一种具有侧向约束的FRP筋压缩实验装置及工作方法

本发明属于frp筋实验，具体涉及一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置及工作方法。

背景技术：

1、纤维增强复合材料筋，简称为frp筋，作为一种具有众多优点的新型复合材料筋，frp筋已经越来越广泛的被运用于实际工程中。由于frp筋中的纤维受压易屈曲，导致frp筋的抗压性能远不如其抗拉性能。因此，不同于普通钢筋，对于frp筋，不仅要对它做拉伸实验，还要对它做压缩实验，以便于更全面的获取frp筋的性能。

2、frp筋的抗压强度受混凝土和箍筋提供的侧向约束的影响。没有这些侧向约束的作用，frp筋整体和局部纤维都更易屈曲。但目前针对传统钢筋的材料性能实验的万能试验机不能考虑侧向约束对frp筋抗压强度的影响。如果采用万能试验机直接压缩frp筋，测出的抗压强度远低于考虑侧向约束时的抗压强度，不符合实际工程中frp筋工作时所处的工况。

技术实现思路

1、本发明提供了一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置及工作方法，在进行frp筋轴压实验的时候，用液体压力模拟侧向约束，考虑了侧向约束对frp筋抗压强度造成的影响，更符合实际工程中。frp筋在受到竖向压力时所面临的具体情况。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，包括实验筒、加载块、盖板和两个底座；进行实验时，所述两个底座分别安装在实验筒的底板和加载块的下端，两个底座分别用于固定frp筋的上端和下端；实验筒中盛放有液体，液体上方设置有盖板。

4、进一步的，加载块包括依次连接的第一钢块、第二钢块和第三钢块，所述第一钢块和第三钢块为圆柱形，所述第二钢块为倒锥形，第三钢块的半径小于第一钢块的半径。

5、进一步的，第一钢块、第二钢块和第三钢块均为实心钢块。

6、进一步的，盖板边缘和第三钢块边缘均设有密封条。

7、进一步的，底座通过可拆卸的方式与加载块以及实验筒连接。

8、进一步的，底座上端与加载块下端通过螺纹连接，底座下端与实验筒底板通过螺纹连接。

9、进一步的，实验筒内壁固定有若干压力传感器。

10、一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置的工作方法，包括以下步骤：

11、步骤1、将一个底座与实验筒螺栓连接，将粘贴有应变片的frp筋下端嵌入与实验筒螺栓连接的底座中，向实验筒内注入液体，液体的液面位置由模拟的frp筋两端的箍筋间距决定，frp筋上端嵌入第二个底座中，安装盖板，盖板下端面始终与液面齐平；将加载块和第二个底座连接；

12、步骤2、向盖板上施加竖向分布荷载p2，在竖向分布荷载p2的作用下，盖板竖向挤压液面，液面受压时，盖板对液体的竖向压力转化为液体对frp筋和试验筒侧向的压力，frp筋侧向挠曲的幅度受该侧向约束的限制；待压力传感器检测到的压力达到标准值后，保持竖向分布荷载p2恒定，再向加载块上施加竖向荷载p1，并逐渐增大竖向荷载p1，加载块竖向挤压frp筋，当frp筋纤维断裂破坏时，此时的竖向荷载p1为frp筋的极限抗压承载力；应变片实时获取frp筋应变数据；

13、步骤3、竖向荷载p1除以frp筋的横截面面积得到frp筋4应力，基于所述应变和应力绘制frp筋在压缩实验中的应力-应变曲线图。

14、进一步的，均布荷载p2的大小和混凝土的弹性模量、完损度和厚度成正比。

15、进一步的，当要对frp筋两端的箍筋约束的不同间距进行实验时，调整盖板位置和液面高度。

16、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

17、本发明提供的frp筋压缩实验装置，用液体受压时产生的侧向压力模拟frp筋在实际使用状态下受压时的侧向约束，考虑了侧向约束对frp筋受压性能造成的影响，更符合frp筋在受到竖向压力时所面临的具体情况。准确的frp筋压缩实验结果能够指导设计人员更准确地进行结构设计和材料选择，确保结构的安全性。

