[發明專利]一種鋼-砼接觸界面力學特性測試裝置及其方法

有效

• 申請號: 201310252558.4
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103323340A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 越;劉明維;王俊杰;劉楠楠
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/10
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

????本發明屬于材料接觸界面力學特性參數測試領域，具體是土木工程中鋼-砼接觸界面力學特性測試。

背景技術

隨著國家基礎設施建設的飛速發展，鋼護筒嵌巖樁大量用于大跨度橋梁、超高層建筑、大型碼頭等國家重大工程中。與傳統混凝土樁或鋼管樁相比，鋼護筒嵌巖樁及類似的鋼管混凝土樁最大的特點在于外層鋼護筒與樁芯混凝土共同承受荷載的作用，部分荷載作用于鋼護筒表面，通過鋼護筒與樁芯混凝土之間的界面傳遞至樁身內部再傳遞至地基，因此，樁基受載時鋼-砼之間接觸界面的力學特性將直接影響鋼護筒嵌巖樁的承載性能。界面的力學特性主要包括界面剪切特性與抗拉特性，其中剪切特性包括：剪應力隨剪位移變化規律、界面破壞規律，以及重復剪切條件下界面的殘余強度變化規律等。

界面剪切試驗是獲得鋼-砼界面剪切特性的基本方法。現有的界面剪切試驗方法與裝置一般來源于巖土體直接剪切試驗的方法及裝置，即將待測鋼板及待測混凝土分別放置在上下兩個剪切盒中，固定上剪切盒不動，并在上剪切盒頂部施加一定的豎向荷載，然后以一定的剪切速率推動下剪切盒，使兩種材料之間的接觸界面產生剪切位移，在此過程中記錄剪切應力與剪切位移之間的關系；改變不同的豎向荷載進行重復試驗，分析界面法向應力對界面剪切特性的影響。類似鋼-砼界面剪切特性試驗已取得了一定的成果，但相關的試驗方法與試驗裝置具有一定的缺陷，如為了破壞界面法向應力對界面剪切特性的影響，在上剪切盒頂部施加與重力方向相同的豎向荷載，上剪切盒內材料受到的荷載通過盒壁向下傳遞，連同上剪切盒自身的重力，使上、下剪切盒之間產生一定的摩擦力；同時，下剪切盒要置于剛性底座上，在上部荷載的作用下，必然在下剪切盒與底座之間也會產生摩擦力。鋼-砼界面剪切特性與傳統土體剪切試驗不同，為模擬實際工程，所施加的豎向荷載一般較大，以上兩部分摩擦對試驗結果的影響一般難以忽略，進而影響試驗結果的精確度。對于傳統剪切試驗，剪切過程中界面接觸面積還會隨剪切位移的增加而減小，從而使試驗結果產生誤差。同時，對于鋼-砼接觸界面的抗拉特性，一般需要利用另外的試驗裝置進行試驗，造成資源的浪費。

鋼-砼接觸界面的力學特性不僅與界面的法向應力有關，還與界面的法向剛度有關，同時受混凝土的強度、界面的粗糙度、材料的抗磨損性等因素的影響。目前，傳統的鋼-砼界面力學特性試驗僅對不同法向應力條件下的剪切特性研究較多，尚未形成全面、成熟的鋼-砼界面力學特性測定技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種避免摩擦因素干擾，且能夠實現在不同法向應力、法向剛度條件下對鋼-砼界面力學特性測定的裝置。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種鋼-砼接觸界面力學特性測試裝置，包括水平設置、且相互平行的至少兩條導軌。所述導軌上安放底座，所述導軌的兩端分別安裝有固定剛性擋板和可動剛性擋板。所述固定剛性擋板與可動剛性擋板的板面正對底座，所述固定剛性擋板與導軌的相對位置固定不變，所述可動剛性擋板和底座能夠在外力作用下沿導軌滑動。

所述底座具有一個水平上端面。試驗時，所述上端面承載被測試樣。所述被測試樣包括一塊垂直放置在底座上的待測鋼板，所述待測鋼板的兩個板面分別面向固定剛性擋板和可動剛性擋板，所述待測鋼板的兩個板面分別與混凝土塊Ⅰ和混凝土塊Ⅱ黏結。所述混凝土塊Ⅰ面向固定剛性擋板的側面與剛性蓋板Ⅰ接觸，所述混凝土塊Ⅱ面向可動剛性擋板的側面與剛性蓋板Ⅱ接觸。試驗時，所述剛性蓋板Ⅰ與固定剛性擋板之間安裝有連接件Ⅰ，即所述連接件Ⅰ的一端連接在剛性蓋板Ⅰ的板面、另一端連接在固定剛性擋板的板面。所述剛性蓋板Ⅱ與可動剛性擋板之間安裝有連接件Ⅱ，即連接件Ⅱ的一端連接在剛性蓋板Ⅱ的板面、另一端連接在可動剛性擋板的板面。

所述導軌的一側具有水平加載及測量裝置，所述水平加載及測量裝置的伸縮端與所述待測鋼板連接。試驗時，所述水平加載及測量裝置對待測鋼板施加垂直于導軌方向的推力或拉力。

所述可動剛性擋板背向被測試樣的板面與伺服液壓加載裝置的壓頭連接。試驗時，所述伺服液壓加載裝置對可動剛性擋板施加平行于導軌方向的推力。

本發明的另一個目的是采用上述鋼-砼接觸界面力學特性測試裝置進行等法向剛度試驗的方法，包括以下步驟：?

1）將試驗用鋼板按要求的尺寸切割成矩形待測鋼板，所述待測鋼板具有兩個板面、上下兩個端面和左右兩個端面。將所述待測鋼板的下端面擱置在所述底座的上表面并使得所述待測鋼板的兩個板面與導軌垂直。所述待測鋼板的左端面與水平加載裝置的伸縮端連接。