拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下frp筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及FRP筋耐久性研宄領(lǐng)域，特別涉及一種FRP筋在拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合 作用下多因素耐久性實(shí)驗(yàn)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因其價(jià)格低廉，施工簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異廣泛應(yīng)用土木工程、建筑和 軍工等。然而，鋼鐵資源有限，而且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在西部鹽湖、南海及近海工程中面臨 鋼筋銹蝕問(wèn)題，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命。纖維增強(qiáng)聚合物筋（Fiber Reinforced Polymer rebars,簡(jiǎn)稱FRP筋）具有抗拉強(qiáng)度高、質(zhì)輕、不導(dǎo)電、耐腐蝕等特點(diǎn)，而成為工程 領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)。
[0003] FRP筋不存在鋼筋的銹蝕問(wèn)題，但是由于FRP筋多采用聚合物基體，聚合物在高溫 潮濕、海洋鹽環(huán)境、微生物環(huán)境和混凝土堿環(huán)境下易發(fā)生溶脹與溶解而破壞基體結(jié)構(gòu)，降低 對(duì)纖維的保護(hù)。另外，常用增強(qiáng)材料玻璃纖維的骨架結(jié)構(gòu)為Si-O四面體，在強(qiáng)堿環(huán)境下容 易發(fā)生溶出和蝕刻現(xiàn)象，而大大降低FRP筋的力學(xué)性能。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始對(duì)FRP筋在 潮濕環(huán)境，酸、堿、鹽和高溫等環(huán)境下的耐久性能進(jìn)行研宄。工程結(jié)構(gòu)中，環(huán)境與荷載同時(shí)作 用于FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)，載荷會(huì)引起FRP筋表面裂縫，加速離子的擴(kuò)散。然而，現(xiàn)有研宄較 少考慮載荷應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下對(duì)FRP筋耐久性能的影響，主要原因是FRP筋的拉伸強(qiáng) 度高，應(yīng)力與環(huán)境的耦合難以實(shí)現(xiàn)。有研宄采用FRP筋下墜重物施加載荷，并將整體裝置放 入大的環(huán)境箱中實(shí)現(xiàn)耦合，為達(dá)到應(yīng)力水平需要的重物體積大，且浮力作用下應(yīng)力水平難 以控制，另外，加載裝置在腐蝕環(huán)境下容易破壞，使用周期短，成本高，精度低。
[0004] 因此，研制FRP筋在拉伸應(yīng)力與環(huán)境多因素耦合作用下耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置具有重 要的應(yīng)用價(jià)值，為FRP筋耐久性能研宄提供了科學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，推動(dòng)FRP筋在工程結(jié)構(gòu)中的 應(yīng)用，前景十分廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下FRP筋耐久性 能研宄中的不足，利用彈簧加載、傳感器技術(shù)和溫控技術(shù)，提供一種適用于研宄FRP筋在拉 伸應(yīng)力與鹽、堿、高低溫耦合的作用下耐久性能的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，從而對(duì)FRP筋的耐久性 能進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試和評(píng)價(jià)。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下 FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置，包括下拉板（1)、定位板（7)、設(shè)于下拉板（1)和定位板（7)之間 的上拉板（2)、穿過(guò)上拉板（2)并利用定位螺帽（4)設(shè)置于下拉板（1)和定位板（7)之間的 4根拉桿（3)、帶有螺紋桿的萬(wàn)向球鉸（8)、裝樣套管（10)、玻璃管（13)、溫度控制器（15); 所述上拉板（2)底部設(shè)有加力螺帽（5)，所述上拉板（2)和定位板（7)之間設(shè)有彈簧（6); 所述下拉板（1)、上拉板（2)的中部分別設(shè)有開孔，一對(duì)帶有螺紋桿的萬(wàn)向球鉸（8)分別穿 過(guò)下拉板（1)、上拉板⑵的中部開孔與裝樣套管（10)連接；萬(wàn)向球鉸⑶與下拉板⑴之 間設(shè)有應(yīng)力傳感器（9)，應(yīng)力傳感器（9)與數(shù)據(jù)采集器（16)連接；所述玻璃管（13)與溫度 控制器（15)連接。
