一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置及使用方法，该试验装置包括FRP筋材混凝土构件、固定机台，FRP筋材混凝土构件包括FRP筋材、混凝土部分、前端钢管、后端钢管、贴片、工字钢、轻质钢丝、前端夹具、后端夹具、第一LVDT位移传感器、第二LVDT位移传感器、第三LVDT位移传感器；固定机台包括水平台座、反力墙，水平台座上端部装设试件承放支架，试件承放支架的支架放置面放置滚轴组件；试件承放支架前端侧装设作动器，作动器加载端的后端铰接座装设前端夹片锚具；试件承放支架后端侧的反力支座装设后端夹片锚具。该试验装置能有效进行FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验。该使用方法能有效使用该试验装置。

A direct tensile test device for FRP reinforced concrete members and its application

【技术实现步骤摘要】
一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置及使用方法
本专利技术涉及土木工程
，尤其涉及一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置及使用方法。
技术介绍
自从钢筋混凝土被广泛地应用到土木工程领域以来，钢筋的锈蚀问题一直是一个严重的安全和经济问题，尤其是在腐蚀环境中。近年来，纤维增强聚合物（FRP）以其轻质、高强、耐腐蚀等优点而被工程界所广泛关注。需指出的是，FRP筋材作为增强材料替代混凝土中的钢筋，是一种前景广泛的解决方案。由于FRP筋材具有比钢筋更高的强度和更低的弹模，这使得结构在正常使用荷载作用下的挠度和裂缝宽度成为设计中的控制标准；因此，混凝土在受拉区的贡献便成了决定挠度和裂缝宽度的一个重要因素。尽管混凝土受拉易裂，但试验表明其在开裂后依然会为构件整体性能提供额外的刚度，这种现象称为“拉伸刚化效应”，它对整体结构性能的贡献是显著的。“拉伸刚化效应”在较低荷载的情况下，对构件挠度和裂缝宽度的准确预测意义重大。相比FRP筋材混凝土构件，钢筋混凝土的“拉伸刚化效应”在结构性能的设计和分析中已经得到了比较完善的研究，为在受弯构件挠度计算中引入“拉伸刚化效应”的影响，钢筋混凝土构件规范ACI318-05采用钢筋混凝土截面刚度由未开裂状态逐渐降低到开裂状态的方法。目前，关于FRP筋材混凝土构件的设计有几个设计建议和原则，其中基于ACI318-05提出的ACI方程是目前最权威的一套建议，然而这些方程对FRP配筋混凝土构件的使用能力极限状态性能的预测偏于不安全。其他还包括JSCE(1997)、ISIS(2001)和ACI(2003)(ACI440.1R-03)等在内的FRP配筋混凝土构件设计原则的规范，也全部低估了构件在使用荷载下的挠度，尤其是在低配筋率下。此外，不同研究人员对方程中的部分开裂截面有效惯性矩的处理有所不同，对如何解释“拉伸刚化效应”，目前还没有达成一致意见。因此，传统增强筋材混凝土结构存在以下问题：1、传统钢筋混凝土结构的应用广泛，但钢筋的锈蚀是一个严重的安全和经济问题；2、纤维增强聚合物（FRP）是一种新型材料，具有高强度和低弹模的特点，和钢筋相比性能差异较大；3、把FRP筋材作为增强筋材用于和混凝土共同工作，其分析方法和钢筋混凝土构件不同，其挠度和裂缝宽度成为控制因素；4、现有规范低估了FRP筋材混凝土构件在使用荷载下的挠度；5、受拉区混凝土在裂后提供额外的刚度的现象称为“拉伸刚化效应”，不同研究者对“拉伸刚化效应”的分析还未达成共识；6、国内还没有研究者从事相关方面的研究，目前现有装置不能进行增强筋材混凝土拉伸刚化性能试验研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足而提供一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，该FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置结构设计新颖，且能够有效地进行FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验，即能够有效地适用于增强筋材混凝土拉伸刚化性能试验研究。本专利技术的另一目的在于提供一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置的使用方法，该使用方法能够有效地利用FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置进行FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验，即能够有效地适用于增强筋材混凝土拉伸刚化性能试验研究。