本發(fā)明涉及土木工程，更具體的說是涉及一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、鋼筋混凝土是土木工程領(lǐng)域中的重要結(jié)構(gòu)形式，在民用、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域均有大量運(yùn)用，鋼筋-混凝土的界面粘結(jié)性能關(guān)系到兩種材料之間的傳力機(jī)制，是兩種材料協(xié)同受力的表征，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得以成立的最基本性質(zhì)，一直備受學(xué)術(shù)界、工程界的廣泛關(guān)注。目前鋼筋-混凝土的短期界面粘結(jié)滑移行為得到了充分研究，提出了一系列粘結(jié)-滑移本構(gòu)模型，對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)際具有積極意義。但是，土木工程結(jié)構(gòu)服役年限較長(zhǎng)，實(shí)際工程中鋼筋混凝土處于長(zhǎng)期承受荷載的狀態(tài)，材料的時(shí)變行為，如：混凝土徐變、收縮，結(jié)構(gòu)溫度變形等十分明顯。材料時(shí)變行為導(dǎo)致鋼筋-混凝土界面性能也出現(xiàn)時(shí)變性，比如：滑移隨時(shí)間增大、界面粘結(jié)應(yīng)力隨時(shí)間重新分布，鋼筋、混凝土協(xié)同工作性能下降，隨即導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形增大、裂縫不斷開展，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性不利。因此，開展鋼筋、混凝土間的長(zhǎng)期界面粘結(jié)性能研究具有重要價(jià)值。

2、然而，該方面研究長(zhǎng)期處于空白狀態(tài)，其根本原因是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期變形穩(wěn)定測(cè)試的裝置及方法的缺失。準(zhǔn)確獲取內(nèi)埋入混凝土鋼筋沿長(zhǎng)度方向(即軸向)的長(zhǎng)期時(shí)變變形是開展該項(xiàng)研究的核心技術(shù)。當(dāng)前，獲取鋼筋局部變形的主要手段是粘貼電阻式應(yīng)變片，例如對(duì)鋼筋開槽，在軸向依次布置應(yīng)變片。但是，應(yīng)變片測(cè)試穩(wěn)定性僅能在短期內(nèi)保持，長(zhǎng)期測(cè)試通常伴隨試驗(yàn)條件溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的變化，對(duì)應(yīng)變片的測(cè)試穩(wěn)定性有重大負(fù)面影響，數(shù)據(jù)將出現(xiàn)大幅度無規(guī)律漂移，導(dǎo)致無法完成長(zhǎng)期試驗(yàn)。這是制約鋼筋-混凝土長(zhǎng)期粘結(jié)性能測(cè)試工作的瓶頸問題。另一方面，鋼筋-混凝土粘結(jié)試驗(yàn)主要采用的應(yīng)變片、百(千)分表、位移計(jì)等測(cè)試儀器，本質(zhì)上屬于局部單點(diǎn)測(cè)試，測(cè)點(diǎn)非常有限，獲取到的數(shù)據(jù)量也有限，不利于開展系統(tǒng)理論分析和凝練結(jié)論，同時(shí)，百(千)分表、位移計(jì)由于現(xiàn)場(chǎng)布置方式的限制，很難測(cè)得內(nèi)埋鋼筋的變形分布情況。中國(guó)專利cn106644930b公開了一種鋼筋混凝土內(nèi)部粘結(jié)滑移測(cè)試裝置及方法，采用在鋼筋上設(shè)置懸挑筋的方式，將內(nèi)部鋼筋變形反映為懸挑筋上、下移動(dòng)，再通過位移計(jì)測(cè)得其位移，然而其懸挑端部本身容易發(fā)生較大位移，故所測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大，單點(diǎn)測(cè)試所得測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有限，未測(cè)得真實(shí)滑移量。

3、綜上所述，短期試驗(yàn)方案無法沿用于長(zhǎng)期試驗(yàn)，目前尚無實(shí)現(xiàn)內(nèi)埋鋼筋長(zhǎng)期應(yīng)變可靠測(cè)試的方案，導(dǎo)致鋼筋-混凝土長(zhǎng)期界面應(yīng)力分布規(guī)律和粘結(jié)性能研究處于未知、空白狀態(tài)。同時(shí)，傳統(tǒng)測(cè)試手段屬于局部單點(diǎn)測(cè)試，極大限制了數(shù)據(jù)的豐富程度，亟待改進(jìn)。因此，如何提供一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置及方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置及方法，突破混凝土內(nèi)部鋼筋長(zhǎng)期變形測(cè)試的瓶頸問題，解決傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)量較少的問題，持荷裝置與拉拔試件構(gòu)成力的自平衡體系，實(shí)現(xiàn)加載并長(zhǎng)期持荷，機(jī)器視覺裝置利用無接觸光學(xué)方式進(jìn)行變形的長(zhǎng)期、多點(diǎn)測(cè)試。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置，包括機(jī)器視覺測(cè)量裝置、基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)、鋼筋-混凝土拉拔試件和自平衡長(zhǎng)期荷載持荷裝置，機(jī)器視覺測(cè)量裝置搭載在基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)之上，機(jī)器視覺測(cè)量裝置包括第一平行導(dǎo)軌、第二平行導(dǎo)軌、光柵尺和顯微相機(jī)安裝在第一平行導(dǎo)軌和第二平行導(dǎo)軌上，光柵尺可沿垂直方向滑動(dòng)，顯微相機(jī)可沿光柵尺縱向滑動(dòng)，照射鋼筋-混凝土拉拔試件的特征點(diǎn)。

