專利名稱：一種量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠測(cè)量粘結(jié)應(yīng)力沿鋼筋埋長(zhǎng)分布的試驗(yàn)方法，特別涉及使用拔 出試驗(yàn)測(cè)試鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移性能的試驗(yàn)，屬于力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼筋與混凝土的粘結(jié)是鋼筋與混凝土之間的一種復(fù)雜的相互作用，借助這種作用 來(lái)傳遞兩者間的應(yīng)力，保證鋼筋和混凝土的共同協(xié)調(diào)工作。這種作用實(shí)質(zhì)上是鋼筋與混凝 土接觸面上所產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力，即粘結(jié)應(yīng)力。粘結(jié)問(wèn)題是鋼筋混凝土的一個(gè)重 要物理力學(xué)性能，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度計(jì)算、變形和裂縫跨度計(jì)算的理論依據(jù)，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)。并且目前各類 高強(qiáng)鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中得到長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用，高強(qiáng)鋼筋的高強(qiáng)性能，只有在粘結(jié)得到 可靠保證時(shí)才能體現(xiàn)，因此對(duì)粘結(jié)問(wèn)題的深入研究，不僅對(duì)鋼筋的錨固、搭接和細(xì)部構(gòu)造等 工程設(shè)計(jì)問(wèn)題有實(shí)用價(jià)值，而且對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析、結(jié)構(gòu)抗震分析、高強(qiáng)鋼筋 在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用等也有重要的理論意義。各類鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能通常采用試驗(yàn)的方法進(jìn)行研究。粘結(jié)試驗(yàn)方法按其 研究目的可以歸納為三種類型(1)中心拔出試驗(yàn)；(2)梁式試驗(yàn)或模擬梁式試驗(yàn)；(3)局 部粘結(jié)-滑移試驗(yàn)。測(cè)定不同荷載作用下，沿鋼筋縱向粘結(jié)應(yīng)力的分布通常采用中心拔出試驗(yàn)，各點(diǎn) 的粘結(jié)應(yīng)力可以由相鄰兩點(diǎn)間鋼筋的應(yīng)力差除以接觸面積近似計(jì)算。因此，試驗(yàn)中需要測(cè) 定鋼筋沿埋長(zhǎng)的應(yīng)變分布。為了測(cè)量應(yīng)變時(shí)不至于破壞鋼筋與混凝土接觸面的粘結(jié)，歷來(lái) 通常采用的方法是將鋼筋沿縱向剖為兩半，在鋼筋內(nèi)開(kāi)槽并埋入標(biāo)距為1 3mm的應(yīng)變片 并引出導(dǎo)線，然后用環(huán)氧樹(shù)脂將兩半鋼筋粘結(jié)在一起，在兩半鋼筋拼合處還需點(diǎn)焊處理以 增加結(jié)合的牢固度。早在1951年，Mains用上述的鋼筋內(nèi)開(kāi)槽貼應(yīng)變片的方法測(cè)出了鋼筋的應(yīng)變。從 而第一次用充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪了粘結(jié)應(yīng)力分布，為以后的粘結(jié)機(jī)理探討作了開(kāi)創(chuàng)性工 作。此后的數(shù)十年間，人們借助鋼筋內(nèi)開(kāi)槽貼片法掌握了不同鋼筋和不同類型混凝土間的 粘結(jié)應(yīng)力分布規(guī)律。在各類粘結(jié)性能的試驗(yàn)中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。雖然鋼筋內(nèi)開(kāi)槽貼片法 能夠較好地測(cè)得鋼筋內(nèi)的應(yīng)變，但也存在其明顯的缺點(diǎn)(1)采用剖開(kāi)鋼筋并通長(zhǎng)銑槽的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)工作量較大，試件準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)。 而且成本過(guò)高，不利于大批量試驗(yàn)的推廣；(2)剖開(kāi)鋼筋并銑槽對(duì)鋼筋本身的損壞較大，造成鋼筋本身的性能發(fā)生較大改變， 試驗(yàn)結(jié)果可能失真，并且此法僅能夠應(yīng)用于處理較粗鋼筋，細(xì)鋼筋根本無(wú)法采用；(3)由于鋼筋創(chuàng)面較大，鋼筋拼合時(shí)應(yīng)變片的防水、防潮難度較大，以往試驗(yàn)中廢 片率較高。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)鋼筋內(nèi)開(kāi)槽貼片技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種低成 本、方便、快捷地量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法。