[发明专利]一种双剪实验防偏心加载夹持装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于混凝土结构加固检测领域，特别是涉及解决加固材料/构件-混凝土界面等的双剪实验加载过程中出现偏心问题的一种双剪实验防偏心加载夹持装置及方法。

背景技术

由于钢筋锈蚀、材料劣化、设计标准提高与施工缺陷等原因，导致大量在役钢筋混凝土(RC)结构需要加固维修。粘贴加固法是用粘结胶将加固材料/构件粘贴到混凝土结构上，通过加固材料/构件与混凝土界面之间的粘结剪应力，实现荷载的传递，以达到共同受力，提高承载力的加固目的。因此，加固材料/构件与混凝土界面的粘结性能是外贴加固RC结构技术的关键，主要通过面内剪切实验来研究，间接双剪实验是其中常用的方法，制作试件时，预先在混凝土试块内埋入带肋钢筋，实验中由试验机夹头夹住两端的钢筋进行加载，通过钢筋与混凝土之间的粘结力传递到界面上，使界面承受剪切力。

该实验中最大的难点在于如何保证加固材料/构件与混凝土界面处于纯剪切加载状态。其原因是用于加载的带肋钢筋表面螺纹不平导致安装试件时产生扭矩T、试件两端钢筋中心之间的微小差距产生了附加弯矩M，导致将试件安装于试验机、加载头夹紧试件时发生界面意外剥离而导致实验失败。

有学者采用带有万向球铰的夹具或在两个混凝土试块中埋入四根定位螺纹钢，通过套筒连接，加载时旋开套筒的方法来解决双剪实验的加载偏心问题。然而，球铰与夹具之间的空位在施加荷载时易产生晃动，尤其是在疲劳荷载反复作用下其晃动甚烈；四根定位螺杆要求两个试块之间预留较大的空位，对试验机的空间要求高，且实际操作过程中由于制作试件的误差，使四根钢筋完全对中有一定难度。另外，这两种方法均没有解决试验机夹持试件时会产生较大的扭矩容易导致FRP-混凝土界面意外剥离破坏的根本问题。

发明内容

对于加固材料/构件与混凝土的界面及其它类似双剪实验，为了解决试件夹持时容易产生扭矩、试件不对中而产生偏心弯矩的问题，使实验对象(如加固材料/构件与混凝土的界面)处于纯剪切加载状态，本发明提供了一种双剪实验防偏心加载夹持方法及装置。

本发明的技术方案如下：

一种双剪实验防偏心加载的夹持装置，连接于试验机和混凝土试件上、下两端的螺纹杆之间，包括两个结构相同的组合式加载头，所述的组合式加载头包括叉形夹具、吊环、销栓连接装置，所述的叉形夹具的一端设置有被试验机夹持的直杆部，另一端沿叉形夹具轴线居中设置有与所述吊环形状相匹的开口槽，所述的吊环一端通过垂直贯穿所述叉形夹具的销栓连接装置同轴地铰接设置在叉形夹具的开口槽内，另一端设置有用于连接混凝土试件螺纹杆的螺纹孔。

进一步地，所述组合式加载头的材料采用高强度结构钢，所述叉形夹具直杆部的直径和长度与试验机夹具相匹配，其余尺寸与各部分抗剪要求和试验机空间尺寸要求相匹配。

进一步地，所述的销栓连接装置包括销栓、垫片、螺母，所述的叉形夹具和吊环上沿垂直轴向的方向均设置有同心的铰接通孔，所述所述销栓穿入铰接通孔与垫片、螺母相连接。

进一步地，所述的吊环的螺纹孔与混凝土试件两端的螺纹杆均采用同径标准型螺纹，螺纹杆的连接长度≥5d，d为钢筋的直径。

进一步地，所述吊环顶端、侧面与叉形夹具的开口槽之间均预留有间隙，使吊环可绕销栓转动-15°～15°。

进一步地，所述述吊环的侧面与叉形夹具的开口槽之间预留有0.5mm～1.5mm间隙。

进一步地，所述销栓直径比铰接通孔小0.1～0.5mm。

进一步地，所述销栓远离螺母的一端呈T形，直径大于铰接通孔的直径。

一种基于所述装置的双剪实验防偏心加载的夹持方法，包括以下步骤：

1)制作双剪试件，将要预埋入试件用来加载的带肋钢筋外漏端头加工外螺纹，所述外螺纹的长度≥5d，d为钢筋的直径，用透明胶带将已经加工外螺纹的钢筋端头封闭；防止制作试件过程中砂浆填满螺纹，同时防止钢筋生锈，不便于连接。

2)将吊环和试件相连接，双剪试件制作好之后，在进行加载之前，拆除钢筋端头的透明胶带，清理干净，将吊环旋进试件两端的钢筋端头外螺纹部分，实现和试件的连接；

3)在试验机上安装好上端的组合式加载头和试件，通过销栓连接装置将上端的组合式加载头的叉形夹具和吊环相铰接，启动万能材料试验机的上夹头，施力夹紧所述组合式加载头，试件成悬挂状态；

4)下端的组合式加载头的安装，通过调节试验机加载横梁的位置，使下端的组合式加载头中的吊环和叉形夹具中的孔位对中并销栓连接装置相铰接，启动试验机下夹头，施力夹紧，完成试件安装，便可实施加载试验。