拉伸應力與環(huán)境耦合作用下frp筋耐久性能實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及FRP筋耐久性研宄領域，特別涉及一種FRP筋在拉伸應力與環(huán)境耦合 作用下多因素耐久性實驗方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 鋼筋混凝土結構因其價格低廉，施工簡單，性能優(yōu)異廣泛應用土木工程、建筑和 軍工等。然而，鋼鐵資源有限，而且鋼筋混凝土結構在西部鹽湖、南海及近海工程中面臨 鋼筋銹蝕問題，嚴重影響混凝土結構的服役壽命。纖維增強聚合物筋（Fiber Reinforced Polymer rebars,簡稱FRP筋）具有抗拉強度高、質輕、不導電、耐腐蝕等特點，而成為工程 領域研宄的熱點。
[0003] FRP筋不存在鋼筋的銹蝕問題，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構，降低 對纖維的保護。另外，常用增強材料玻璃纖維的骨架結構為Si-O四面體，在強堿環(huán)境下容 易發(fā)生溶出和蝕刻現象，而大大降低FRP筋的力學性能。因此，國內外學者開始對FRP筋在 潮濕環(huán)境，酸、堿、鹽和高溫等環(huán)境下的耐久性能進行研宄。工程結構中，環(huán)境與荷載同時作 用于FRP筋混凝土結構，載荷會引起FRP筋表面裂縫，加速離子的擴散。然而，現有研宄較 少考慮載荷應力與環(huán)境耦合作用下對FRP筋耐久性能的影響，主要原因是FRP筋的拉伸強 度高，應力與環(huán)境的耦合難以實現。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)境箱中實現耦合，為達到應力水平需要的重物體積大，且浮力作用下應力水平難 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筋在拉伸應力與環(huán)境多因素耦合作用下耐久性能實驗裝置具有重 要的應用價值，為FRP筋耐久性能研宄提供了科學的實驗儀器，推動FRP筋在工程結構中的 應用，前景十分廣闊。

【發(fā)明內容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現有拉伸應力與環(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、傳感器技術和溫控技術，提供一種適用于研宄FRP筋在拉 伸應力與鹽、堿、高低溫耦合的作用下耐久性能的實驗裝置及方法，從而對FRP筋的耐久性 能進行準確的測試和評價。
[0006] 技術方案：為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種拉伸應力與環(huán)境耦合作用下 FRP筋耐久性能實驗裝置，包括下拉板（1)、定位板（7)、設于下拉板（1)和定位板（7)之間 的上拉板（2)、穿過上拉板（2)并利用定位螺帽（4)設置于下拉板（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)底部設有加力螺帽（5)，所述上拉板（2)和定位板（7)之間設有彈簧（6); 所述下拉板（1)、上拉板（2)的中部分別設有開孔，一對帶有螺紋桿的萬向球鉸（8)分別穿 過下拉板（1)、上拉板⑵的中部開孔與裝樣套管（10)連接；萬向球鉸⑶與下拉板⑴之 間設有應力傳感器（9)，應力傳感器（9)與數據采集器（16)連接；所述玻璃管（13)與溫度 控制器（15)連接。
[0007] 作為改進，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，所述玻璃管（13)為有機玻璃管。
[0009] 作為另一種改進，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拉伸應力與環(huán)境耦合作用下FRP筋耐久性 能測試方法，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，FRP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)根據試樣高度，調整加力螺帽、上拉板、定位板和定位螺帽的相對位置，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；設定溫度控制 器溫度；
[0014] (4)根據設定的應力水平，緩慢旋轉加力螺帽對FRP筋試樣施加軸心拉伸應力，加 力過程中保持上拉板水平，利用應力傳感器和數據采集器實時監(jiān)測應力變化，加載至設定 的應力水平；每15min采集一次荷載，當荷載水平下降5%時，調整加力螺帽恢復至原始應 力水平；
[0015] (5)達到設定的持續(xù)時間后，關閉溫度控制器、應力傳感器、數據采集器；卸去載 荷，取下FRP筋試樣；采用MTS試驗機測試FRP筋試樣的拉伸強度、彈性模量和極限拉伸應 變；
[0016] 通過殘余強度f (t，T，a)、彈性模量損失率e(t，T，a)和殘余應變能H(t，T，a)對 FRP筋拉伸與環(huán)境多因素耦合作用下的耐久性能進行評價；其中，殘余強度f(t，T，a)、彈性 模量損失率e (t，T，a)和殘余應變能H (t，T，a)通過公式（1) - (3)確定：
[0017] 殘余強度f(t，T，a)，即拉伸應力與環(huán)境耦合作用后FRP筋試樣的極限拉伸強度與 對比FRP筋試樣的拉伸強度的比值：
【主權項】