該方法摒棄了對(duì)鋼筋剖成兩 半的做法，采取在鋼筋的粘結(jié)區(qū)段，沿鋼筋表面縱向銑槽貼片的方法來(lái)達(dá)到測(cè)量鋼筋應(yīng)變 的目的，可稱之為鋼筋表面縱向開(kāi)槽貼片法。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn) 一種量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括下列步驟1)對(duì)被量測(cè)鋼筋在粘結(jié)區(qū)段沿鋼筋表面縱向開(kāi)淺槽，在淺槽內(nèi)埋置箔式應(yīng)變片， 箔式應(yīng)變片的端部通過(guò)引出線引出；2)淺槽在埋好箔式應(yīng)變片后，采用硅橡膠做防水防潮處理，最后用環(huán)氧樹(shù)脂封槽；3)澆筑混凝土?xí)r，在箔式應(yīng)變片的導(dǎo)線外套裝塑料軟套管，鋼筋從混凝土試塊邊 緣引出；4)混凝土試件制作好后，按照相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)，通過(guò)采集儀連 通鋼筋中埋置的箔式應(yīng)變片，即可采集得到不同的荷載作用下鋼筋沿埋長(zhǎng)各點(diǎn)的應(yīng)變值 (O，利用胡克定理σ =Ε· ε即可轉(zhuǎn)換為鋼筋應(yīng)力(ο)沿鋼筋埋長(zhǎng)各點(diǎn)的分布，進(jìn)而采 用下式求得各點(diǎn)的粘結(jié)應(yīng)力值(τ)
d στ ——·-
4 dx式中，d為鋼筋直徑；X為不同位置。本發(fā)明的量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法和現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以 下特點(diǎn)(1)試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，方便快捷，試件制作省工且節(jié)約成本；(2)應(yīng)變片防水防潮處理方便，廢片率低；(3)對(duì)鋼筋的損傷較小，特別是大直徑鋼筋，使采集小直徑鋼筋的應(yīng)變沿埋長(zhǎng)分布 成為可能；(4)適合大批量試驗(yàn)的試件制作，易于推廣至鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究的各領(lǐng)域。
圖1為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施的試件示意圖；圖(a)是主視圖，圖(b)是圖(a)的側(cè)視 圖；圖2為開(kāi)槽鋼筋的平面示意圖；圖3為圖2的開(kāi)槽鋼筋橫截面圖；圖4為圖2的1-1剖切面圖；圖5為環(huán)氧樹(shù)脂填充器示意圖。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式根據(jù)本試驗(yàn)方法制作的試件如圖1所示。混凝土試塊3中含有箔式應(yīng)變片1、開(kāi)槽 鋼筋2、塑料軟導(dǎo)管4、應(yīng)變片導(dǎo)線5、塑料軟套管6。其中最主要的部分為開(kāi)槽鋼筋2以及箔式應(yīng)變片1的粘貼制備，如圖3 5所示。下面詳述制備過(guò)程中的技術(shù)要求(1)鋼筋開(kāi)槽參見(jiàn)圖2 圖4，鋼筋沿表面縱向采用銑床開(kāi)槽保證精度，槽深 2.5mm，槽寬5mm，槽長(zhǎng)度(L)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的埋長(zhǎng)加上相應(yīng)的箔式應(yīng)變片的預(yù)留量(一般頭尾 各10mm)。對(duì)光圓鋼筋和圓周規(guī)則的變形鋼筋可在任意位置開(kāi)槽，對(duì)于月牙肋鋼筋則應(yīng)在縱 肋上開(kāi)槽以降低對(duì)鋼筋表面的破壞；(2)貼箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片應(yīng)選用柵格尺寸為2mmX3mm的小型箔式應(yīng)變片， 先將箔式應(yīng)變片的端部引出細(xì)導(dǎo)線備用。在貼箔式應(yīng)變片前，需用丙酮仔細(xì)清洗掉鋼筋槽 內(nèi)和表面的油污，用記號(hào)筆在鋼筋槽邊緣標(biāo)記出所貼的箔式應(yīng)變片的位置，貼片時(shí)先在應(yīng) 變片底面涂上少許502膠，然后迅速覆上玻璃紙同時(shí)用橡皮按壓在槽中并相應(yīng)標(biāo)記位置， 數(shù)秒后移除橡皮和玻璃紙，檢查箔式應(yīng)變片的牢靠度和位置，此時(shí)應(yīng)使箔式應(yīng)變片的導(dǎo)線 從鋼筋引出。箔式應(yīng)變片的間距(W)應(yīng)根據(jù)埋長(zhǎng)選擇在2-3cm為宜；(3)防水防潮處理防水防潮是保證箔式應(yīng)變片在試驗(yàn)時(shí)正常工作的重要環(huán)節(jié)。 在每個(gè)箔式應(yīng)變片的表面涂上少許硅橡膠用于防水，同時(shí)硅橡膠的彈性可以使箔式應(yīng)變片 和鋼筋結(jié)合后的伸縮變形不受固化后的環(huán)氧樹(shù)脂影響，涂抹的量不宜過(guò)多，以剛好覆蓋箔 式應(yīng)變片為宜，以免影響環(huán)氧樹(shù)脂在槽中的錨固；(4)封槽這是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行填充。