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现。一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，包括有FRP筋材混凝土构件，FRP筋材混凝土构件包括有FRP筋材、由混凝土浇筑于FRP筋材外围并与FRP筋材形成一体结构的混凝土部分，FRP筋材位于混凝土部分的芯部且FRP筋材沿着混凝土部分的长度方向延伸，FRP筋材的前端部朝前延伸至混凝土部分前端面的前端侧，FRP筋材的后端部朝后延伸至混凝土部分后端面的后端侧；FRP筋材前端部的外围套装有前端钢管，前端钢管的内壁与FRP筋材前端部之间设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；FRP筋材后端部的外围套装有后端钢管，后端钢管的内壁与FRP筋材后端部之间也设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；该FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置还包括有固定机台，固定机台包括有呈水平横向布置的水平台座，水平台座的前端部装设有呈竖向布置且上端部延伸至水平台座上端侧的反力墙，水平台座的上端部装设有试件承放支架，试件承放支架的上表面为呈水平面形状的支架放置面，支架放置面放置有滚轴组件，FRP筋材混凝土构件水平放置于试件承放支架的上端侧且FRP筋材混凝土构件通过滚轴组件滚动支撑；试件承放支架的前端侧装设有作动器，反力墙对应作动器螺装紧固有前端铰接座，作动器的固定端铰装于前端铰接座；作动器的加载端铰装有后端铰接座，后端铰接座装设有前端夹片锚具，前端夹片锚具锚固FRP筋材混凝土构件的前端钢管；试件承放支架的后端侧装设有反力支座，反力支座螺装紧固于水平台座的上端部，反力支座螺装紧固有锚具安装架，锚具安装架装设有后端夹片锚具，后端夹片锚具锚固FRP筋材混凝土构件的后端钢管；对于FRP筋材混凝土构件，混凝土部分的前端面通过环氧树脂粘合剂粘接固定有四个呈圆周环状均匀间隔分布的铁片，混凝土部分的后端边缘部对应各铁片分别通过环氧树脂粘合剂粘接固定有工字钢，各工字钢分别与相应的铁片前后对齐布置，各工字钢分别螺装有第一LVDT位移传感器，各工字钢与相应的铁片之间分别装设有沿着前后方向水平延伸的轻质钢丝，各轻质钢丝的前端部分别与相应的铁片紧固连接，各轻质钢丝的后端部分别与相应的第一LVDT位移传感器的测量端连接；FRP筋材的前端部于前端钢管与混凝土部分前端面之间紧固有前端夹具，FRP筋材的后端部于后端钢管与混凝土部分后端面之间紧固有后端夹具，前端夹具螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第二LVDT位移传感器，后端夹具螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第三LVDT位移传感器，各第二LVDT位移传感器的测量端分别与混凝土部分的前端面触接，各第三LVDT位移传感器的测量端分别与混凝土部分的后端面触接。其中，所述滚轴组件包括有从前至后依次间隔且对齐排布的滚轴组，各滚轴组分别包括有两个左右正对且间隔布置滚轴。其中，所述作动器的上端侧装设有牵引支架，牵引支架的上端部与所述反力墙连接，牵引支架的下端部与作动器的外壳连接。其中，所述反力支座包括有前端反力支座、位于前端反力支座后端侧的后端反力支座，前端反力支座与后端反力支座间隔布置，前端反力支座、后端反力支座分别螺装紧固于所述水平台座的上端部，所述锚具安装架螺装于前端反力支座，前端反力支座与后端反力支座之间装设有呈水平横向布置的千斤顶，千斤顶的前端部与前端反力支座连接，千斤顶的后端部与后端反力支座连接。其中，所述前端夹具包括有呈圆环形状的前端钢制套管，前端钢制套管套装于FRP筋材的前端部且位于前端钢管与混凝土部分前端面之间，前端钢制套管的外圆周面开设有径向完全贯穿的螺纹孔，螺纹孔内螺装有前端紧固螺丝，前端紧固螺丝旋紧于前端钢制套管的螺纹孔内且前端紧固螺丝压紧所述FRP筋材的前端部；所述后端夹具包括有呈圆环形状的后端钢制套管，后端钢制套管套装于FRP筋材的后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：包括有FRP筋材混凝土构件（1），FRP筋材混凝土构件（1）包括有FRP筋材（11）、由混凝土浇筑于FRP筋材（11）外围并与FRP筋材（11）形成一体结构的混凝土部分（12），FRP筋材（11）位于混凝土部分（12）的芯部且FRP