一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土木工程中組合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能實驗測試，特別涉及一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成、且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按截面形式不同，可分為圓鋼管混凝土，方、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等?；炷恋目箟簭姸雀?，但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強度可成倍提高。同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，由于具有良好的受力性能和施工性能，被廣泛使用于各種結(jié)構(gòu)中。
[0003]隨著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)服役時間的推移和服役環(huán)境的侵蝕，將出現(xiàn)材料不斷老化、結(jié)構(gòu)性能退化、使用壽命減小等現(xiàn)象。研究表明:鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的降低是影響結(jié)構(gòu)耐久性的一個主要因素，鋼筋與混凝土界面粘結(jié)力性能的退化降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性。此外，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在其服役壽命周期內(nèi)承受多種荷載作用，有些結(jié)構(gòu)在正常使用過程中，經(jīng)常承受循環(huán)往復(fù)荷載的作用。隨著荷載作用次數(shù)的增加，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力將發(fā)生粘結(jié)損傷累積，鋼筋與混凝土間發(fā)生相對滑移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)撓度增加，甚至發(fā)生突然破壞。因此有必要開展鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力實驗研究，摸索荷載作用下粘結(jié)性能的退化規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置及測試方法，該測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，測試方法快速有效，給交變荷載作用下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)截面強度設(shè)計方法及相關(guān)計算參數(shù)選擇提供了依據(jù)，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，包括用于測試試件粘結(jié)力的加載設(shè)備以及用于夾持試件的夾具裝置，所述夾具裝置包括相對設(shè)置的夾具頂板、夾具底板以及連接夾具頂板、夾具底板的連接柱，即連接柱作為該夾具裝置的支撐其兩端分別連接夾具頂板、夾具底板，具體選用雙螺母錨接的方式，所述夾具頂板的中部連接于連接夾頭的一端，所述連接夾頭的另一端連接于加載設(shè)備的上部，所述夾具底板上設(shè)有一沿著夾具底板的寬度方向設(shè)置的狹長型的開口，所述試件從開口穿入卡設(shè)于夾具底板上從而與夾具底板下方的加載設(shè)備的下部相連接。其中夾具裝置制作材料均為高強合金鋼。
[0007]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述夾具頂板的中部設(shè)有一穿孔，所述連接夾頭的螺紋端貫穿穿孔，并通過與螺母配合固定于夾具頂板上。
[0008]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述連接夾頭為變截面桿件，上端小，用來與加載設(shè)備連接，下端大，開有螺紋，用來與夾具頂板連接。
[0009]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述夾具頂板、夾具底板均為方形，所述連接柱設(shè)為四根，垂直于夾具頂板、夾具底板設(shè)置，所述連接柱分布于夾具頂板、夾具底板的四個角上，與方形的設(shè)計相匹配，且具有較好的穩(wěn)定性。
[0010]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述開口的寬度為夾具底板的寬度的一半，即試件從開口穿入與夾具底板相連接后位于夾具底板的中部。
[0011]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述試件包括分段鋼筋以及圍設(shè)于分段鋼筋外側(cè)的分段鋼管，所述分段鋼管的長度小于分段鋼筋的長度，由分段鋼管圍設(shè)住的分段鋼筋部分形成測試段，所述測試段的兩端分別包覆有PVC套管形成無粘結(jié)段以及位于兩個無粘結(jié)段之間的粘結(jié)段，所述分段鋼筋的下部打磨成圓形截面，所述分段鋼管的下部通過一鋼板與分段鋼筋相連接，由分段鋼筋、分段鋼管以及鋼板構(gòu)成的圓柱形筒體裝置內(nèi)澆筑有混凝土。
[0012]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述鋼板為圓環(huán)形，其中部開設(shè)有一圓孔，所述分段鋼筋穿過鋼板中心處的圓孔內(nèi)，所述鋼板的周側(cè)連接于分段鋼管的底部。
[0013]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，其特征在于，所述測試段與PVC套管間填充有硅膠。在PVC套管和分段鋼筋的縫隙處填充硅膠，防止試件澆筑時，混凝土進(jìn)入套管內(nèi)，硬化后影響實驗結(jié)果。
[0014]一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟，
[0015]步驟⑴，制作測試用試件；
