一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法，其中，支架装置包括双跑滑轨和左右两个支架；锚固装置分为左锚固和右锚固装置，左锚固装置包括带挡板、凹槽的小车和试块夹具，试块夹具置于小车的凹槽中可前后移动；右锚固装置包括自锚盒和楔形夹具，整个夹具置于自锚盒中，自锚盒通过穿插式矩形板固定；复合材料的一端铺设在试块上表面，另一端水平延伸至右锚固装置中的楔形夹具中；施力装置为千斤顶，对小车施加一个水平方向的推力，使得待测试件的粘结面上形成一水平剪应力。本发明专利技术克服了双面剪切试验中无法完全保证双面受力相同的缺点，且整个试验装置结构合理简单，操作方便，测试误差小，适用性好，能重复使用。重复使用。重复使用。

【技术实现步骤摘要】
一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及其测试方法


[0001]本专利技术属于测试界面粘结性能
，尤其涉及一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统及实施方法。

技术介绍

[0002]目前采用高性能复合材料来加固结构的工程领域较为广泛，而界面粘结性能是其性能测试的最重要的指标之一，只有当二者之间具有良好的粘结能力，才能使加固效果得以实现。
[0003]为了有效测出复合材料与试块之间的滑移距离，进而有效地评估二者的界面粘结性能，现有的测试方法主要有双剪试验测试方法，单剪试验测试方法等。公开号CN103776766A的专利中提出一种玄武岩纤维布与混凝土界面粘结性能的测试方法，该装置通过使两块混凝土试块的中心线处于同一直线上，通过万向铰调整偏心距，再利用万能材料实验机进行加载的测试方法，但该装置试验仪器不方便携带，导致试验操作受限，且属于双面剪切试验的特性，双面受力不能保证完全相同，易造成较大的试验误差；公开号CN108088756A的专利中提出一种用于研究FRP(纤维增强复合材料)
‑
混凝土界面粘结性能的实验装置及其使用方法，该装置通过单剪夹持板和正拉夹持板固定试件，实现垂直居中加载，分别进行单剪试验和正拉试验，但该装置夹持板中开设的通孔限制了FRP的尺寸，单剪夹持板设置的定位件也需根据试件大小设计，因此存在试件尺寸具有局限性，适用性不高的缺点，同时单剪实验时FRP片材容易翘起，正拉实验时试件底部粘结片材，片材不能直接夹持在试验机上，还需通过连接件再被试验机夹持，试验过程中存在着对试验结果可能造成较大误差的因素。另外，上述两种专利技术装置都没有考虑试验过程中装置间的摩擦力的影响。
[0004]鉴于上述原因，实需设计一种测量误差小，结构合理，操作方便且适用性好的测试系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种自平衡式界面粘结性能测试系统及实施方法，针对以往试验方法的不足，提出单剪测试方法和滚动替代滑动的理念来达到减小试验误差的目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，包括支架装置、锚固装置和施力装置；
[0008]支架装置包括双跑滑轨、左支架、缓冲垫、右支架、大螺杆、螺母、连接钢板；一对左支架安装于双跑滑轨一侧，缓冲垫位于一对左支架之间；一对右支架安装于双跑滑轨另一侧，连接钢板位于一对右支架之间；右支架中间为中空的，大螺杆纵向贯穿于中空部位和右支架顶部，大螺杆位于右支架上部具有一个螺母；
[0009]锚固装置包括左锚固装置和右锚固装置，左锚固装置包括小车、挡板、试块夹具，右锚固装置包括复合材料夹具、自锚盒；小车置于双跑滑轨上活动，试块置于小车上，复合
材料置于试块上，挡板位于小车上朝向连接钢板的一端，小车上具有用于固定复合材料和试块的试块夹具；复合材料夹具位于自锚盒内，部分复合材料延伸至复合材料夹具中；
[0010]施力装置包括安装于连接钢板的钢板底座，以及位于钢板底座上的千斤顶，千斤顶与挡板接触。
[0011]作为更进一步的优选方案，试块夹具包括插板盒和插板，插板具有于插板盒内升降活动的调节部以及用于夹紧复合材料和试块的夹紧部，夹紧部上具有用于固定的燕尾螺栓，插板盒侧部具有用于固定插板的螺栓。
