[发明专利]一种FRP与混凝土粘结性能小梁试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种FRP与混凝土粘结性能小梁试验装置及其试验方法。

背景技术

在我国，大量钢筋混凝土桥梁，尤其是预应力箱梁桥，由于对预应力下弯索的设计重视不够，竖向预应力损失、施工质量、超载、超负荷使用，环境恶劣（如温度）及长期效应（如蠕变）等问题，大量存在腹板抗剪不足导致的“腹板开裂”（斜裂缝）以及与之相关的“跨中下挠”问题，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP）因其耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，已经被广泛应用于混凝土及其他结构的加固中，特别适合于这类桥梁（尤其是运营中的桥梁）的抗剪加固。FRP加固效果的关键在于FRP与混凝土界面的粘结性能，而现有的FRP界面粘结强度模型一般由如图1所示的FRP与混凝土搭接接头所代表的力与边界条件提出。

目前广泛采用的FRP与混凝土搭接接头试验中，FRP受力方向一般与纤维方向相同，而在抗剪加固中由于斜裂缝张开方向与FRP纤维方向经常不一致，导致FRP受力方向与纤维方向不同，所以后者FRP基底应力状态与前者不同。而不同应力状态下混凝土的开裂强度及断裂能是不一样的，而FRP与混凝土界面的粘结性能又与其基底混凝土裂缝的萌生及扩展直接相关，因此FRP界面基底混凝土的应力状态对FRP与混凝土界面粘结性能有重要影响。因此，直接将基于接头研究得到的粘结强度模型用于分析FRP抗剪贡献显然是不准确的。

发明内容：

本发明的目的是：针对现有实验技术存在的不足，提出一种能够模拟当斜裂缝张开方向与FRP纤维方向不一致时FRP与混凝土界面粘结性能的试验装置及其试验方法。采用带预留裂缝的小梁试验来研究当纤维方向与裂缝开展方向不同对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。

本发明提供的一种FRP与混凝土粘结性能小梁试验装置，在预留裂缝的倒“T”形混凝土小梁底面，粘贴不同角度的FRP， FRP的纤维方向与裂缝张开方向不一致；所述FRP粘贴的角度偏离“T”形混凝土小梁纵向中心线0～75°；“T”形混凝土小梁裂缝位置在受压区只有钢筋连接，在受拉区只有FRP连接。

所述预留裂缝宽度为0.1~5mm.

所述钢筋至少两根纵向贯穿倒“T”形混凝土小梁。

本发明还提供一种所述的试验装置的试验方法，有如下步骤：

1）通过粘贴不同角度FRP于预留裂缝的倒“T”形混凝土小梁底面，使得FRP纤维方向与裂缝张开方向不一致；

2）在倒“T”形混凝土小梁采用四点弯曲加载，上部钢筋承受压力，底部FRP承受拉力，获得试验数据；

3）倒“T”形混凝土小梁保证足够的刚度，满足试验过程的变形要求；

4）受压区选用的钢筋满足承载力和变形要求，即保证底部FRP的破坏发生在钢筋屈服之前，同时保证在起吊搬运过程不发生过大变形；

5）倒“T”形混凝土小梁在强度和截面尺寸设计时，须保证混凝土小梁本身不发生剪切破坏，可在“T”形混凝土小梁中布设箍筋。

 

本发明的有益效果是：

本发明的试验装置及其试验方法原理明确，可准确地使FRP纤维方向与裂缝方向处于不同角度，便于分析FRP纤维方向与裂缝方向不一致对FRP与混凝土界面粘结性能的影响。利用该装置获得的试验数据,还可以用来验证FRP与混凝土搭接接头有限元模型,从而更深入研究纤维方向与裂缝方向不一致对FRP与混凝土界面粘结性能影响规律。

附图说明

图1为目前所广泛采用的FRP与混凝土搭接接头单剪试验。

图2～图3为本发明FRP与混凝土粘结性能小梁试验的示意图。通过粘贴不同角度FRP于预留裂缝的倒“T”形小梁底面来研究纤维方向与裂缝开展方向不同角度对FRP与混凝土粘结的影响。

其中，图2为本发明倒“T”形混凝土小梁底面示意图，图3为本发明试验装置的立体示意图； 

图中标号说明：1—倒“T”形混凝土小梁内起平衡作用的钢筋；2—预留裂缝的倒“T”形混凝土小梁；3—FRP。

具体实施方式

    参照图2～图3为本发明的一种实施方式。如图3所示，混凝土小梁为倒“T”形，在浇捣时，于跨中位置用隔板隔开，形成预留裂缝，倒“T”形混凝土小梁上部受压区用贯穿的钢筋连接。倒“T”形混凝土小梁采用四点弯曲加载，上部钢筋承受压力，底部FRP承受拉力。FRP粘贴角度根据试验要求进行调整。