[发明专利]一种用于确定钢板与混凝土法向粘结参数的试验方法

权利要求书

1.一种用于确定钢板与混凝土法向粘结参数的试验方法，其特征在于：基于一种试验系统，该系统包括钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)和伺服型压力试验机，钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)设置在伺服型压力试验机的基座(2)和加载头(3)之间；

所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)为水平设置的长方体混凝土块，钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的内部设置有竖直的钢板(101)，钢板(101)的板面与钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的长度方向垂直，钢板(101)位于钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的中段；所述钢板(101)的一侧焊接有若干螺纹钢筋(102)；

所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的中段的侧面上设置有位移计(103)和两个应变片(104)，这个位移计(103)靠近钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的侧面的上边缘，这两个应变片(104)靠近钢板(101)的上边缘；

所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)中段的下表面设置有两个应变片(104)和两个用于固定夹式引伸计的刀口钢片(105)，这两个刀口钢片(105)在竖直方向的投影位于钢板(101)的两侧；

所述试验方法包括以下步骤：

1)预制出尺寸相同的所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)和预制缝三点弯曲梁试件(4)；其中，所述预制缝三点弯曲梁试件(4)的中段设置有预制缝(401)、位移计(103)、应变片(104)和用于固定夹式引伸计的刀口钢片(105)；

2)在所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的中段的下表面粘贴两个应变片(104)，并根据试验要求在钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)和预制缝三点弯曲梁试件(4)上标记出加载点；

3)当对所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)进行试验时，转入步骤4)，当对预制缝三点弯曲梁试件(4)进行试验时，转入步骤7)；

4)根据所述钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)上标记出的加载点将其准确放置于基座(2)和加载头(3)之间；

5)调整所述伺服型压力试验机的加载头(3)，确保加载头(3)位于试件中心正上方5mm处，启动采集箱，对所有采集通道进行平衡清零；

6)启动所述伺服型压力试验机，先控制伺服型压力试验机以加载速率为0.5mm/min的速度对钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)进行预加载至荷载值达到200N，再控制伺服型压力试验机按照加载速率为0.05mm/min的速度对钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)加载至开裂破坏；

7)根据所述预制缝三点弯曲梁试件(4)上标记出的加载点将其准确放置于基座(2)和加载头(3)之间；

8)调整所述伺服型压力试验机的加载头(3)，确保加载头(3)位于试件中心正上方5mm处，启动采集箱，对所有采集通道进行平衡清零；

9)启动所述伺服型压力试验机，先控制伺服型压力试验机以加载速率为0.5mm/min的速度对预制缝三点弯曲梁试件(4)进行预加载至荷载值达到200N，再控制伺服型压力试验机按照加载速率为0.05mm/min的速度对预制缝三点弯曲梁试件(4)加载至开裂破坏；

10)在加载过程中，所述伺服型压力试验机对试验荷载进行同步采集，位移计(103)对试件跨中挠度进行同步采集，刀口钢片(105)上的夹式引伸计对试件的裂缝张开口位移进行同步采集，应变片(104)对试件开裂区的应变数据进行同步采集；采集到的所有数据传输至上位机进行处理；

11)所述上位机分析出钢板半嵌入式三点弯曲梁试件(1)的荷载P-裂缝张开口位移CMOD的全曲线Ⅰ和荷载P-开裂区应变ε的全曲线Ⅱ，上位机分析出预制缝三点弯曲梁试件(4)的荷载P-裂缝张开口位移CMOD的全曲线Ⅲ和荷载P-开裂区应变ε的全曲线Ⅳ，根据分析出的全曲线计算出钢板与混凝土法向粘结参数，计算步骤如下：

11-1)在所述全曲线Ⅰ的初始线性段内找出三点(CMOD₁,P₁¹),和利用式(1)计算其应力强度因子和

其中K为应力强度因子；P为外荷载值；S为试件的跨度；B为试件的宽度；D为试件的高度；α为缝高比，即α＝a/D，a为裂缝长度，线性阶段的α等于初始裂缝长度a₀，β为跨高比，即β＝S/D；

p₄(α)＝1.9+0.41α+0.51α²-0.17α³

p_∞(α)＝1.99+0.83α-0.31α²+0.14α³

11-2)在所述全曲线Ⅲ的初始线性段内找出CMOD₁、CMOD₂和CMOD₃对应的三个点(CMOD₁,P₁⁰),和利用式(1)计算其应力强度因子和

11-3)将和代入式(2)，将和代入式(2)，将和代入式(2)，分别计算出粘结力应力强度因子和

11-4)将粘结力应力强度因子和分别带入式(3)解出法向粘结刚度k_i1,k_i2和k_i3，将k_i1,k_i2和k_i3取平均得到交界面法向粘结刚度k_i：

式中：

11-5)确定交界面达到最大粘结应力所对应的临界法向张开位移后，利用式(4)求得交界面法向粘结强度

11-6)使用所述全曲线Ⅰ确定交界面极限张开位移在全曲线Ⅲ中，曲线上升段中平台段的起点或转折点所对应裂缝张开口位移值即为交界面极限张开位移