筋材（11）沿着混凝土部分（12）的长度方向延伸，FRP筋材（11）的前端部朝前延伸至混凝土部分（12）前端面的前端侧，FRP筋材（11）的后端部朝后延伸至混凝土部分（12）后端面的后端侧；FRP筋材（11）前端部的外围套装有前端钢管（131），前端钢管（131）的内壁与FRP筋材（11）前端部之间设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；FRP筋材（11）后端部的外围套装有后端钢管（132），后端钢管（132）的内壁与FRP筋材（11）后端部之间也设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；/n该FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置还包括有固定机台（2），固定机台（2）包括有呈水平横向布置的水平台座（21），水平台座（21）的前端部装设有呈竖向布置且上端部延伸至水平台座（21）上端侧的反力墙（22），水平台座（21）的上端部装设有试件承放支架（3），试件承放支架（3）的上表面为呈水平面形状的支架放置面（31），支架放置面（31）放置有滚轴组件（4），FRP筋材混凝土构件（1）水平放置于试件承放支架（3）的上端侧且FRP筋材混凝土构件（1）通过滚轴组件（4）滚动支撑；/n试件承放支架（3）的前端侧装设有作动器（51），反力墙（22）对应作动器（51）螺装紧固有前端铰接座（52），作动器（51）的固定端铰装于前端铰接座（52）；作动器（51）的加载端铰装有后端铰接座（9），后端铰接座（9）装设有前端夹片锚具（61），前端夹片锚具（61）锚固FRP筋材混凝土构件（1）的前端钢管（131）；试件承放支架（3）的后端侧装设有反力支座（71），反力支座（71）螺装紧固于水平台座（21）的上端部，反力支座（71）螺装紧固有锚具安装架（72），锚具安装架（72）装设有后端夹片锚具（62），后端夹片锚具（62）锚固FRP筋材混凝土构件（1）的后端钢管（132）；/n对于FRP筋材混凝土构件（1），混凝土部分（12）的前端面通过环氧树脂粘合剂粘接固定有四个呈圆周环状均匀间隔分布的铁片（141），混凝土部分（12）的后端边缘部对应各铁片（141）分别通过环氧树脂粘合剂粘接固定有工字钢（142），各工字钢（142）分别与相应的铁片（141）前后对齐布置，各工字钢（142）分别螺装有第一LVDT位移传感器（171），各工字钢（142）与相应的铁片（141）之间分别装设有沿着前后方向水平延伸的轻质钢丝（143），各轻质钢丝（143）的前端部分别与相应的铁片（141）紧固连接，各轻质钢丝（143）的后端部分别与相应的第一LVDT位移传感器（171）的测量端连接；FRP筋材（11）的前端部于前端钢管（131）与混凝土部分（12）前端面之间紧固有前端夹具（15），FRP筋材（11）的后端部于后端钢管（132）与混凝土部分（12）后端面之间紧固有后端夹具（16），前端夹具（15）螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第二LVDT位移传感器（172），后端夹具（16）螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第三LVDT位移传感器（173），各第二LVDT位移传感器（172）的测量端分别与混凝土部分（12）的前端面触接，各第三LVDT位移传感器（173）的测量端分别与混凝土部分（12）的后端面触接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：包括有FRP筋材混凝土构件（1），FRP筋材混凝土构件（1）包括有FRP筋材（11）、由混凝土浇筑于FRP筋材（11）外围并与FRP筋材（11）形成一体结构的混凝土部分（12），FRP筋材（11）位于混凝土部分（12）的芯部且FRP筋材（11）沿着混凝土部分（12）的长度方向延伸，FRP筋材（11）的前端部朝前延伸至混凝土部分（12）前端面的前端侧，FRP筋材（11）的后端部朝后延伸至混凝土部分（12）后端面的后端侧；FRP筋材（11）前端部的外围套装有前端钢管（131），前端钢管（131）的内壁与FRP筋材（11）前端部之间设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；FRP筋材（11）后端部的外围套装有后端钢管（132），后端钢管（132）的内壁与FRP筋材（11）后端部之间也设置有由填充膨胀水泥而形成的膨胀水泥层；
该FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置还包括有固定机台（2），固定机台（2）包括有呈水平横向布置的水平台座（21），水平台座（21）的前端部装设有呈竖向布置且上端部延伸至水平台座（21）上端侧的反力墙（22），水平台座（21）的上端部装设有试件承放支架（3），试件承放支架（3）的上表面为呈水平面形状的支架放置面（31），支架放置面（31）放置有滚轴组件（4），FRP筋材混凝土构件（1）水平放置于试件承放支架（3）的上端侧且FRP筋材混凝土构件（1）通过滚轴组件（4）滚动支撑；
试件承放支架（3）的前端侧装设有作动器（51），反力墙（22）对应作动器（51）螺装紧固有前端铰接座（52），作动器（51）的固定端铰装于前端铰接座（52）；作动器（51）的加载端铰装有后端铰接座（9），后端铰接座（9）装设有前端夹片锚具（61），前端夹片锚具（61）锚固FRP筋材混凝土构件（1）的前端钢管（131）；试件承放支架（3）的后端侧装设有反力支座（71），反力支座（71）螺装紧固于水平台座（21）的上端部，反力支座（71）螺装紧固有锚具安装架（72），锚具安装架（72）装设有后端夹片锚具（62），后端夹片锚具（62）锚固FRP筋材混凝土构件（1）的后端钢管（132）；
对于FRP筋材混凝土构件（1），混凝土部分（12）的前端面通过环氧树脂粘合剂粘接固定有四个呈圆周环状均匀间隔分布的铁片（141），混凝土部分（12）的后端边缘部对应各铁片（141）分别通过环氧树脂粘合剂粘接固定有工字钢（142），各工字钢（142）分别与相应的铁片（141）前后对齐布置，各工字钢（142）分别螺装有第一LVDT位移传感器（171），各工字钢（142）与相应的铁片（141）之间分别装设有沿着前后方向水平延伸的轻质钢丝（143），各轻质钢丝（143）的前端部分别与相应的铁片（141）紧固连接，各轻质钢丝（143）的后端部分别与相应的第一LVDT位移传感器（171）的测量端连接；FRP筋材（11）的前端部于前端钢管（131）与混凝土部分（12）前端面之间紧固有前端夹具（15），FRP筋材（11）的后端部于后端钢管（132）与混凝土部分（12）后端面之间紧固有后端夹具（16），前端夹具（15）螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第二LVDT位移传感器（172），后端夹具（16）螺装有三个呈圆周环状均匀间隔分布的第三LVDT位移传感器（173），各第二LVDT位移传感器（172）的测量端分别与混凝土部分（12）的前端面触接，各第三LVDT位移传感器（173）的测量端分别与混凝土部分（12）的后端面触接。


2.根据权利要求1所述的一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：所述滚轴组件（4）包括有从前至后依次间隔且对齐排布的滚轴（41）组，各滚轴（41）组分别包括有两个左右正对且间隔布置滚轴（41）。


3.根据权利要求1所述的一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：所述作动器（51）的上端侧装设有牵引支架（8），牵引支架（8）的上端部与所述反力墙（22）连接，牵引支架（8）的下端部与作动器（51）的外壳连接。


4.根据权利要求1所述的一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：所述反力支座（71）包括有前端反力支座（711）、位于前端反力支座（711）后端侧的后端反力支座（712），前端反力支座（711）与后端反力支座（712）间隔布置，前端反力支座（711）、后端反力支座（712）分别螺装紧固于所述水平台座（21）的上端部，所述锚具安装架（72）螺装于前端反力支座（711），前端反力支座（711）与后端反力支座（712）之间装设有呈水平横向布置的千斤顶（713），千斤顶（713）的前端部与前端反力支座（711）连接，千斤顶（713）的后端部与后端反力支座（712）连接。


5.根据权利要求1所述的一种FRP筋材混凝土构件直接拉伸试验装置，其特征在于：所述前端夹具（15）包括有呈圆环形状的前端钢制套管（151），前端钢制套管（151）套装于FRP筋材（11）的前端部且位于前端钢管（131）与混凝土部分（12）前端面之间，前端钢制套管（151）的外圆周面开设有径向完全贯穿的螺纹孔，螺纹孔内螺装有前端紧固螺丝（152），前端紧固螺丝（152）旋紧于前端钢制套管（151）的螺纹孔内且前端紧固螺丝（152）压紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑愚，李皓天，张黎飞，夏立鹏，李明，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44