[发明专利]双材料界面的断裂试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别涉及一种双材料界面的断裂试验装置。

背景技术

纤维复合材料(即FRP)具有强度高、重量轻、耐腐蚀、耐疲劳、施工方便等优点，在土木工程的加固领域中的应用日益广泛。通过FRP外贴法可以对混凝土结构、钢结构进行抗弯、抗剪和抗震等方面的加固，使得结构的耐久性得以增强。但是，加固后的结构，往往在构件发生强度破坏之前，就发生了FRP与混凝土(或者钢结构)界面之间的剥离破坏。这个问题一直困扰着国内外大量的研究学者。国内外的研究学者曾试图用强度理论解释其破坏机理，但不是很成功。光纤布拉格光栅Optic Fiber Bragg Grating(OFBG)传感器具有抗电磁干扰、尺寸小、分布式测量、耐腐蚀、绝对测量等优点，如果将其与纤维复合材料复合，由于光纤布拉格光栅特别纤细，将其粘在纤维复合材料的表面，涂敷层为聚合物，它与纤维复合材料具有天然的相容性，基本不会改变纤维复合材料的力学性能。有人对含有光纤传感器的智能FRP材料进行了传感特性、疲劳特性、抗腐蚀特性等探索性研究，结果表明，纤维复合材料中复合光纤传感器满足结构健康监测的需要。

目前，国内外的学者越来越倾向于用断裂力学的观点来阐述FRP-混凝土界面的剥离机理。但是，到目前为止，尚未设计出一个有效的试验装置，可以模拟FRP-混凝土(钢材)双材料界面的滑移型模式和混合模式的断裂破坏。除此之外，在FRP剥离的试验过程中，研究者对FRP具体剥离的长度不是很清楚，大大影响了相关关键参数的研究。

在滑移型模式的研究方面：关于采用传统的研究滑移型模式的试验装置，已经很成熟，如图1和图2所示。

如图1和图2所示，相关技术的双材料界面的断裂试验装置包括疲劳机6’、固定于疲劳机6’上的底板4’、置于底板4’上的混凝土构件2’、放置于材料二2’(即混凝土构件或钢构件)上的压板5’、穿过压板5’并将混凝土构件2’固定于疲劳机6’上的螺杆3’和与材料二2’(即混凝土构件或钢构件)相连的材料一1’(即FRP)。上述装置可以模拟双材料界面的滑移型模式的断裂破坏。

在混合模式的断裂破坏研究方面，有人曾提出利用滑移型模式的断裂试验装置，采取适当的加载偏心对混合模式加载下的剥离破坏进行了研究。这种方法的局限性在于：一、FRP的偏移角度不易测量且不易控制，自然也不容易得到相应的理论推导；二、这种方法仅仅适用于小偏心的加载。

另一种相关的双材料界面的混合模式的断裂试验装置，采用组合梁的方法(裂缝的两端，一边是混凝土构件，另一边是钢构件)，研究FRP-混凝土界面的粘结滑移破坏。这种方法的缺陷在于：第一，构件制作复杂，且试验的可操作性不强；第二，试验的成本偏高，不宜做过多的构件进行线性回归，只能做一个定性的分析。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可同时模拟双材料滑移型模式和混合模式的双材料界面的断裂试验装置。

发明内容：本发明的双材料界面的断裂试验装置包括疲劳机、固定于疲劳机上的底板、置于底板的材料二、置于材料二的压板和一端贴合于材料二的材料一，其特征在于：所述双材料界面的断裂试验装置还包括固定于压板上的顶板以及置于顶板上的可自由伸缩的顶杆系统，所述顶杆系统包括固定于顶板上的支撑杆、连接于支撑杆一端的支撑块和穿过支撑块的顶杆。

优选的，所述双材料界面的断裂试验装置还包括一端穿过支撑杆，另一端通过连接件与顶板连接的后置板。

优选的，所述材料一为纤维复合材料与光纤布拉格光栅的复合物。

优选的，所述材料二为混凝土。

优选的，所述材料二为钢材。

有益效果：本发明的双材料界面的断裂试验装置不仅能够准确的模拟双材料界面的滑移型模式和混合模式的断裂破坏，而且能够准确的得到计算上述断裂模式的断裂能所需的各种关键参数。采用该试验装置，可以方便研究人员进行双材料界面断裂破坏的试验研究，同时，所得的参数能够满足相关理论模型的概念要求。

当前，研究双材料界面这个领域主要存在的问题是当前的学术界尚未提出一个能经济、有效并能准确模拟混合模式的的试验装置。双材料界面断裂能的试验装置，用来模拟不同模式下的双材料界面的断裂破坏。为了克服以上缺点，本发明提供的实验装置不仅能够准确的模拟双材料界面不同断裂模式，而且能够为试验者准确的提供计算不同断裂模式的断裂能所需的各种关键参数，进而得到滑移型断裂模式和混合型断裂模式下的断裂能。

附图说明

图1是相关技术的双材料界面的断裂试验装置的示意图；

图2是相关技术的双材料界面的断裂试验装置另一视角的示意图；