[0007] 作為改進(jìn)，所述溫度控制器（15)的溫控范圍在-50~99°C。
[0008] 作為另一種改進(jìn)，所述玻璃管（13)為有機(jī)玻璃管。
[0009] 作為另一種改進(jìn)，4根拉桿（3)均勾分布。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置對(duì)拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下FRP筋耐久性 能測(cè)試方法，包括以下步驟：
[0011] (1)取FRP筋試樣12,其兩端采用螺紋鋼管11錨固，F(xiàn)RP筋試樣的中部套裝玻璃 管13、底部利用橡膠塞14和環(huán)氧樹脂膠密封；
[0012] (2)根據(jù)試樣高度，調(diào)整加力螺帽、上拉板、定位板和定位螺帽的相對(duì)位置，并利用 水平儀控制上拉板和定位板水平，將錨固好的FRP筋試樣旋入裝樣套管；
[0013] (3)由玻璃管的上端灌入模擬腐蝕溶液后，用保鮮膜覆蓋上端口；設(shè)定溫度控制 器溫度；
[0014] (4)根據(jù)設(shè)定的應(yīng)力水平，緩慢旋轉(zhuǎn)加力螺帽對(duì)FRP筋試樣施加軸心拉伸應(yīng)力，加 力過(guò)程中保持上拉板水平，利用應(yīng)力傳感器和數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，加載至設(shè)定 的應(yīng)力水平；每15min采集一次荷載，當(dāng)荷載水平下降5%時(shí)，調(diào)整加力螺帽恢復(fù)至原始應(yīng) 力水平；
[0015] (5)達(dá)到設(shè)定的持續(xù)時(shí)間后，關(guān)閉溫度控制器、應(yīng)力傳感器、數(shù)據(jù)采集器；卸去載 荷，取下FRP筋試樣；采用MTS試驗(yàn)機(jī)測(cè)試FRP筋試樣的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和極限拉伸應(yīng) 變；
[0016] 通過(guò)殘余強(qiáng)度f(wàn) (t，T，a)、彈性模量損失率e(t，T，a)和殘余應(yīng)變能H(t，T，a)對(duì) FRP筋拉伸與環(huán)境多因素耦合作用下的耐久性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；其中，殘余強(qiáng)度f(wàn)(t，T，a)、彈性 模量損失率e (t，T，a)和殘余應(yīng)變能H (t，T，a)通過(guò)公式（1) - (3)確定：
[0017] 殘余強(qiáng)度f(wàn)(t，T，a)，即拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用后FRP筋試樣的極限拉伸強(qiáng)度與 對(duì)比FRP筋試樣的拉伸強(qiáng)度的比值：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括下拉 板（1)、定位板（7)、設(shè)于下拉板（1)和定位板（7)之間的上拉板（2)、穿過(guò)上拉板（2)并利 用定位螺帽（4)設(shè)置于下拉板（1)和定位板（7)之間的4根拉桿（3)、帶有螺紋桿的萬(wàn)向球 較巧）、裝樣套管（10)、玻璃管（13)、溫度控制器（15);所述上拉板（2)底部設(shè)有加力螺帽 巧），所述上拉板（2)和定位板（7)之間設(shè)有彈黃化）；所述下拉板（1)、上拉板（2)的中部 分別設(shè)有開孔，一對(duì)帶有螺紋桿的萬(wàn)向球較（8)分別穿過(guò)下拉板（1)、上拉板（2)的中部開 孔與裝樣套管（10)連接；萬(wàn)向球較（8)與下拉板（1)之間設(shè)有應(yīng)力傳感器巧），應(yīng)力傳感 器（9)與數(shù)據(jù)采集器（16)連接；所述玻璃管（13)與溫度控制器（15)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于；所述溫度控制器（15)的溫控范圍在-50~99°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于；所述玻璃管（13)為有機(jī)玻璃管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于；4根拉桿（3)均勻分布。