[0012]作为更进一步的优选方案，小车两侧设有凹槽，凹槽垂直于试块，插板盒的底部位于凹槽内活动；所述小车通过滚球与双跑滑轨接触，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得千斤顶提供的推力与复合材料受到的拉力实现了最大程度上的转换，具体受力分析如下：
[0013]如图7所示，设千斤顶作用于挡板的推力为F，复合材料夹具外部的复合材料受到的拉力为T，小车与双跑滑轨的摩擦力为T
f
，有F＝T+T
f
，由于T
f
为滚动摩擦力，滚动摩擦力只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60，可忽略T
f
，即：F＝T。
[0014]作为更进一步的优选方案，右锚固装置中的复合材料夹具包括上部的复合材料夹具盖板和下部的复合材料夹具底板，复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板的侧部相互固定，复合材料夹具盖板上表面和复合材料夹具底板下表面均设有滚球，复合材料夹具盖板和复合材料夹具底板相对的面均为斜交型粗糙的网状面，复合材料置于复合材料夹具盖板与复合材料夹具底板之间，复合材料夹具盖板的上表面为斜面，朝向试块的一侧较低；所述右锚固装置中的自锚盒包括自锚盒盖板和自锚盒底板，自锚盒盖板位于复合材料夹具盖板上部，自锚盒盖板下表面为与复合材料夹具盖板上表面平行的斜面，复合材料夹具盖板的滚球与自锚盒盖板接触，自锚盒底板位于复合材料夹具底板下部，复合材料夹具底板的滚球与自锚盒底板接触；
[0015]整个右锚固装置能够提供足够的粘结力，保证复合材料在试验拉伸过程中不会在夹具中发生滑移和拔出现象；拟定进行单剪试验时，要求复合材料与复合材料夹具在不发生相对滑移时被拉断，此时复合材料与复合材料夹具之间的粘结力F
S
应大于复合材料的极限拉力，即：
[0016]F
S
≥f
u
A
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]F
S
＝2τ
u
A
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式(1)中，f
u
为复合材料单位面积的抗拉强度，单位MPa；A
s
为复合材料的面积,单位mm2；F
S
为复合材料与复合材料夹具间的粘结力，单位N；
[0019]式(2)中，为复合材料与复合材料夹具间的平均粘结强度，单位MPa；τ
u
与复合材料夹具间摩擦力F
f
成正比，F
f
越大则τ
u
越大；A为复合材料与复合材料夹具的锚固面积，单位mm2；
[0020]假设复合材料夹具对复合材料提供的压力为F
N
，复合材料与复合材料夹具间的静摩擦系数为μ1，则摩擦力F
f
与压力F
N
的关系：
[0021]F
f
＝μ1F
N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0022]令τ
u
＝F
f
/k，可得粘结力F
S
、压力F
N
与复合材料抗拉强度f
u
的关系：
[0023]F
S
＝2μ1F
N
A/k≥f
u
A
s
ꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：包括支架装置、锚固装置和施力装置；支架装置包括双跑滑轨(11)、左支架(12)、缓冲垫(121)、右支架(13)、大螺杆(131)、螺母(132)、连接钢板(133)；一对左支架(12)安装于双跑滑轨(11)一侧，缓冲垫(121)位于一对左支架(12)之间；一对右支架(13)安装于双跑滑轨(11)另一侧，连接钢板(133)位于一对右支架(13)之间；右支架(13)中间为中空的，大螺杆(131)纵向贯穿于中空部位和右支架(13)顶部，大螺杆(131)位于右支架(13)上部具有一个螺母(132)；锚固装置包括左锚固装置和右锚固装置，左锚固装置包括小车(21)、挡板(211)、试块夹具(22)，右锚固装置包括复合材料夹具、自锚盒；小车(21)置于双跑滑轨(11)上活动，试块(32)置于小车(21)上，复合材料(31)置于试块(32)上，挡板(211)位于小车(21)上朝向连接钢板(133)的一端，小车(21)上具有用于固定复合材料(31)和试块(32)的试块夹具(22)；复合材料夹具位于自锚盒内，部分复合材料(31)延伸至复合材料夹具中；施力装置包括安装于连接钢板(133)的钢板底座(142)，以及位于钢板底座(142)上的千斤顶(41)，千斤顶(41)与挡板(211)接触。