切狀態(tài)更符合真實(shí)受力情況。目前，frp與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試方法主要有直接拉伸剪切試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)。梁式試驗(yàn)一般采用倒t型(或矩形)混凝土小梁，在梁底預(yù)設(shè)裂縫，在裂縫處粘結(jié)frp，通過(guò)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定frp與混凝土界面的粘結(jié)強(qiáng)度。該梁式試驗(yàn)裝置一般相對(duì)復(fù)雜，在梁比較小的情況下，四點(diǎn)彎曲段一般距離很短，對(duì)四點(diǎn)彎曲裝置的要求比較高。直接拉伸的剪切試驗(yàn)裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)所貼frp條數(shù)，可以分為單面剪切和雙面剪切。雙面剪切對(duì)試驗(yàn)裝置加工精度要求角度，試驗(yàn)中一般很難實(shí)現(xiàn)兩個(gè)剪切面同時(shí)破壞。單面剪切相對(duì)簡(jiǎn)單，在工程中應(yīng)用比較廣泛，但對(duì)夾具和試件對(duì)中的要求比較高。

綜上所述，上述試驗(yàn)方式都沒有考慮傾斜效應(yīng)對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響，行業(yè)內(nèi)對(duì)此研究較少。因此，目前行業(yè)內(nèi)尚缺乏相應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便的試驗(yàn)裝置和相應(yīng)的試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明一方面提供一種剪切試驗(yàn)裝置，用于測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度，所述剪切試驗(yàn)裝置包括：第一混凝土塊，具有第一平坦表面；第二混凝土塊，具有第二平坦表面，所述第二平坦表面與所述第一平坦表面設(shè)置在同一平面內(nèi)，并且所述第二混凝土塊能靠近或遠(yuǎn)離所述第一混凝土塊；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材，在縱向方向上延伸，并且所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的第一端接合在所述第一混凝土塊的第一平坦表面上，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的第二端接合在所述第二混凝土塊的第二平坦表面上；所述第二混凝土塊上設(shè)置有受力件；其中，所述受力件的延伸方向平行于所述第二平坦表面；并且所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的縱向方向與所述受力件的延伸方向之間具有夾角，所述受力件的延伸方向通過(guò)所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的中心部分。

進(jìn)一步的，所述第一混凝土塊還包括第一豎直部分，所述第一豎直部分突出于所述第一平坦表面，并使得所述第一混凝土塊在側(cè)面上形成為l形，并且所述第一混凝土塊(2)的位置是固定的。

進(jìn)一步的，所述第二混凝土塊還包括第二豎直部分，所述第二豎直部分突出于所述第二平坦表面，并使得所述第二混凝土塊在側(cè)面上形成為l形；所述第二豎直部分(4)設(shè)置有受力鋼筋，所述受力件(46)與所述受力鋼筋連接。

進(jìn)一步的，所述第二混凝土塊的底部設(shè)置有滾軸，用于減小移動(dòng)過(guò)程中的摩擦力。

本發(fā)明又一方面提供一種剪切試驗(yàn)方法，其特征在于，使用根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的剪切試驗(yàn)裝置。

進(jìn)一步的，該剪切試驗(yàn)方法，包括如下步驟：將所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材按照一定的傾斜角度粘結(jié)在所述第一平坦表面和所述第二平坦表面上；在所述受力件上施加沿著所述受力件的延伸方向的試驗(yàn)力，以測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。

本發(fā)明一方面的有益效果在于，通過(guò)在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的縱向方向a與受力件的延伸方向b之間設(shè)置夾角，可以測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。

本發(fā)明又一方面的有益效果在于，通過(guò)將混凝土塊體設(shè)置為l形，使得試驗(yàn)力f能居中傳導(dǎo)，而不會(huì)由于偏移而產(chǎn)生扭矩或力矩。更具體地說(shuō)，通過(guò)將混凝土塊體設(shè)置為l形，使得試驗(yàn)力f能夠經(jīng)過(guò)受力件的傳導(dǎo)，直接作用在與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材的平面內(nèi)。從而不需要像梁式裝置那樣才有復(fù)雜的四點(diǎn)彎曲裝置進(jìn)行加載。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的剪切試驗(yàn)裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的剪切試驗(yàn)裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的剪切試驗(yàn)裝置的附視圖。

在所附圖中，以相同參考標(biāo)號(hào)表示等同或相似的構(gòu)件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的說(shuō)明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例。此外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過(guò)程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過(guò)程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

剪切試驗(yàn)裝置

參考圖1至3，示出了整體的剪切試驗(yàn)裝置，可用于測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。

該剪切試驗(yàn)裝置包括第一混凝土塊2、第二混凝土塊5和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3。

