[发明专利]一种冲击拉拔的实验装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲击拉拔的实验装置及实验方法，具体涉及一种冲击加载作用下钢筋混凝土锚固粘结应力和裂缝间隙粘结应力的实验装置及实验方法。

背景技术

钢筋与混凝土的粘结是钢筋与外围混凝土之间一种复杂的相互作用，是两种材料所组成的复合构件得以工作的前提，一般将钢筋混凝土受力后沿钢筋和混凝土接触面上产生的剪应力定义为粘结应力。根据粘结应力分布特点，一般可将其分为锚固粘结应力和裂缝间隙粘结应力。1990年徐有邻的论文“变形钢筋—混凝土粘结锚固性能试验研究”、2001年赵羽习的论文“钢筋混凝土结构粘结性能和耐久性的研究”研究的是准静态加载作用下的钢筋混凝土锚固粘结性能，且后者考虑了生锈钢筋对粘结性能的影响；2004年郑晓燕的论文“锈蚀钢筋与混凝土动态粘结性能研究”研究的是循环三角形脉冲（模拟地震荷载）加载作用下的钢筋混凝土锚固粘结性能；对于冲击载荷作用下，钢筋混凝土粘结应力分布的实验数据相当缺乏。事实上，很多钢筋混凝土结构的破坏都是受到突然地冲击载荷作用，要对这些结构进行有限元分析，钢筋混凝土的动态粘结应力分布就显得尤为的重要。

发明内容

本发明旨在提供一种冲击拉拔的实验装置及实验方法，用以研究钢筋混凝土动态粘结本构。根据不同的实验要求，本发明可做多种冲击拉拔实验，包括简单冲击拉拔实验、施加围压的简单冲击拉拔实验、双向加载的冲击拉拔实验、施加围压的双向加载的冲击拉拔试验，以研究钢筋混凝土的粘结性能。

本发明提供了一种冲击拉拔的实验装置，包括落锤、冲击传力装置、测量装置、试件及其固定加载装置，其特征在于：所述落锤为冲击质量块；所述冲击传力装置包括冲击靶、导轨、钢丝绳、定滑轮，落锤施加动态载荷在冲击靶上，冲击靶在竖直导轨上运行，导轨固定在底座上，定滑轮固定在基座上，钢丝绳绕过定滑轮连接冲击靶和试件端部；所述测量装置包括力传感器、光纤应变传感器、金属应变片传感器，在钢丝绳和试件连接处设有第一力传感器，光纤应变传感器埋置在混凝土中，金属应变片传感器贴在钢筋内剖面上和钢筋混凝土试件外表面上；所述试件固定加载装置包括多功能箱，多功能箱内设有油压腔室和内腔室，内腔室位于油压腔室的中心位置，多功能箱为长方体结构，多功能箱内部设有乳胶套固定环板，多功能箱左端中心部位设有孔，孔的中心线与内腔室的轴线一致，油压腔室底部设有进油口，顶部设有排气口；内腔室安装钢筋混凝土试件，试件为圆柱体结构，试件中心为钢筋，钢筋与混凝土接触的两端部设有PVC套管，试件外侧设有乳胶套，乳胶套的中间部分与试件接触，两端套在乳胶套固定环板上，在乳胶套固定环板外侧设有紧固套环，乳胶套两端通过套环紧固；多功能箱端部设有后盖，多功能箱固定在基座上。

上述实验装置中，所述冲击靶与导轨为活塞式接触，导轨为内部空心的长方体结构，导轨上设有槽，钢丝绳在槽内运行，同时保证导轨内外气流畅通，钢丝绳固定在距离冲击靶顶端的三分之一处，通过球铰链连接，冲击靶运行高度范围为0-5cm，冲击靶在导轨上运行方向与落锤导轨相平行。

上述实验装置中，所述多功能箱由箱体和箱盖组成，箱体和箱盖通过螺栓连接，箱体与箱盖连接处设有一圈橡胶圈。

上述实验装置中，所述试件的左端伸出的钢筋与钢丝绳连接，钢筋与钢丝绳之间设有用于测量冲击拉拔力的第一力传感器，所述试件右端伸出的钢筋固定在后盖的螺杆上，钢筋与螺杆之间设有用于测量钢筋约束力的第二力传感器。

上述实验装置中，所述第一力传感器和第二力传感器均为高精度力传感器，所述光纤应变传感器、金属应变片传感器、第一力传感器和第二力传感器均通过金属导线与高性能的示波器连接。

上述实验装置中，所述冲击质量块、导轨、冲击靶、多功能箱的材料均为高强度钢，所述钢丝绳的材料为具有高强度的细钢丝拧成。

本发明提供了一种冲击拉拔的实验方法，它包括以下步骤：

（1）将试件固定在内腔室，一端伸出的钢筋与钢丝绳连接，根据拟测试的钢筋混凝土动态粘结应力分布类型来设置力传感器；

（2）冲击质量块以一定高度自由落体冲击在冲击靶上，钢丝绳把冲击靶上的动态压力荷载转换成动态拉伸荷载作用到钢筋上，使得钢筋混凝土里的钢筋被快速拉拔，通过力传感器、光纤应变传感器和金属应变片传感器分别测量拉拔钢筋的力、混凝土应变和钢筋应变，从而得到钢筋混凝土的动态粘结本构；

（3）调节质量块释放高度，重复上述步骤，可研究加载率对钢筋混凝土动态粘结应力分布的影响。

上述实验方法中，研究锚固粘结应力分布时，在所述步骤（1）中，试件一端伸出的钢筋与钢丝绳连接，钢筋与钢丝绳之间设有第一力传感器。