18、进一步的，该压缩实验装置可以利用盖板位置的变化和液面高度的变化模拟frp筋两端箍筋约束的间距变化。

19、进一步的，加载块包括从上至下依次连接的第一钢块、第二钢块和第三钢块，所述第一钢块和第三钢块为圆柱形，所述第二钢块为倒锥形，第三钢块的半径小于第一钢块的半径。第二钢块为倒锥形钢块，其截面面积从上到下依次减小，目的是，使施加分布荷载p2的加载器可以更大范围更均匀的作用在盖板上。第三钢块截面面积略小于盖板中部的圆柱形缺口，镶上密封条后截面面积与盖板中部的圆柱形缺口相等。

20、进一步的，该压缩实验装置可自由更换不同内径的底座，适应多种型号的frp筋。

21、进一步的，该压缩实验装置具有可更换功能，装置中的试件大部分均为活动连接，可根据损坏情况全部替换或替换部分构件，替换过程简易方便。

22、本发明提供的frp筋压缩实验装置的工作方法，用施加竖向分布荷载模拟frp筋受压状态，用液体受压时产生的侧向压力模拟frp筋在实际使用状态下受压时的侧向约束，考虑了侧向约束对frp筋受压性能造成的影响，更贴近frp筋在使用状态时的受力状态，得到的实验结果更加有助于结构设计和材料选型，提高结构的安全性。

23、实验时，可通过调整盖板位置和液面高度来模拟frp筋两端箍筋约束的间距变化，操作方便，适用范围更广。

技术特征：

1.一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，包括实验筒(7)、加载块(1)、盖板(2)和两个底座(6)；进行实验时，所述两个底座分别安装在实验筒(7)的底板和加载块(1)的下端，两个底座分别用于固定frp筋的上端和下端；实验筒(7)中盛放有液体，液体上方设置有盖板(2)。

2.根据权利要求1所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述加载块(1)包括从上至下依次连接的第一钢块(8)、第二钢块(9)和第三钢块(10)，所述第一钢块(8)和第三钢块(10)为圆柱形，所述第二钢块(9)为倒锥形，第三钢块(10)的半径小于第一钢块(8)的半径。

3.根据权利要求2所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述第一钢块(8)、第二钢块(9)和第三钢块(10)均为实心钢块。

4.根据权利要求2所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述盖板(2)边缘和第三钢块(10)边缘均设有密封条。

5.根据权利要求1所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述底座(6)通过可拆卸的方式与加载块(1)以及实验筒(7)连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述底座(6)上端与加载块(1)下端通过螺纹连接，底座(6)下端与实验筒(7)底板通过螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置，其特征在于，所述实验筒(7)内壁固定有若干压力传感器(5)。

8.权利要求1所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置的工作方法，其特征在于，均布荷载p2的大小和混凝土的弹性模量、完损度和厚度成正相关。

10.根据权利要求8所述的一种具有侧向约束的frp筋压缩实验装置的工作方法，当要对frp筋两端的箍筋约束的不同间距进行实验时，调整盖板位置和液面高度。

技术总结本发明公开了一种具有侧向约束的FRP筋压缩实验装置及工作方法，属于FRP筋实验技术领域，所述实验装置包括实验筒、加载块、盖板和两个底座；进行实验时，两个底座分别安装在实验筒的底板和加载块的下端，两个底座分别用于固定FRP筋的上端和下端；实验筒中盛放有液体，液体上方设置有盖板。本发明用液体受压时产生的侧向压力模拟FRP筋在实际受压状态下受到的侧向约束，考虑了侧向约束对FRP筋受压性能造成的影响，更符合FRP筋的实际受压工况。技术研发人员：王步,苟碧禅受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12