[发明专利]一种描述FRP-混凝土粘结面断裂韧度的测定装置及方法

说明书

本发明公开了一种描述FRP‑混凝土粘结面断裂韧度的测定装置及方法,包括固定夹具、试件架和悬臂梁,本发明中FRP‑混凝土粘结面不需要预留裂纹，从而避免了试验中对裂缝尖端位置测量的需要以及预留裂纹长度、尖端形状对试验结果的影响。悬臂梁的高度沿着悬臂梁轴线方向，由悬臂端至尾端线性增大，悬臂端和尾端的横截面呈矩形状。本发明中使用的单悬臂梁,其梁高沿着梁轴线方向线性增大，在断裂过程中单悬臂梁的柔度随裂缝扩展,长度的梯度变化为常数，简化了FRP加固混凝土Ⅰ型断裂临界应变能释放率的计算。

技术领域

本发明涉及一种材料断裂界面断裂韧度的测定装置，尤其涉及一种描述FRP-混凝土粘结面断裂韧度的测定装置及方法,属于材料力学测试领域。

背景技术

混凝土结构在其服役期间，老龄化和环境影响导致结构的力学性能在一定程度上逐渐降低。同时荷载的激增或偶然荷载的破坏也可能使结构承载能力过早的下降或丧失。与拆除重建相比，采取适当的加固方法来提高既有混凝土结构的力学性能往往更经济合理，因此也催生了各种加固方法和加固新材料。在各种加固材料中，由于纤维增强复合材料(FRP)具有高强轻质、耐久抗疲劳等优良特性，且外贴FRP施工技术简便，因此FRP材料在加固混凝土结构方面得到了广泛的应用。大量工程实践表明，FRP加固混凝土体系往往会因FRP与混凝土基底之间粘结面的过早失效而破坏，FRP-混凝土界面粘结性能成为影响加固效果的一个重要因素，因此需要开发有效的测试和分析方法来研究FRP-混凝土界面粘结性能。

根据断裂力学原理，混凝土脆性断裂的应力强度因子K(其临界值即断裂韧度K_C)和能量释放率G判据是完全一致的。二者相比，应力强度因子准确计算十分困难，而能量释放率G可以用柔度法测定，因此可以用FRP加固混凝土的界面断裂临界应变能释放率G_C来替代传统材料疲劳公式中的断裂韧度K_C，对FRP-混凝土界面粘结性能进行描述和表征。双悬臂梁试验是被广泛应用于测定材料断裂性能的传统试验方法，但在FRP加固混凝土材料的断裂性能试验中存在一系列难以避免的问题，例如由于混凝土抗拉强度不够而使断裂发生在悬臂梁上，预留裂纹的长度、尖端形状的不同而导致测定结果的不同等问题。另外双悬臂梁试验中裂纹的尖端位置必须在试验时进行准确地物理测量等，而裂纹尖端位置的准确测量难度很大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种描述FRP-混凝土粘结面断裂韧度的测定装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的描述FRP-混凝土粘结面I型断裂界面断裂韧度的测定装置，包括固定夹具、试件架和悬臂梁,

试件架包括沿轴向放置的底板9，底板的上表面固连有固定钢板8，固定钢板8向上延伸有限位板，固定钢板8、限位板以及活动钢板7合并形成钳口，钳口内放置有与钳口形状相对应的台形混凝土试件6，台形混凝土试件6的上表面粘粘一层FRP板5，FRP板的上表面压盖有悬臂梁4；本发明中FRP-混凝土粘结面不需要预留裂纹，从而避免了试验中对裂缝尖端位置测量的需要以及预留裂纹长度、尖端形状对试验结果的影响。

悬臂梁的高度沿着悬臂梁轴线方向，由悬臂端至尾端线性增大，悬臂端和尾端的横截面呈矩形状。矩形的斜边与底边的角度不需要定量描述,角度太大不仅浪费材料，质量也重，试验不方便。角度太小的话，较小荷载就会弯曲过大，容易在试件破坏前超出COD的量程。因此，此角度应满足使整个试验过程中在试件破坏前不超过COD的量程。

本发明中使用的单悬臂梁,其梁高沿着梁轴线方向线性增大，在断裂过程中单悬臂梁的柔度随裂缝扩展,长度的梯度变化为常数，简化了FRP加固混凝土Ⅰ型断裂临界应变能释放率的计算。

悬臂梁4的悬臂端对应的固定有固定夹具。

进一步地,固定夹具包括固连在底板下方的竖向钢杆10和与竖向钢杆对应的锚具，锚具包括套接在悬臂梁的悬臂端的槽钢2，槽钢2顶部连接有带螺母钢杆3，带螺母钢杆3的中部连接有钢制拉环1。