[发明专利]考虑弯剪应力影响的FRP筋偏心拉拔试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种考虑弯剪应力影响的FRP筋偏心拉拔试验装置，包括外框，外框内设置有混凝土块，混凝土块内自上而下穿有FRP筋，FRP筋上端连接自由端位移计；外框的底板下方通过多根螺杆连接万能试验机平台，在万能试验机平台上设置有拉拔力测试荷载传感器，FRP筋的下端穿过该拉拔力测试荷载传感器后，被万能试验机夹头夹持，万能试验机夹头连接加载端位移计；外框一侧设有托架，在托架上设有千斤顶，千斤顶的活塞杆通过连接螺杆连接测试水平力的荷载传感器，测试水平力的荷载传感器连接加载棒，加载棒与混凝土块侧面连接，混凝土块另一侧与外框连接。本发明在试验过程中FRP筋的受力与实际工程中FRP筋的受力情况相吻合。

技术领域

本发明涉及建筑筋材拉拔试验技术领域，具体是一种考虑弯剪应力影响的FRP筋偏心拉拔试验装置及方法。

背景技术

在高腐蚀性环境下，利用纤维增强复合材料筋(FRP筋)替代传统的易锈蚀钢筋，将会大幅提高混凝土结构的耐久性能，延长混凝土结构的服役年限，从而实现结构全寿命周期成本的最小化。FRP筋与混凝土之间的有效粘结是保证其与混凝土协同工作、共同受力的关键因素。FRP筋的表面形貌特性与普通钢筋不同，其与混凝土之间的粘结性能需要大量的理论和试验研究。

目前，国内外针对筋材与混凝土界面粘结性能最常用的测试方法为中心拉拔试验。中心拉拔试验的试件制作及试验装置比较简单，试验结果便于分析，而且对FRP筋外形特征的变化也比较敏感，因此中心拉拔试验长期以来用作对筋材粘结性能进行研究的基本试验方法。然而，中心拉拔试验中，混凝土处于受压的应力状态，与实际结构中混凝土所处的应力状态有明显差异。在实际房屋结构和桥梁结构中，FRP筋代替钢筋作为梁底受拉筋，其周围混凝土处于弯曲拉应力和剪力的共同作用下。这使得中心拉拔的测试结果不能很好的反应实际情况，具有一定的局限性。

针对上述中心拉拔试验中的缺陷，有学者提出了采用梁式拉拔试验。但是，梁式拉拔试验加载装置复杂，试件制作复杂，测试效率不高。而且，在梁下弯挠曲的过程中，FRP筋的加载端、自由端存在一个转动，严重影响滑移值的精确测量。另外，筋材拉拔力需要通过换算公式得出，不够直观和精确。而且，由于需要在纯弯端内置一个钢制绞，当试验研究FRP筋与混凝土界面粘结耐久性能，需要将试件放置在加速腐蚀性环境中时，钢制绞的防腐蚀处理也是一个难题。

由上可知，在研究FRP筋与混凝土的粘结性能试验中，现有试验方法存在上述诸多现实问题，阻碍了FRP筋与混凝土粘结性能的研究。因此，研制既能方便高效、又能考虑到混凝土的实际应力状态的拉拔试验装置具有重要的应用价值，能够有效推进FRP筋作为梁底受拉筋在混凝土结构中的应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种考虑弯剪应力影响的FRP筋偏心拉拔试验装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种考虑弯剪应力影响的FRP筋偏心拉拔试验装置，包括外框，外框内设置有混凝土块，混凝土块内自上而下穿有FRP筋，FRP筋上端连接自由端位移计；外框的底板下方通过多根螺杆连接万能试验机平台，在万能试验机平台上设置有拉拔力测试荷载传感器，FRP筋的下端穿过该拉拔力测试荷载传感器后，被万能试验机夹头夹持，万能试验机夹头连接加载端位移计；外框一侧设有托架，在托架上设有千斤顶，千斤顶的活塞杆通过连接螺杆连接测试水平力的荷载传感器，测试水平力的荷载传感器连接加载棒，加载棒与混凝土块侧面连接，混凝土块另一侧与外框连接。

其中，混凝土块另一侧通过一组支座柱与外框内侧连接。

其中，加载棒由两根圆钢棒组成，其中一根两端都带有螺纹，另一根中部有内螺纹，两根圆钢棒呈T型连接，中部有内螺纹的圆钢棒作用于混凝土块，两端都带有螺纹圆钢棒另一端连接测试水平力的荷载传感器。

其中，在混凝土块与底板之间设有定位安装用临时钢棒与反力钢棒，临时钢棒用于架设混凝土块时起到稳定作用，当开始进行拉拔实验时撤除，反力钢棒作为混凝土块在下方的支撑点，使混凝土块能够绕其在一定范围内转动。