测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置和试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，包括两个张拉弧形钢块、两个固定弧形钢块、四根螺杆、连接节点、两个连接件、两个支撑杆、牵引机构、轴向应变片、环形应变片；四根螺杆均与连接节点固定；连接件与固定弧形钢块螺纹连接，连接件与螺杆螺纹连接，两个连接件排列成一字形；支撑杆与螺杆螺纹连接，支撑杆抵住张拉弧形钢块的内侧面，两个支撑杆排列成一字形；牵引机构与两个张拉弧形钢块可拆卸式连接；轴向应变片和环向应变片设在环形试样的外表面。本发明专利技术还涉及测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验方法。本发明专利技术测量精通高，通用性强，属于土木工程中结构材料性能检测技术领域。

【技术实现步骤摘要】
测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置和试验方法
本专利技术涉及土木工程中结构材料性能检测技术，具体涉及测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置和试验方法。
技术介绍
纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，即FRP)作为一种新型的材料，具有强度高、耐腐蚀性好等优良的性能，近年来被广泛应用于土木工程领域，其中最典型的应用为纤维增强复合材料管(以下简称：复材管)约束混凝土。复材管既可以采用湿铺法手工制作，也可以直接采用拉挤制作或纤维缠绕制作。在轴向压力的作用下，混凝土的横向膨胀能够有效的被接近环向布置的纤维所约束，从而大大的提高了构件的强度和延性。对于复材管约束混凝土而言，复材管的环向拉伸性能(包括环向极限拉伸应变、环向弹性模量和泊松比)，特别是环向弹性模量和环向极限拉伸应变对于其力学性能有着至关重要的影响。在测量复合材料拉伸性能的试验方法中，除了直条形片材拉伸试验以及传统的分裂盘试验外，世界各国的学者也提出了各种各样的试验方法，但是现有的这些方法在实际应用中都存在着一定的局限性，仍然没有一个准确便捷的解决方案。利用直条形片材拉伸试验方法来测量纤维增强复合材料的拉伸性能在很多国家和地区的试验规范里都有明确的阐述，例如《聚合物基复合材料拉伸性能标准试验方法》[ASTMD3039/D3039M-14(2014)]、《土木工程加固用纤维增强复合材料拉伸性能标准试验方法》[ASTMD7565/D7565M-10(2017)]、《定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法》[GB/T3354(2014)、《纤维增强复合材料弹性常数测试方法》[GB/T32376(2015)]等等。但是，直条形片材拉伸试验方法主要适用于连续的单向纤维增强复合材料平板。对复材拉挤或缠绕管而言，沿其环向只能截取出弧形试样，无法采用直条形片材拉伸试验方法；而对于采用手工湿铺法制作的复材管，虽然可以制作出与管材相同材料和相同铺层的直条形片材试样，并进行拉伸试验，但是由于两者之间曲率的差别，以及制作方法的不同，直条形片材拉伸试验方法的结果很难准确标定复材管的实际性能。相较于直条形片材试验方法，传统的分裂盘试验方法采用了环形试样，相对完整的保持了管材的原有形状，被广泛应用于测量复材管的环向性能，如《塑料或增强塑料管表观环向拉伸强度标准试验方法》[ASTMD2290-16(2016)]和《塑料管道系统——玻璃纤维增强热固塑料管表观初始周向拉伸强度试验方法》[ISO8521(2009)]均采用了此方法。但是传统的分裂盘试验方法中，为减少环形试样与分裂盘之间的摩擦力对试验结果的不利影响，环形试样的测试段应尽可能的靠近两个半圆形分裂盘的间隙处。但是，随着试验的进行，在拉力作用下两个分裂盘逐渐分离，从而在环形试样的测试段上将产生了无法避免的弯曲，导致试验最终无法获取准确的复材管环向拉伸弹性模量。针对这个问题，人们提出了很多种改进分裂盘试验的措施，例如让环形试样的测试段远离分裂盘的间隙处，以消除环形试样弯曲对测试结果的影响，但这样的处理却带来了另外一个问题：环形试样与分裂盘之间的摩擦使得环形试样上产生沿圆周方向的拉伸应力梯度，导致无法获取测试段准确的拉伸应力，从而也无法获得准确的复材管环向拉伸材料性能。另外，不管是工业化生产的复材缠绕管还是手工湿铺法制作的复材管，其管径和壁厚都存在一定的离散，而固定尺寸的分裂盘对复材管管径的离散度适应性较差，当分裂盘和复材管的直径差别越大时，上述由于测试段的弯曲所导致的测量误差将越大。