[發明專利]一種測量復材管環向彈性模量和泊松比的試驗方法

有效

• 申請號: 202110366444.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113281166B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 滕錦光;謝攀;汪子豪;劉開誠
• 申請（專利權）人: 香港理工大學深圳研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 謝松;徐凱凱

本發明公開了一種測量復材管環向彈性模量和泊松比的新型試驗方法，稱之為弧形試件拉伸試驗方法。本方法通過張拉沿復材管環向截取的弧形試件來測取復材管的環向彈性模量和泊松比，其中固定弧形試件端部的兩個楔形式自鎖夾具分別通過一個專門設計的單向鉸與拉伸試驗機相連，用以吸納試驗初始階段弧形試件的平面外彎曲變形。另外，本試驗方法對弧形試件的制備、拉伸試驗裝置、拉伸加載制度、環向彈性模量和泊松比計算方法，以及本試驗方法的適用范圍等都給出了具體而明確的規定。本發明操作簡單，測量結果準確，適用性廣，屬于纖維增強復合材料拉伸試驗技術領域。

技術領域

本發明涉及纖維增強復合材料測試技術領域，尤其涉及的是一種測量纖維增強復合材料管環向彈性模量和泊松比的新型試驗方法。

背景技術

纖維增強復合材料因其很高的比強度和優異的耐腐蝕性能，近年來作為一種混凝土約束材料被廣泛應用于土木工程領域，其中最典型的應用為：復材管約束混凝土柱。其中，復材管既可以采用濕鋪法手工制作，也可以直接采用復材纏繞管。考慮到纖維纏繞技術的生產自動化和良好的質量控制，以及施工的便捷性，在新建的復材約束混凝土柱中，復材纏繞管是最佳的選擇。

在復材管約束混凝土柱中，纖維的鋪陳方向與管軸向的夾角一般接近90度，這就意味著：在軸向壓力的作用下，混凝土的橫向膨脹能有效地被接近環向布置的纖維所約束，從而構件的強度和延性被有效地提高。

復材管約束混凝土柱受壓破壞的模態以復材管的纖維沿環向被拉斷、混凝土被壓碎為基本特征。因此，對于復材管而言，其沿環向的拉伸性能(包括環向極限拉伸應變、環向彈性模量和泊松比)，特別是環向彈性模量對于復材管約束混凝土的受力性能有著決定性的影響。在測量復合材料彈性模量的試驗方法中，除了傳統的直條形片材拉伸試驗、分裂盤試驗和水壓試驗外，世界各國的學者也提出了各種各樣的試驗方法，但是現有的這些方法在實際使用中都存在著一定的局限性，特別在測量復材管環向彈性模量的問題上，仍然沒有一個準確便捷的解決方案，還有待改進和發展。本專利為解決這個問題，依據現有的技術條件，提出了一個針對于測量復材管環向彈性模量和泊松比簡易可行、結果可靠、適用性廣的試驗方法。

直條形片材拉伸試驗測量纖維增強復合材料的拉伸性能在很多國家和地區的試驗規范里都有明確的闡述，例如《聚合物基復合材料拉伸性能標準試驗方法》[ASTM?D3039/D3039M-14(2014)]、《土木工程加固用纖維增強復合材料拉伸性能標準試驗方法》[ASTMD7565/D7565?M-10(2017)]、《定向纖維增強聚合物基復合材料拉伸性能試驗方法》[GB/T3354(2014)]、《纖維增強復合材料彈性常數測試方法》[GB/T?32376(2015)]等等。但是，該試驗方法主要是針對連續的單向纖維增強復合材料平板，無法用于復材纏繞管。而對于采用濕鋪法手工制作的復材管，雖然可以制作出相同材料和相同鋪層的直條形片材試件進行拉伸試驗，但是由于兩者之間曲率的差別，以及制作方法的不同，采用直條形片材拉伸試驗所測得的拉伸性能可能會高估復材約束混凝土中復合材料所表現的實際性能。

相較而言，分裂盤試驗采用了環形試件，相對完整地保持了管材的原有形狀，也廣泛應用于測量復材管的環向拉伸性能，如《塑料或增強塑料管表觀環向拉伸強度標準試驗方法》[ASTM?D2290-16(2016)]和《塑料管道系統——玻璃纖維增強熱固塑料管表觀初始周向拉伸強度試驗方法》[ISO?8521(2009)]。在分裂盤試驗中，為減少試件與分裂盤之間的摩擦力對試驗結果的不利影響，環形試件的測試段應盡可能靠近兩個半圓形分裂盤的間隙處。但是，隨著拉力的施加，兩個分裂盤逐漸分離，在試件的測試段上將產生無法避免的彎曲現象，因此無法獲取準確的復材管環向彈性模量和環向拉伸極限應變。針對這個問題，人們對分裂盤試驗方法提出了許多種改進措施，例如讓試件的測試段遠離分裂盤的間隙處，以消除試件彎曲對測試結果的影響，但這樣的處理卻帶來了另外一個問題：試件與分裂盤之間的摩擦力使得試件上產生沿圓周方向分布的拉伸應力梯度，導致無法獲取測試段準確的拉伸應力，從而也無法測得準確的復材管環向拉伸性能。