2.根据权利要求1所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：所述试块夹具(22)包括插板盒(222)和插板(221)，插板(221)具有于插板盒(222)内升降活动的调节部以及用于夹紧复合材料(31)和试块(32)的夹紧部，夹紧部上具有用于固定的燕尾螺栓(231)，插板盒(222)侧部具有用于固定插板(221)的螺栓。3.根据权利要求2所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：所述小车(21)两侧设有凹槽(212)，凹槽(212)垂直于试块(32)，插板盒(222)的底部位于凹槽(212)内活动；所述小车(21)通过滚球(233)与双跑滑轨(11)接触，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，大大减小了小车与轨道之间的摩擦力，使得千斤顶(41)提供的推力与复合材料受到的拉力实现了最大程度上的转换，具体受力分析如下：设千斤顶(41)作用于挡板(211)的推力为F，复合材料夹具外部的复合材料(31)受到的拉力为T，小车(21)与双跑滑轨(11)的摩擦力为T
f
，有F＝T+T
f
，由于T
f
为滚动摩擦力，滚动摩擦力只有滑动摩擦阻力的1/40到1/60，可忽略T
f
，即：F＝T。4.根据权利要求3所述的一种自平衡式界面粘结性能单剪测试系统，其特征在于：所述右锚固装置中的复合材料夹具包括上部的复合材料夹具盖板(241)和下部的复合材料夹具底板(242)，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)的侧部相互固定，复合材料夹具盖板(241)上表面和复合材料夹具底板(242)下表面均设有滚球(233)，复合材料夹具盖板(241)和复合材料夹具底板(242)相对的面均为斜交型粗糙的网状面，复合材料(31)置于复合材料夹具盖板(241)与复合材料夹具底板(242)之间，复合材料夹具盖板(241)的上表面为斜面，朝向试块(32)的一侧较低；所述右锚固装置中的自锚盒包括自锚盒盖板(251)和自锚盒底板(252)，自锚盒盖板(251)位于复合材料夹具盖板(241)上部，自锚盒盖板(251)下表面为与复合材料夹具盖板(241)上表面平行的斜面，复合材料夹具盖板(241)的滚球(233)与自锚盒盖板(251)接触，自锚盒底板(252)位于复合材料夹具底板(242)下部，复合材料夹具底板(242)的滚球(233)与自锚盒底板(252)接触；整个右锚固装置能够提供足够的粘结力，保证复合材料(31)在试验拉伸过程中不会在夹具中发生滑移和拔出现象；拟定进行单剪试验时，要求复合材料(31)与复合材料夹具在
不发生相对滑移时被拉断，此时复合材料(31)与复合材料夹具之间的粘结力F
S
应大于复合材料(31)的极限拉力，即：F
S
≥f
u
A
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)F
S
＝2τ
u
A
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(1)中，f
u
为复合材料(31)单位面积的抗拉强度，单位MPa；A
s
为复合材料(31)的面积,单位mm2；F
S
为复合材料(31)与复合材料夹具间的粘结力，单位N；式(2)中，为复合材料(31)与复合材料夹具间的平均粘结强度，单位Mpa；τ
u
与复合材料夹具间摩擦力F
f
成正比，F
f
越大则τ
u
越大；A为复合材料(31)与复合材料夹具的锚固面积，单位mm2；假设复合材料夹具对复合材料(31)提供的压力为F
N
，复合材料(31)与复合材料夹具间的静摩擦系数为μ1，则摩擦力F...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤，代欢欢，朱潇鹏，王寅祺，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：