[0016]步驟(2)，組裝夾具裝置，將連接夾頭的上部固定在加載設(shè)備的上部；
[0017]步驟(3)，將試件的分段鋼筋設(shè)有圓形截面的一端伸入夾具底板的開口中，直至到達(dá)開口最深處，且夾具底板的上表面與鋼板的下表面相接觸，并將分段鋼筋的圓形截面端固定在加載設(shè)備的下部；此處開口尺寸為d+2mm，便于試件放入。
[0018]步驟(4)，啟動加載設(shè)備，進(jìn)行循環(huán)加載測試。
[0019]前述的一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置的測試方法，其特征在于，所述步驟(I)中，包括以下步驟，
[0020]步驟(Ia)，選擇直徑為dmm的螺紋鋼筋，一般取粘結(jié)長度為直徑d的η倍，則令螺紋鋼筋與混凝土的粘結(jié)長度為nXd mm,則試件用分段鋼筋的長度為L =d+nXd+200+1OOmm ；
[0021]步驟(Ib)，將直徑為dmm的整根螺紋鋼筋切割成Lmm等長的分段鋼筋，取其中一節(jié)分段鋼筋，對選取的分段鋼筋的一端進(jìn)行打磨去除螺紋形成表面光滑的圓形截面，打磨長度為I mm，便于后續(xù)與加載設(shè)備的下部相連接；
[0022]步驟(Ic)，在選取的分段鋼筋表面標(biāo)出刻度，確定出nXd_粘結(jié)長度的位置及無粘結(jié)部分位置；
[0023]步驟(Id)，選擇直徑為d+4mm的PVC套管，切割成50mm的標(biāo)準(zhǔn)段，將切割成標(biāo)準(zhǔn)段的PVC套管套裹在步驟(Ic)確定的分段鋼筋無粘結(jié)部分，模擬形成無粘結(jié)段，以消除分段鋼筋拔出過程中，頂部鋼板的擠壓效應(yīng)和試件端部的尾部效應(yīng)，則其余部位為粘結(jié)段，同時在PVC套管和分段鋼筋的縫隙處填充硅膠，防止試件澆筑時，混凝土進(jìn)入套管內(nèi)，硬化后影響實驗結(jié)果；
[0024]步驟(Ie)，選取直徑與分段鋼筋直徑相匹配的焊接鋼管，焊接鋼管的直徑根據(jù)實驗條件和實驗需要進(jìn)行確定，切割成100+nXdmm長的分段鋼管，其作為混凝土的外包鋼殼，并同時兼顧澆筑模板的作用；
[0025]步驟(If)，選取一圓環(huán)形的鋼板，其內(nèi)直徑為d+4mm，外直徑與分段鋼管直徑相同，且將鋼板設(shè)置于分段鋼管的底部形成一圓柱形筒體裝置，即分段鋼管一端用一中心開有直徑d+4mm圓孔的圓環(huán)形鋼板通過膠帶固定連接，且鋼板的外直徑與分段鋼管直徑相同，從而形成一圓柱形筒體裝置；
[0026]步驟(Ig)，將步驟(Id)制作的套裹有PVC套管的分段鋼筋通過鋼板的中心圓孔穿過步驟(If)制作的圓柱形筒體裝置中，經(jīng)過調(diào)整確保分段鋼筋在圓柱形筒體裝置中心位置處，然后將分段鋼筋上的無粘結(jié)段固定??；
[0027]步驟(Ih)，往圓柱形筒體裝置內(nèi)分層澆筑混凝土，并在側(cè)壁敲打振搗，以保證混凝土的密實性，對其按規(guī)定時間養(yǎng)護(hù)后，完成試件制作。
[0028]本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明解決了鋼管混凝土中鋼筋與混凝土粘結(jié)力實驗中的技術(shù)問題，提出了一種實驗試件制作及加載實施的解決方案，與傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明所具有的優(yōu)點:(I)裝置及方法簡單易行，便于實施；(2)所用實驗材料價格低廉，避免了繁雜的實驗裝置制作費用，實驗成本低；(3)試件制作精度高，由于本發(fā)明試件制作過程的特點，鋼筋粘結(jié)長度、鋼筋與鋼殼圓筒的位置的都可以精確保證，且混凝土澆筑質(zhì)量便于控制；
(4)夾具裝置傳力明確，實驗結(jié)果可靠。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明實施例1中測試用試件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例1測試用試件中鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例1中夾具裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實施例1夾具裝置中連接夾頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明實施例1夾具裝置中夾具頂板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖6是本發(fā)明實施例1夾具裝置中連接柱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖7是本發(fā)明實施例1夾具裝置中夾具底板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖8是本發(fā)明實施例1試件加載示意圖；
[0037]圖9是單調(diào)加載粘結(jié)滑移曲線；
[0038]圖10是加載周次-滑移關(guān)系曲線示意圖。
[0039]圖中，1.分段鋼筋；2.混凝土 ；3.圓形截面；4.PVC套管；5.分段鋼管；6.鋼板；7.圓孔；8.連接夾頭；9.夾具頂板；10.連接柱；11.夾具底板；12.開口 ；13.穿孔；14.加載設(shè)備；15.無粘結(jié)段；16.粘結(jié)段。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0041]實施例1:
[0042]如圖1至圖7所示，一種鋼管混凝土中鋼筋粘結(jié)力測試裝置，包括用于測試試件粘結(jié)力的加載設(shè)備14以及用于夾持試件的夾具裝置，夾具裝置與加載設(shè)備相配合，夾具裝置支撐測試用試件，而加載設(shè)備則進(jìn)行測試，所述夾具裝置包括相對設(shè)置的夾具頂板9、夾具底板11以及連接夾具頂板9、夾具底板11的連接柱10，所述夾具頂板9、夾具底板11均為方形，所述連接柱10設(shè)為四根，垂直于夾具頂板9、夾具底板11設(shè)置，所述連接柱10分布于夾具頂板9、夾具底板11的四個角上，穩(wěn)定性高，且易于制造，所述夾具頂板9連接于連接夾頭8的一端，在夾具頂板9的中部設(shè)有一穿孔13，所述連接夾頭8的螺紋端貫穿穿孔13，并通過與螺母配合固定于夾具頂板