4、可選的，鋼筋-混凝土拉拔試件表面帶有若干通孔，顯微相機(jī)可通過通孔照射內(nèi)部鋼筋表面，顯微相機(jī)可照射測(cè)量混凝土表面位移，鋼筋-混凝土拉拔試件與自平衡長(zhǎng)期荷載持荷裝置、基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)配合使用。

5、可選的，自平衡長(zhǎng)期荷載持荷裝置包括千斤頂、力傳感器和旋轉(zhuǎn)體錨固裝置，旋轉(zhuǎn)體錨固裝置與鋼筋端部通過環(huán)氧樹脂膠粘牢，力傳感器布置于千斤頂?shù)募虞d端頭與旋轉(zhuǎn)體錨固裝置之間，通過控制千斤頂加載端頭伸長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)施加拉拔荷載，自平衡長(zhǎng)期荷載持荷裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋-混凝土拉拔試件的加載、荷載長(zhǎng)期保持、荷載水平監(jiān)控及調(diào)整。

6、可選的，基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)為金屬框架結(jié)構(gòu)，包括6根金屬立柱、7根金屬連接梁和1塊金屬底板，金屬立柱之間通過金屬連接梁連接；基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺測(cè)量裝置的搭載、鋼筋-混凝土拉拔試件的對(duì)中矯直，基礎(chǔ)試驗(yàn)平臺(tái)為加載、長(zhǎng)期持荷、長(zhǎng)期測(cè)試提供空間場(chǎng)所。

7、可選的，金屬立柱的柱腳設(shè)置有高度調(diào)節(jié)螺栓，高度調(diào)節(jié)螺栓可通過旋轉(zhuǎn)實(shí)施調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)金屬底板的水平狀態(tài)。

8、可選的，金屬底板與金屬立柱一體焊接，金屬底板上垂直焊接有第一鋼板、第二鋼板、第三鋼板和第四鋼板，呈開口盒狀布置，鋼筋-混凝土拉拔試件放置其中，第三鋼板單邊開槽便于鋼筋-混凝土拉拔試件穿出，進(jìn)一步固定鋼筋-混凝土拉拔試件。

9、可選的，第二鋼板和第四鋼板上設(shè)置有3個(gè)圓形開孔，每個(gè)開孔處設(shè)置有一套緊固裝置，緊固裝置包括螺栓、螺帽和墊片，通過調(diào)節(jié)緊固裝置實(shí)現(xiàn)鋼筋-混凝土拉拔試件的固定以及位置調(diào)整。

10、可選的，光柵尺位于2個(gè)金屬連接梁之間，光柵尺與金屬梁相互垂直，光柵尺可在2個(gè)金屬連接梁之間沿平行方向滑動(dòng)。

11、一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試方法，應(yīng)用上述一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置，包括以下步驟：

12、s1、制作鋼筋-混凝土拉拔試件：在鋼筋表面依次粘貼細(xì)鋼絲，在鋼筋端部設(shè)置空心套筒，利用模具安裝鋼筋并澆筑混凝土，混凝土1～2天初凝成型后，拔出所有細(xì)鐵絲，形成從混凝土表面直達(dá)內(nèi)部鋼筋表面的通孔，采用細(xì)鐵絲適時(shí)對(duì)通孔疏通，避免堵塞，按規(guī)定養(yǎng)護(hù)混凝土；

13、s2、鋼筋-混凝土拉拔試件達(dá)到試驗(yàn)齡期后，實(shí)施試件安裝：架設(shè)試驗(yàn)平臺(tái)，通過調(diào)整柱腳的高度調(diào)節(jié)螺栓實(shí)現(xiàn)金屬底板的水平狀態(tài)，將鋼筋-混凝土拉拔試件從上往下放入豎向鋼板形成的開口盒狀區(qū)域，從鋼筋端部依次穿入千斤頂、力傳感器和旋轉(zhuǎn)體錨固裝置，對(duì)旋轉(zhuǎn)體錨固裝置的套筒內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂膠，養(yǎng)護(hù)5～7天，使其與鋼筋端部完全粘牢；通過6套緊固裝置固定鋼筋-混凝土拉拔試件并矯正其位置，實(shí)現(xiàn)鋼筋方向平行于光柵尺方向，適當(dāng)伸出千斤頂?shù)募虞d端頭，實(shí)現(xiàn)千斤頂、力傳感器和旋轉(zhuǎn)體錨固裝置之間的預(yù)緊狀態(tài)；