如果想要消除弯曲、摩擦力等不利因素对测定复材管环向性能的影响，新型的分裂盘试验方法是最佳的选择。首先，新型分裂盘试验方法的环形试样保证了复材管的完整性。另外，新型分裂盘试验方法通过十字形四向螺杆来调节两个测试段固定弧形钢块之间的间距，可以很好的适应复材管管径的离散度，同时考虑实际复材管和测试段固定弧形钢块之间弧度的差别，在两者之间的空隙处插入直径渐变的滚针，以确保环形试样的测试段在试验过程中能够一直保持原有的弧度，处于拉伸状态，而不出现局部的弯曲。还有，张拉弧形钢块和固定弧形钢块的间隙离环形试样的测试段很近，加之通过涂抹润滑油尽可能消除环形试样测试段与固定弧形钢块之间的摩擦力，因此可以忽略试验过程中摩擦力对测试结果的影响。根据以上几点，新型分裂盘试验方法所测得的复材管环向弹性模量和环向拉伸极限应变非常可靠。综上，根据对现有技术的分析可以得知，传统测量复合材料力学性能的试验方法主要存在以下两个缺陷，使其无法适用于测定结构工程用复材管环向拉伸弹性模量、泊松比、环向极限拉伸应变和环形拉伸强度：缺陷1：直条形片材拉伸试验方法只适用于测定复材平板的相关性能，无法解决复材管沿环向具有弧度的问题；缺陷2：传统的分裂盘试验方法无法避免的弯曲或摩擦问题导致其所测得的复材管环向弹性模量误差较大，且固定尺寸的分裂盘对复材管管径偏差的适应性差；另外，根据结构工程用复材管的特点，还有学者提出了内压试验方法和弧形试样拉伸试验方法用来测试复材管的环向性能。但是前者因为试验中复材管高压状态下端部难以密闭的原因，后者因为需要将弧形试样拉直，所以两种试验方法均无法测得试样的环向拉伸强度和环向极限拉伸应变；另外，这两种试验方法也无法适用于直径较小、管壁较厚的复材管。为解决现有试验方法的局限性，依据现有的技术条件，本专利技术提出了一个针对于测量结构工程用复材管环向弹性模量、泊松比、环向极限拉伸应变和环形拉伸强度简易可行、结果可靠、适用性广的试验方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种测量精度高、通用性强的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置和试验方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，包括两个张拉弧形钢块、两个固定弧形钢块、四根螺杆、连接节点、两个连接件、两个支撑杆、牵引机构、轴向应变片、环形应变片；四根螺杆均与连接节点固定，四根螺杆呈十字形分布；连接件的一端为螺杆，连接件的另一端为螺母；两个固定弧形钢块的内侧面均设有螺纹孔，连接件的螺杆端与固定弧形钢块的螺纹孔螺纹连接，连接件的螺母端与螺杆螺纹连接，两个连接件排列成一字形；支撑杆的一端为螺母，支撑杆的另一端为钢棒，支撑杆的螺母端与螺杆螺纹连接，支撑杆的钢棒端抵住张拉弧形钢块的内侧面，两个支撑杆排列成一字形；将两个张拉弧形钢块向外拉伸的牵引机构与两个张拉弧形钢块可拆卸式连接；两个张拉弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；两个固定弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；轴向应变片和环向应变片设在环形试样的外表面。采用这种结构后，测量精度高，通用性强，解决了且固定尺寸的分裂盘对复材管管径偏差的适应性差的问题。作为一种优选，还包括滑动挡板、多套滚针；张拉弧形钢块设有滑槽，滑槽的数量为两个，两个滑槽分别位于张拉弧形钢块从内向外倾斜的两个侧面；滑动挡板的数量为四块，一个张拉弧形钢块中，两个滑槽与两块滑动挡板配合；滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：包括两个张拉弧形钢块、两个固定弧形钢块、四根螺杆、连接节点、两个连接件、两个支撑杆、牵引机构、轴向应变片、环形应变片；/n四根螺杆均与连接节点固定，四根螺杆呈十字形分布；连接件的一端为螺杆，连接件的另一端为螺母；两个固定弧形钢块的内侧面均设有螺纹孔，连接件的螺杆端与固定弧形钢块的螺纹孔螺纹连接，连接件的螺母端与螺杆螺纹连接，两个连接件排列成一字形；支撑杆的一端为螺母，支撑杆的另一端为钢棒，支撑杆的螺母端与螺杆螺纹连接，支撑杆的钢棒端抵住张拉弧形钢块的内侧面，两个支撑杆排列成一字形；将两个张拉弧形钢块向外拉伸的牵引机构与两个张拉弧形钢块可拆卸式连接；两个张拉弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；两个固定弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；轴向应变片和环向应变片设在环形试样的外表面。/n

