[发明专利]一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置以及测试方法

权利要求书

1.一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，其特征在于，包括：

底座，其适于夹紧试样；

夹具，其位于所述底座的上方，并适于夹紧试样上的纤维。

2.根据权利要求1所述的一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，其特征在于，所述夹具包括：

附属夹头；

基础夹头，其顶部与所述附属夹头活动连接，其底部与所述附属夹头底部配合适于夹紧或松开试样上的纤维；

调节机构，其适与调整所述附属夹头、基础夹头间的间距；

连接装置，其固定在所述基础夹头顶部，其适于将所述基础夹头与万能试验机顶部夹具固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，其特征在于，所述附属夹头顶部内侧开设有贯穿孔洞；

所述基础夹头顶部内壁固定插入所述孔洞内的突出杆。

4.根据权利要求2所述的一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，其特征在于，所述调节机构包括：

螺纹杆，其一端与所述附属夹头转动连接，其杆身与所述基础夹头螺纹连接；

转动杆，其固定在所述螺纹杆端部，并与所述螺纹杆垂直连接。

5.根据权利要求1所述的一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置，其特征在于，所述底座包括：

底板，其底部固定有与万能试验机下部夹具固定连接的柱体；

固定块，其固定在所述底板上；

凹槽，其平行开设在所述底板上；

活动块，其活动置于所述底板上；

锁紧杆，其穿过所述凹槽与所述活动块底部螺纹连接；

顶杆，其穿过所述活动块，并与所述活动块螺纹连接，所述顶杆的端部适于与试样相抵。

6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的一种钢纤维增强复合材料中纤维拔出装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：钢纤维混凝土试样准备

将材料按照比例制备并浇筑成半狗骨头状或者棱柱形试样；纤维的埋入需要在模具的端口处预先放入PE板，将纤维按照实验预设的角度插入板中一半纤维长度，然后再灌入混凝土使得纤维可以较好的埋入混凝土中；试样浇筑24小时后拆模，去除PE板；然后对试样进行养护。

步骤二：纤维拔出装置的组装

将所述底板底部的所述柱体安装在万能试验机的下端夹具中，然后将中间带有可旋转顶杆的活动块底下的锁紧杆通过凹槽插入至活动块底部，初步旋紧；将顶杆旋转调整至未锁紧状态；

将附属夹头和基础夹头通过突出杆连成一个整体，两者之间插入螺纹杆；将连接装置与基础夹头固定连接，随后将夹具安装到万能试验机顶部夹具；

步骤三：试样对中、固定并夹持纤维

试样取出后放到步骤二中固定块与活动块之间，移动活动块，旋紧活动块底下的锁紧杆，使得试样初步夹住；然后夹具，充将待拔出钢纤维置于附属夹头和基础夹头之间，接着旋紧活动块中部的顶杆，使顶杆牢牢顶住试样侧面，保证试样在加载过程中不会发生移动；最后用力通过转动杆旋转螺纹杆，确保拉拔过程中纤维不会发生滑移，从而保证拔出位移的精确性；

步骤四：启动万能试验机，进行钢纤维拔出试验，采取位移控制模式，设置加载速度，即可进行持续拉拔，直至将钢纤维从试件中拔出或拉拔力降为峰值载荷的85％以下，停止试验；从万能试验机电脑控制软件中可以得到纤维拉伸过程的粘结力-滑移量曲线，即P-S曲线；利用弹性理论，对纤维的受力平衡进行分析，假定表面剪应力的分布，可以推导得出钢纤维的脱粘时荷载－位移关系公式：

其中，P为实验中拉拔荷载，Δ为纤维末端拔出位移，λ,Q均为计算参数；Am,Em分别为复合材料基体的面积与弹性模量。l为纤维长度；

P-S曲线初始段表现出线弹性，当曲线斜率发生较大变化时即意味着纤维发生脱沾；随后曲线缓慢增长直到达到峰值后开始下降一定幅度，此时通常认为纤维完全脱沾；该阶段的荷载－位移关系公式为：

其中，τf为纤维表面剪切强度，u为已经脱沾纤维长度；

最后是完全脱沾后的摩擦滑移阶段，研究表明，峰值后的曲线形状需要理论结合是实验结果对计算公式进行形状参数分析从而确定合适的参数值；滑移摩擦阶段的荷载－位移关系公式为：

P＝πd_fτ_fd(Δ)(l-Δ+Δ₀)

其中，τfd为完全脱沾后纤维表面剪切强度，Δ0为纤维起始脱沾长度。