14、s3、為鋼筋-混凝土拉拔試件的表面區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，調(diào)節(jié)光柵尺的位置，使其在金屬連接梁垂直方向滑動(dòng)；同時(shí)調(diào)節(jié)顯微相機(jī)位置，使其在光柵尺上滑動(dòng)，使顯微相機(jī)能通過每個(gè)通孔照射內(nèi)部的編號(hào)區(qū)域，調(diào)節(jié)完成后固定光柵尺；

15、s4、通過移動(dòng)顯微相機(jī)，依次照射編號(hào)的區(qū)域并標(biāo)記特征點(diǎn)，根據(jù)光柵尺讀取特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

16、s5、測(cè)量、計(jì)算分析鋼筋-混凝土拉拔試件瞬時(shí)加載下的粘結(jié)力學(xué)規(guī)律：控制千斤頂伸長(zhǎng)加載端頭實(shí)現(xiàn)加載，利用力傳感器監(jiān)測(cè)荷載水平，調(diào)節(jié)千斤頂使得加載至預(yù)定荷載水平，利用光柵尺讀取瞬時(shí)加載完成時(shí)特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息，通過與初始位置坐標(biāo)做差求得鋼筋和混凝土的瞬時(shí)加載位移，計(jì)算相對(duì)滑移分布函數(shù)、鋼筋縱向拉伸應(yīng)變分布規(guī)律和鋼筋-混凝土拉拔試件局部粘結(jié)應(yīng)力；

17、s6、測(cè)量、計(jì)算分析鋼筋-混凝土拉拔試件持續(xù)加載下的粘結(jié)力學(xué)規(guī)律：鎖定千斤頂開始長(zhǎng)期持荷，通過力傳感器監(jiān)測(cè)荷載大小，當(dāng)荷載減小幅度達(dá)到預(yù)定荷載水平的1％～2％時(shí)，伸長(zhǎng)千斤頂加載端頭將荷載補(bǔ)充至預(yù)定荷載水平，持荷至預(yù)定時(shí)間后，利用顯微相機(jī)照射各區(qū)域特征點(diǎn)，計(jì)算鋼筋和混凝土的持續(xù)加載位移，計(jì)算相對(duì)滑移分布函數(shù)、鋼筋縱向拉伸應(yīng)變分布規(guī)律和鋼筋-混凝土拉拔試件局部粘結(jié)應(yīng)力；

18、s7、測(cè)量、計(jì)算分析鋼筋-混凝土拉拔試件長(zhǎng)期持續(xù)加載下的粘結(jié)力學(xué)規(guī)律；繼續(xù)持荷，重復(fù)s6步驟，得到任意時(shí)刻的相對(duì)滑移分布函數(shù)、鋼筋縱向拉伸應(yīng)變分布規(guī)律和鋼筋-混凝土拉拔試件局部粘結(jié)應(yīng)力。

19、可選的，s5具體為：

20、s51、控制千斤頂伸長(zhǎng)加載端頭實(shí)現(xiàn)加載，利用力傳感器監(jiān)測(cè)荷載水平，調(diào)節(jié)千斤頂使得加載至預(yù)定荷載水平，利用光柵尺讀取瞬時(shí)加載完成時(shí)特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置信息，通過與初始位置坐標(biāo)做差求得鋼筋和混凝土的瞬時(shí)加載位移，通過曲線擬合得到位移分布函數(shù)分別為鋼筋位移分布函數(shù)和混凝土位移分布函數(shù)計(jì)算相對(duì)滑移分布函數(shù)

21、

22、s52、利用差分法計(jì)算鋼筋縱向拉伸應(yīng)變分布規(guī)律：

23、

24、對(duì)鋼筋縱向拉伸應(yīng)變分布規(guī)律曲線插值得出鋼筋瞬時(shí)應(yīng)變分布函數(shù)

25、s53、根據(jù)鋼筋縱向受力平衡條件計(jì)算鋼筋-混凝土拉拔試件局部粘結(jié)應(yīng)力：

26、

27、式中，es為鋼筋彈性模量，d為鋼筋直徑，對(duì)鋼筋-混凝土拉拔試件局部粘結(jié)應(yīng)力曲線擬合得出鋼筋-混凝土瞬時(shí)粘結(jié)應(yīng)力分布函數(shù)

28、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種用于鋼筋-混凝土界面粘性性能的測(cè)試裝置及方法，具有以下有益效果：

29、1.本發(fā)明填補(bǔ)了鋼筋-混凝土長(zhǎng)期持荷下，內(nèi)埋鋼筋變形、粘結(jié)應(yīng)力可靠測(cè)試的空白；

30、2.本發(fā)明采用顯微相機(jī)直接照射內(nèi)部鋼筋表面，較好克服了誤差問題；采用顯微相機(jī)照射方式測(cè)量，可對(duì)任意處于機(jī)器視覺識(shí)別范圍內(nèi)的區(qū)域?qū)嵤┒帱c(diǎn)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)“所見即可測(cè)”，數(shù)據(jù)豐富性顯著提升；

31、3.本發(fā)明在位移測(cè)試上具有高度自由性，可較好測(cè)試相對(duì)滑移量。