調(diào)制環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)應(yīng)控制 膠體的稠度，不宜過(guò)稀。過(guò)稀的樹(shù)脂填充后會(huì)溢出鋼筋槽使鋼筋污染嚴(yán)重，清理麻煩。為了 做到高效、迅速地往鋼筋槽中填充環(huán)氧樹(shù)脂，可以制作簡(jiǎn)單的環(huán)氧樹(shù)脂填充器備用，如圖5 所示。環(huán)氧樹(shù)脂填充器由廢棄的洗面奶空瓶51制成，即在洗面奶空瓶51的尾部上方開(kāi)具 一個(gè)灌膠口 52，在洗面奶空瓶51的瓶口的中間安裝一個(gè)中性筆管頭(53)，中性筆管頭(53) 和瓶口連接處54采用502膠粘合。填充好環(huán)氧樹(shù)脂的開(kāi)槽鋼筋要保證導(dǎo)線的引出，靜置，待環(huán)氧樹(shù)脂接近固化時(shí)，用 小刀清理填充時(shí)溢出的環(huán)氧樹(shù)脂，保證鋼筋和混凝土粘結(jié)面的有效性；(5)試件澆筑制備好的開(kāi)槽鋼筋按照?qǐng)D1中的試件要求安裝模板澆筑，為了不使 箔式應(yīng)變片引出導(dǎo)線在試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)早發(fā)生剪斷，在導(dǎo)線上需套上塑料軟套管6，澆筑時(shí)保 證導(dǎo)線從鋼筋中引出。(6)混凝土試件制作好后，按照相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)，通過(guò)采集儀 連通鋼筋中埋置的箔式應(yīng)變片，即可采集得到不同的荷載作用下鋼筋沿埋長(zhǎng)各點(diǎn)的應(yīng)變值 (O，利用胡克定理σ =Ε· ε即可轉(zhuǎn)換為鋼筋應(yīng)力(σ)沿鋼筋埋長(zhǎng)各點(diǎn)的分布，進(jìn)而采 用下式求得各點(diǎn)的粘結(jié)應(yīng)力值(τ)<formula>formula see original document page 5</formula>式中，d為鋼筋直徑；χ為不同位置。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，方便快捷，試件制作省工且節(jié)約 成本；箔式應(yīng)變片防水防潮處理方便，廢片率低；對(duì)鋼筋的損傷較小，適合大批量試驗(yàn)的試 件制作。
權(quán)利要求
一種量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括下列步驟1)對(duì)被量測(cè)鋼筋在粘結(jié)區(qū)段沿鋼筋表面縱向開(kāi)淺槽，在淺槽內(nèi)間隔埋置箔式應(yīng)變片，箔式應(yīng)變片的端部通過(guò)引出線引出；2)淺槽在埋好箔式應(yīng)變片后，采用硅橡膠做防水防潮處理，最后用環(huán)氧樹(shù)脂封槽；3)澆筑混凝土?xí)r，在箔式應(yīng)變片的導(dǎo)線外套裝塑料軟套管，鋼筋從混凝土試塊邊緣引出；4)混凝土試件制作好后，按照相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)，通過(guò)采集儀連通鋼筋中埋置的箔式應(yīng)變片，既可采集得到不同的荷載作用下鋼筋沿埋長(zhǎng)各點(diǎn)的應(yīng)變值(ε)，利用胡克定理σ＝E·ε即可轉(zhuǎn)換為鋼筋應(yīng)力(σ)沿鋼筋埋長(zhǎng)各點(diǎn)的分布，進(jìn)而采用下式求得各點(diǎn)的粘結(jié)應(yīng)力值(τ) <mrow><mi>τ</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>d</mi> <mn>4</mn></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <mi>dσ</mi> <mi>dx</mi></mfrac> </mrow>式中，d為鋼筋直徑；x為不同位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的淺槽深2.5mm,寬5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的箔式應(yīng)變片的間距取2mm 3mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種量測(cè)鋼筋與混凝土之間粘結(jié)應(yīng)力的試驗(yàn)方法，它主要是采用沿鋼筋表面縱向開(kāi)槽并在槽內(nèi)埋置貼箔式應(yīng)變片，達(dá)到量測(cè)鋼筋應(yīng)力沿埋長(zhǎng)分布的目的。采用本試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，方便快捷，試件制作省工且節(jié)約成本；防水防潮處理方便，廢片率低，對(duì)鋼筋的損傷較小，適合大批量試驗(yàn)的試件制作等優(yōu)點(diǎn)，易于推廣至鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究的各領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N19/04GK101819134SQ201010138178
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者吳淑海, 李曉文, 柴園園, 白國(guó)良 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)