【技术特征摘要】
1.测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：包括两个张拉弧形钢块、两个固定弧形钢块、四根螺杆、连接节点、两个连接件、两个支撑杆、牵引机构、轴向应变片、环形应变片；
四根螺杆均与连接节点固定，四根螺杆呈十字形分布；连接件的一端为螺杆，连接件的另一端为螺母；两个固定弧形钢块的内侧面均设有螺纹孔，连接件的螺杆端与固定弧形钢块的螺纹孔螺纹连接，连接件的螺母端与螺杆螺纹连接，两个连接件排列成一字形；支撑杆的一端为螺母，支撑杆的另一端为钢棒，支撑杆的螺母端与螺杆螺纹连接，支撑杆的钢棒端抵住张拉弧形钢块的内侧面，两个支撑杆排列成一字形；将两个张拉弧形钢块向外拉伸的牵引机构与两个张拉弧形钢块可拆卸式连接；两个张拉弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；两个固定弧形钢块与环形试样的内壁贴合的外侧面均为外凸的弧形面；轴向应变片和环向应变片设在环形试样的外表面。


2.按照权利要求1所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：还包括滑动挡板、多套滚针；张拉弧形钢块设有滑槽，滑槽的数量为两个，两个滑槽分别位于张拉弧形钢块从内向外倾斜的两个侧面；滑动挡板的数量为四块，一个张拉弧形钢块中，两个滑槽与两块滑动挡板配合；滑槽设有收缩位和伸出位，滑动挡板位于收缩位时滑动挡板的端部与张拉弧形钢块的外侧面端部对齐，滑动挡板从收缩位向外滑到伸出位时滑动挡板的端部抵住环形试样的内壁；环形试样内壁、张拉弧形钢块外侧面和滑动挡板之间围成滚针安装部，每一个滚针安装部处设置一套滚针，每一套滚针均包括多根滚针，多根滚针按直径由大到小依次排列。


3.按照权利要求2所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：每一套滚针中，滚针的直径为0.5mm-5mm；相邻的两根滚针直径之差为0.5mm。


4.按照权利要求1所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：牵引机构包括两个钢夹头、两个插销；两个张拉弧形钢块的厚度方向均设有通孔，钢夹头设有与通孔对应的固定孔，张拉弧形钢块通过插销与钢夹头连接，插销穿过通孔，插销的两端与固定孔配合；钢夹头上设有与拉伸试验机连接的端杆。


5.按照权利要求1所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：连接节点为立方体结构，螺杆与连接节点为一体成型结构。


6.按照权利要求1所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：张拉弧形钢块内侧面为平面，支撑杆的钢棒端头部为平面，支撑杆的钢棒端抵住张拉弧形钢块内侧面，支撑杆的钢棒端尾部设有螺纹段，与支撑杆的螺母端螺纹连接。


7.按照权利要求1所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：环形试样为环形片条状结构，环形试样包括两段宽度较大的连接段、两段宽度较小的测试段，连接段与测试段交替分布；两段测试段分别与两块张拉弧形钢块外侧面对中；轴向应变片和环向应变片位于测试段的中部。


8.测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验方法，采用权利要求1-7中任一项所述的测量结构工程用复合材料管环向拉伸性能的试验装置，其特征在于：包括如下步骤：
(1)环形试样制作：环形试样取自于试验用或工程实际用同批次的复合材料管，环形试样总数不少于5个；
(2)环形试样安装：
a.在环形试样两个测试段的中心位置沿环向分别贴上1个应变片，该环向粘贴的应变片为环形应变片，在环向应变片两端沿环形试样的轴向贴上2个应变片，这两个轴向粘贴的为轴向应变片；
b.将...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢攀，刘少锋，陈光明，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44