[發明專利]一種描述FRP-混凝土粘結面斷裂韌度的測定裝置及方法

有效

• 申請號: 201811305380.4
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109357937B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 范向前;胡少偉;陳徐東;郭玉柱;陸俊;劉決丁
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04
• 代理公司: 南京華恒專利代理事務所(普通合伙) 32335
• 代理人: 宋方園

本發明公開了一種描述FRP?混凝土粘結面斷裂韌度的測定裝置及方法,包括固定夾具、試件架和懸臂梁,本發明中FRP?混凝土粘結面不需要預留裂紋，從而避免了試驗中對裂縫尖端位置測量的需要以及預留裂紋長度、尖端形狀對試驗結果的影響。懸臂梁的高度沿著懸臂梁軸線方向，由懸臂端至尾端線性增大，懸臂端和尾端的橫截面呈矩形狀。本發明中使用的單懸臂梁,其梁高沿著梁軸線方向線性增大，在斷裂過程中單懸臂梁的柔度隨裂縫擴展,長度的梯度變化為常數，簡化了FRP加固混凝土Ⅰ型斷裂臨界應變能釋放率的計算。

技術領域

本發明涉及一種材料斷裂界面斷裂韌度的測定裝置，尤其涉及一種描述FRP-混凝土粘結面斷裂韌度的測定裝置及方法,屬于材料力學測試領域。

背景技術

混凝土結構在其服役期間，老齡化和環境影響導致結構的力學性能在一定程度上逐漸降低。同時荷載的激增或偶然荷載的破壞也可能使結構承載能力過早的下降或喪失。與拆除重建相比，采取適當的加固方法來提高既有混凝土結構的力學性能往往更經濟合理，因此也催生了各種加固方法和加固新材料。在各種加固材料中，由于纖維增強復合材料(FRP)具有高強輕質、耐久抗疲勞等優良特性，且外貼FRP施工技術簡便，因此FRP材料在加固混凝土結構方面得到了廣泛的應用。大量工程實踐表明，FRP加固混凝土體系往往會因FRP與混凝土基底之間粘結面的過早失效而破壞，FRP-混凝土界面粘結性能成為影響加固效果的一個重要因素，因此需要開發有效的測試和分析方法來研究FRP-混凝土界面粘結性能。

根據斷裂力學原理，混凝土脆性斷裂的應力強度因子K(其臨界值即斷裂韌度K_C)和能量釋放率G判據是完全一致的。二者相比，應力強度因子準確計算十分困難，而能量釋放率G可以用柔度法測定，因此可以用FRP加固混凝土的界面斷裂臨界應變能釋放率G_C來替代傳統材料疲勞公式中的斷裂韌度K_C，對FRP-混凝土界面粘結性能進行描述和表征。雙懸臂梁試驗是被廣泛應用于測定材料斷裂性能的傳統試驗方法，但在FRP加固混凝土材料的斷裂性能試驗中存在一系列難以避免的問題，例如由于混凝土抗拉強度不夠而使斷裂發生在懸臂梁上，預留裂紋的長度、尖端形狀的不同而導致測定結果的不同等問題。另外雙懸臂梁試驗中裂紋的尖端位置必須在試驗時進行準確地物理測量等，而裂紋尖端位置的準確測量難度很大。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種描述FRP-混凝土粘結面斷裂韌度的測定裝置及方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的描述FRP-混凝土粘結面I型斷裂界面斷裂韌度的測定裝置，包括固定夾具、試件架和懸臂梁,

試件架包括沿軸向放置的底板9，底板的上表面固連有固定鋼板8，固定鋼板8向上延伸有限位板，固定鋼板8、限位板以及活動鋼板7合并形成鉗口，鉗口內放置有與鉗口形狀相對應的臺形混凝土試件6，臺形混凝土試件6的上表面粘粘一層FRP板5，FRP板的上表面壓蓋有懸臂梁4；本發明中FRP-混凝土粘結面不需要預留裂紋，從而避免了試驗中對裂縫尖端位置測量的需要以及預留裂紋長度、尖端形狀對試驗結果的影響。

懸臂梁的高度沿著懸臂梁軸線方向，由懸臂端至尾端線性增大，懸臂端和尾端的橫截面呈矩形狀。矩形的斜邊與底邊的角度不需要定量描述,角度太大不僅浪費材料，質量也重，試驗不方便。角度太小的話，較小荷載就會彎曲過大，容易在試件破壞前超出COD的量程。因此，此角度應滿足使整個試驗過程中在試件破壞前不超過COD的量程。

本發明中使用的單懸臂梁,其梁高沿著梁軸線方向線性增大，在斷裂過程中單懸臂梁的柔度隨裂縫擴展,長度的梯度變化為常數，簡化了FRP加固混凝土Ⅰ型斷裂臨界應變能釋放率的計算。

懸臂梁4的懸臂端對應的固定有固定夾具。

進一步地,固定夾具包括固連在底板下方的豎向鋼桿10和與豎向鋼桿對應的錨具，錨具包括套接在懸臂梁的懸臂端的槽鋼2，槽鋼2頂部連接有帶螺母鋼桿3，帶螺母鋼桿3的中部連接有鋼制拉環1。