[发明专利]一种混凝土和FRP粘结界面抗剪强度和刚度测试装置及方法

说明书

本发明提供一种混凝土和FRP粘结界面抗剪强度和刚度测试装置及方法，属于粘结抗剪强度试验的技术领域，包括外套筒、连接杆和紧固密封环；外套筒的内径与FRP套筒的外径一致；连接杆包括圆杆部和螺纹部；圆杆部的端部位于FRP套筒之外；紧固密封环包括两个半紧固环以及连接两个半紧固环的螺栓；半紧固环包括第一半环体、第二半环体以及设置在第一半环体和第二半环体上的螺栓连接耳；第一半环体的内径与外套筒的外径一致，设置有粘结剂注入孔；第二半环体的内径与FRP套筒的外径一致。本发明测得的是混凝土与FRP粘结界面的纯剪切应力状态的抗剪强度，克服了常规剪切试验结果拉应力带来的对界面抗剪强度影响的缺陷。

技术领域

本发明属于粘结抗剪强度试验的技术领域，具体公开了一种混凝土和FRP粘结界面抗剪强度和刚度测试装置及方法。

背景技术

纤维增强复合材料(简称FRP)是由纤维增强材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳和施工方便等特点，在土木工程领域得到广泛应用。为了充分发挥FRP抗拉力学优势，将FRP纤维布或板通过配套的粘结剂粘贴于被加固的混凝土结构表面，固化后与被加固结构共同工作，变形协调，分担了混凝土结构承担的荷载，实现了被加固物体的应力、应变的重分配，大大提高了被加固结构的抗弯、抗剪和抗震的能力，同时结构的耐久性也得到了提高。由于加固混凝土结构和FRP是通过胶层固化后形成了胶层界面，粘结界面往往是加固结构的最薄弱的部位，分析原因是粘结界面是两种材料组合而成，混凝土的粗细骨料比、表面的孔隙率和糙率，FRP的纤维铺设方式以及胶层的种类，配比都会影响粘结强度。对加固结构来说，当受到外荷载和温度荷载作用时，由于各结构层的物理性质不连续，使得混凝土-FRP界面附近位置产生应力和应变集中，当应力超过粘结强度时，粘结界面发生破坏，直接影响了工程的质量，丧失了加固结构应具有的功能，严重时造成巨大的经济损失。因此，FRP与混凝土界面的粘结强度测试很有必要。

目前关于粘结抗剪强度通过剪切或推出试验测得，施加一对与粘结面平行的力，使两试件发生相对错动，测得粘结层的抗剪强度。试验过程发现在粘结部位除了剪力以外还产生了较大的弯矩，从而在胶层界面还有拉应力，界面破坏不仅仅是由于剪应力造成，这样给结果带来误差。此外，通过力学分析发现，界面的剪应力沿粘结面不是均匀分布的，呈指数形式下降，因此我们计算剪切强度时并不是真实的剪切强度，用的是极限剪力除以粘结面积得到是平均剪切强度，进一步给实验结果带来了误差。更重要的是，采用上述测试方法对混凝土与FRP进行粘结剪切强度测试，由于混凝土是脆性材料，且抗剪和抗拉强度低，试件破坏模式往往是靠近界面的混凝土破坏，属于亚界面破坏，并没有发生粘结界面破坏。因此，上述实验得到的自然不是FRP-混凝土粘结界面的抗剪强度，没有真正实现混凝土和FRP界面剪切性能的测试。此外，刚度测试时由于FRP-混凝土粘结界面的滑移量在实验过程中很难测定，粘结界面的剪切刚度也无法准确获得。因此，研究适合于FRP-混凝土粘结界面剪切强度和刚度测试装置和高效、精确的测试方法是十分必要的。

发明内容

针对目前粘结剪切性能试验存在的不足，考虑到混凝土脆性材料特点，本发明提供了一种混凝土和FRP粘结界面抗剪强度和刚度测试装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供一种混凝土和FRP粘结界面抗剪强度和刚度测试装置，包括外套筒、连接杆和紧固密封环；外套筒用于容纳混凝土，内径与FRP套筒的外径一致；连接杆包括用于与FRP套筒紧密套接的圆杆部以及用于与扭转接头的螺纹孔连接的螺纹部；圆杆部的端部位于FRP套筒之外；紧固密封环包括两个半紧固环以及连接两个半紧固环的螺栓；半紧固环包括第一半环体、第二半环体以及设置在第一半环体和第二半环体上的螺栓连接耳；第一半环体的内径与外套筒的外径一致，设置有粘结剂注入孔；第二半环体的内径与FRP套筒的外径一致；半紧固环在圆杆部的端部与外套筒内的混凝土对接后，套设在外套筒和FRP套筒外，通过螺栓连接，粘结剂注入孔与混凝土和FRP套筒之间的缝腔对应。

进一步地，连接杆还包括连接圆杆部和螺纹部的过渡板。