5. -種利用權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的裝置對(duì)拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐 久性能測(cè)試方法，其特征在于：包括W下步驟： (1) 取FRP筋試樣，其兩端采用螺紋鋼管錯(cuò)固，F(xiàn)RP筋試樣的中部套裝玻璃管、底部利用 橡膠塞和環(huán)氧樹脂膠密封； (2) 根據(jù)試樣高度，調(diào)整加力螺帽、上拉板、定位板和定位螺帽的相對(duì)位置，并利用水平 儀控制上拉板和定位板水平，將錯(cuò)固好的FRP筋試樣旋入裝樣套管； (3) 由玻璃管的上端灌入模擬腐蝕溶液后，用保鮮膜覆蓋上端口；設(shè)定溫度控制器溫 度； (4) 根據(jù)設(shè)定的應(yīng)力水平，緩慢旋轉(zhuǎn)加力螺帽對(duì)FRP筋試樣施加軸屯、拉伸應(yīng)力，加力過(guò) 程中保持上拉板水平，利用應(yīng)力傳感器和數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，加載至設(shè)定的應(yīng) 力水平；每15min采集一次荷載，當(dāng)荷載水平下降5%時(shí)，調(diào)整加力螺帽恢復(fù)至原始應(yīng)力水 平； (5) 達(dá)到設(shè)定的持續(xù)時(shí)間后，關(guān)閉溫度控制器、應(yīng)力傳感器、數(shù)據(jù)采集器；卸去載荷，取 下FRP筋試樣；采用MTS試驗(yàn)機(jī)測(cè)試FRP筋試樣的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和極限拉伸應(yīng)變； 通過(guò)殘余強(qiáng)度f(wàn)(t，T，a)、彈性模量損失率e(t，T，a)和殘余應(yīng)變能H(t，T，a)對(duì)FRP筋 拉伸與環(huán)境多因素禪合作用下的耐久性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；其中，殘余強(qiáng)度f(wàn)(t，T，a)、彈性模量 損失率e(t，T，a)和殘余應(yīng)變能H(t，T，a)通過(guò)公式（1) - (3)確定； 殘余強(qiáng)度f(wàn)(t，T，a)，即拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的極限拉伸強(qiáng)度與對(duì)比FRP筋試樣的拉伸強(qiáng)度的比值：
(1) 彈性模量損失率，即拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的彈性模量與對(duì)比FRP筋 的彈性模量的差占初始彈性模量的百分量： (2) 殘余應(yīng)變能，即拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線積分面積 與對(duì)比FRP筋試樣的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的積分面積：
(3) 式中，f( 0為FRP筋拉伸加載過(guò)程中的應(yīng)力變化曲線方程。 其中，P。為FRP筋試樣未腐蝕前極限拉伸強(qiáng)度，E。為彈性模量、e1。為極限拉伸應(yīng)變；T為設(shè)定溫度，a為應(yīng)力水平，與模擬溶液禪合作用至齡期td后FRP筋試樣的極限拉伸強(qiáng)度 為Pt,T,。，彈性模量為和極限拉伸應(yīng)變?yōu)閑
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置對(duì)拉伸應(yīng)力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能測(cè)試方 法，其特征在于；模擬腐蝕溶液為飽和氨氧化巧溶液、強(qiáng)堿溶液、鹽溶液或鹽堿復(fù)合溶液。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種拉伸應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下FRP筋耐久性能實(shí)驗(yàn)裝置，包括下拉板(1)、定位板(7)、設(shè)于下拉板(1)和定位板(7)之間的上拉板(2)、穿過(guò)上拉板(2)并利用定位螺帽(4)設(shè)置于下拉板(1)和定位板(7)之間的4根拉桿(3)、帶有螺紋桿的萬(wàn)向球鉸(8)、裝樣套管(10)、玻璃管(13)、溫度控制器(15)；所述上拉板(2)底部設(shè)有加力螺帽(5)，所述上拉板(2)和定位板(7)之間設(shè)有彈簧(6)；所述下拉板(1)、上拉板(2)的中部分別設(shè)有開孔，一對(duì)帶有螺紋桿的萬(wàn)向球鉸(8)分別穿過(guò)下拉板(1)、上拉板(2)的中部開孔與裝樣套管(10)連接；萬(wàn)向球鉸(8)與下拉板(1)之間設(shè)有應(yīng)力傳感器(9)，應(yīng)力傳感器(9)與數(shù)據(jù)采集器(16)連接；所述玻璃管(13)與溫度控制器(15)連接。該裝置精準(zhǔn)度高，應(yīng)力水平可調(diào)，長(zhǎng)期施加荷載過(guò)程中應(yīng)力分布均勻，連續(xù)性好，溫度控制方便，可靠性高。
【IPC分類】G01N3-18
【公開號(hào)】CN104792626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510190662
【發(fā)明人】孫偉, 蔣金洋, 王桂玲, 武勝萍, 王鳳娟, 王彭生
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月21日