1. 一種拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實驗裝置，其特征在于：包括下拉 板（1)、定位板（7)、設于下拉板（1)和定位板（7)之間的上拉板（2)、穿過上拉板（2)并利 用定位螺帽（4)設置于下拉板（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)底部設有加力螺帽 巧），所述上拉板（2)和定位板（7)之間設有彈黃化）；所述下拉板（1)、上拉板（2)的中部 分別設有開孔，一對帶有螺紋桿的萬向球較（8)分別穿過下拉板（1)、上拉板（2)的中部開 孔與裝樣套管（10)連接；萬向球較（8)與下拉板（1)之間設有應力傳感器巧），應力傳感 器（9)與數據采集器（16)連接；所述玻璃管（13)與溫度控制器（15)連接。
2. 根據權利要求1所述的一種拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實驗裝置， 其特征在于；所述溫度控制器（15)的溫控范圍在-50~99°C。
3. 根據權利要求1所述的一種拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實驗裝置， 其特征在于；所述玻璃管（13)為有機玻璃管。
4. 根據權利要求1所述的一種拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能實驗裝置， 其特征在于；4根拉桿（3)均勻分布。
5. -種利用權利要求1至4任一項所述的裝置對拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐 久性能測試方法，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固，FRP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) 根據試樣高度，調整加力螺帽、上拉板、定位板和定位螺帽的相對位置，并利用水平 儀控制上拉板和定位板水平，將錯固好的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；設定溫度控制器溫 度； (4) 根據設定的應力水平，緩慢旋轉加力螺帽對FRP筋試樣施加軸屯、拉伸應力，加力過 程中保持上拉板水平，利用應力傳感器和數據采集器實時監(jiān)測應力變化，加載至設定的應 力水平；每15min采集一次荷載，當荷載水平下降5%時，調整加力螺帽恢復至原始應力水 平； (5) 達到設定的持續(xù)時間后，關閉溫度控制器、應力傳感器、數據采集器；卸去載荷，取 下FRP筋試樣；采用MTS試驗機測試FRP筋試樣的拉伸強度、彈性模量和極限拉伸應變； 通過殘余強度f(t，T，a)、彈性模量損失率e(t，T，a)和殘余應變能H(t，T，a)對FRP筋 拉伸與環(huán)境多因素禪合作用下的耐久性能進行評價；其中，殘余強度f(t，T，a)、彈性模量 損失率e(t，T，a)和殘余應變能H(t，T，a)通過公式（1) - (3)確定； 殘余強度f(t，T，a)，即拉伸應力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的極限拉伸強度與對比FRP筋試樣的拉伸強度的比值：
(1) 彈性模量損失率，即拉伸應力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的彈性模量與對比FRP筋 的彈性模量的差占初始彈性模量的百分量： (2) 殘余應變能，即拉伸應力與環(huán)境禪合作用后FRP筋試樣的拉伸應力應變曲線積分面積 與對比FRP筋試樣的拉伸應力-應變曲線的積分面積：
(3) 式中，f( 0為FRP筋拉伸加載過程中的應力變化曲線方程。 其中，P。為FRP筋試樣未腐蝕前極限拉伸強度，E。為彈性模量、e1。為極限拉伸應變；T為設定溫度，a為應力水平，與模擬溶液禪合作用至齡期td后FRP筋試樣的極限拉伸強度 為Pt,T,。，彈性模量為和極限拉伸應變?yōu)閑
6.根據權利要求5所述的裝置對拉伸應力與環(huán)境禪合作用下FRP筋耐久性能測試方 法，其特征在于；模擬腐蝕溶液為飽和氨氧化巧溶液、強堿溶液、鹽溶液或鹽堿復合溶液。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種拉伸應力與環(huán)境耦合作用下FRP筋耐久性能實驗裝置，包括下拉板(1)、定位板(7)、設于下拉板(1)和定位板(7)之間的上拉板(2)、穿過上拉板(2)并利用定位螺帽(4)設置于下拉板(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)底部設有加力螺帽(5)，所述上拉板(2)和定位板(7)之間設有彈簧(6)；所述下拉板(1)、上拉板(2)的中部分別設有開孔，一對帶有螺紋桿的萬向球鉸(8)分別穿過下拉板(1)、上拉板(2)的中部開孔與裝樣套管(10)連接；萬向球鉸(8)與下拉板(1)之間設有應力傳感器(9)，應力傳感器(9)與數據采集器(16)連接；所述玻璃管(13)與溫度控制器(15)連接。該裝置精準度高，應力水平可調，長期施加荷載過程中應力分布均勻，連續(xù)性好，溫度控制方便，可靠性高。
【IPC分類】G01N3-18
【公開號】CN104792626
【申請?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
【申請人】東南大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月21日