第一混凝土塊2(不含第一豎直部分)的尺寸為700mm*700mm*200mm。

第二混凝土塊5(不含第二豎直部分)的尺寸為600mm*700mm*150mm。

結(jié)合圖1和圖2可見，其中第一混凝土塊2的第一平坦表面22與第二混凝土塊5的第二平坦表面52設(shè)置在同一平面內(nèi)，并且第二混凝土塊5能靠近或遠(yuǎn)離第一混凝土塊2。

優(yōu)選的，第一混凝土塊2與第二混凝土塊5分別大致形成為l形。其中，第一混凝土塊2的第一豎直部分1垂直于第一平坦表面22設(shè)置，并且突出于第一平坦表面22之上，第二混凝土塊5的第二豎直部分4垂直于第二平坦表面5?；蛘吒鞔_地說(shuō)，第一平坦表面22是l形的第一混凝土塊2的水平部分的上表面，第二平坦表面52是第二混凝土塊5的水平部分的上表面。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3可以是縱向延伸的長(zhǎng)條形的片材，其第一端32接合在第一平坦表面22上，其第二端34接合在第二平坦表面52上。結(jié)合圖1和圖3，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3大致是傾斜于受力方向而設(shè)置。

該受力方向?yàn)槭芰?6的延伸方向，其中受力件46是預(yù)埋在第二混凝土塊5的第二豎直部分4內(nèi)，平行于第二平坦表面52，并且受力件46的延伸方向通過(guò)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3的中心部分38(參見圖3)。

第一混凝土塊2可以是固定設(shè)置的，第二混凝土塊5的底部設(shè)置有滾軸42，以便于第二混凝土塊5的移動(dòng)。第二混凝土塊5可以不受摩擦(或僅僅承受很小的摩擦)，從而不會(huì)影響試驗(yàn)的精度。這樣在受力件46上施加沿著其延伸方向的力f時(shí)，力f可完全作用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3上。

長(zhǎng)條形的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3具有縱向方向a，受力件46具有延伸方向b。圖3示出了縱向方向a與延伸方向b之間具有夾角。優(yōu)選的，受力件46用于布置穿心千斤頂和傳感器(圖中未示出)。

優(yōu)選的，該夾角的角度范圍為0～75度。

由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3的強(qiáng)度很大，因此試驗(yàn)中通常是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3與第一平坦表面22或第二平坦表面52之間的粘結(jié)界面被破壞，從而可以測(cè)量考慮傾斜效應(yīng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。

雖然圖示的第一混凝土塊2和第二混凝土塊5的側(cè)面均為l形。然而，本發(fā)明不限于此。設(shè)置第二豎直部分4的目的在于為混凝土塊提供傳遞來(lái)自受力件46的受力鋼筋。即。受力件46可以與預(yù)埋在混凝土塊內(nèi)的預(yù)埋鋼筋連接，從而在施加試驗(yàn)力f時(shí)，不會(huì)由于偏移而產(chǎn)生扭矩或力矩，提高試驗(yàn)精度。設(shè)置第一豎直部分1的目的也是在于使得試驗(yàn)力f能居中傳導(dǎo)到固定第一混凝土塊2的框架部(圖中未示出)，而不會(huì)由于偏移而產(chǎn)生扭矩或力矩。應(yīng)當(dāng)理解的是，第一混凝土塊2第二混凝土塊5還可以采用其他不影響實(shí)現(xiàn)上述效果的形狀。

優(yōu)選的，第一混凝土塊2和第二混凝土塊5之間存在間隙36，或者更明確的說(shuō)，第一平坦表面22和所述第二平坦表面52之間存在間隙36，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3的中心部分38恰好位于間隙36中。如此，試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)力f完全由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3傳導(dǎo)至其與第一平坦表面22和所述第二平坦表面52的界面。

剪切試驗(yàn)方法

下面進(jìn)一步描述使用本發(fā)明的剪切試驗(yàn)裝置進(jìn)行剪切試驗(yàn)的方法。

s1:將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3按照一定的傾斜角度粘結(jié)在第一平坦表面22和第二平坦表面52上；

s2：在受力件46上施加沿著受力件46的延伸方向b的試驗(yàn)力f，使得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3與混凝土之間的界面破壞，從而得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材3與混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度。在界面破壞時(shí)可以直接測(cè)得界面粘結(jié)強(qiáng)度。

其中，試驗(yàn)力f的施加方式為位移加載，建議采用0.2mm/s的加載速度。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明描述的方法的步驟僅僅是示例性的描述，對(duì)其先后進(jìn)行的時(shí)間順序沒有特殊的要求，除非其本身有必然的先后順序關(guān)系。

如上所示，本發(fā)明雖然已參照有限的實(shí)施例和附圖進(jìn)行了說(shuō)明，但在本發(fā)明所屬領(lǐng)域中具備通常知識(shí)的人均可以從此記載中進(jìn)行各種修改和變形。由此，其他實(shí)施例及權(quán)利要求書與等同物均屬于權(quán)利要求的保護(hù)范圍。