一种外包砂浆的预应力FRP筋耐久性试验装置的制作方法

一种外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置
技术领域
1.本实用新型涉及建筑技术领域，更具体地，涉及一种外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置。


背景技术：

2.纤维增强符合材料(fiber reinforced polymer，简称frp)是由纤维材料和基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的高性能复合材料，其问世之初用于航空、航天、国防等高科技领域，后来逐渐在医学、汽车、化工等领域得到广泛的运用。近年来，因具有质地轻盈、强度高、耐腐蚀等优点，frp材料开始被应用到土木工程结构中，并受到工程界广泛的关注。
3.frp筋以其优良的耐腐蚀性能，在特定环境中成为代替普通钢筋解决钢筋锈蚀问题的一种途径。然而frp筋在土木工程实际运用中多处于不利因素耦合作用的复杂环境中，影响因素包括：温度、腐蚀溶液种类和应力水平等。而现阶段大部分试验模拟的环境比较单一，为了更好的模拟实际应用情况，考虑多种因素耦合作用对frp筋的影响，开展对frp筋耐久性课题研究显得尤为重要。
4.目前，对于frp筋直接浸泡在腐蚀溶液中的耐久性研究较多，缺乏考虑实际混凝土砂浆包裹frp筋工作环境，此外对于应力和环境耦合作用的研究相对较少，这与frp筋实际应用情况还有差距，并且缺乏对作用应力的监测，不能实时掌握frp筋的受力状态，这极大阻碍的frp筋在土木工程中的推广与运用；此外，目前常见的frp筋试验装置结构较为复杂，体积较大，不便移动。
5.因此，提出一种解决上述问题的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置实为必要。


技术实现要素：

6.本实用新型所提供的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置主要解决目前针对frp筋的大部分试验模拟的环境比较单一，缺乏考虑实际混凝土砂浆包裹frp筋的工作环境，且常见的frp筋试验装置结构较为复杂、体积较大、不便移动的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
8.一种外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置，用于对frp筋施加预应力并外包砂浆后进行耐久性试验，其包括持力架、反力架、第一螺杆锚具以及第二螺杆锚具，所述持力架和反力架均为长方槽形结构；
9.所述持力架的两端对称设置有第一端板和第二端板，第一端板和第二端板各自从上端往正中开设有u形槽，u形槽既可以使第一螺杆锚具和第二螺杆锚具穿过，又能通过卡住第一螺杆锚具和第二螺杆锚具从而使frp筋试件悬空定位，所述持力架的底部设置有底板；
10.所述反力架的一端为敞口结构且与所述持力架的一端对接，反力架的另一端设置
有第三端板；
11.所述第一螺杆锚具横向设置于所述第一端板的u形槽中，所述第二螺杆锚具横向设置于所述第二端板的u形槽中，所述第一螺杆锚具和第二螺杆锚具上分别配置有第一旋合螺母和第二旋合螺母，第一旋合螺母和第二旋合螺母各自位于所述持力架的外侧；
12.所述持力架内配置有管状的灌浆模具，试验时将frp筋试件横向贯穿所述灌浆模具，frp筋试件的两端分别与所述第一螺杆锚具和所述第二螺杆锚具连接，使frp筋试件悬空于所述灌浆模具中，从而进行灌浆，使frp筋试件外包砂浆。
13.进一步的，所述反力架上的第三端板的中部设置有第一通孔，所述第一通孔中横向贯穿设置有第三螺杆锚具，所述第三螺杆锚具的一端与所述第二螺杆锚具连接。
14.进一步的，所述第三螺杆锚具的另一端伸出于所述反力架外，且其伸出部位上间隔设置有第一挡板和第二挡板，第三螺杆锚具的末端设置有第三旋合螺母；所述第一挡板靠近所述第三端板且二者之间设置有张拉装置。
15.进一步的，所述张拉装置采用空心千斤顶，空心千斤顶是利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶，适用于张拉锚具的钢筋束或钢绞线束，采用空心千斤顶也便于所述第三螺杆锚具从其中心穿过，装配协调性好。
16.进一步的，所述第一挡板和第二挡板之间设置有力传感器，当通过第一螺杆锚具、第二螺杆锚具、第三螺杆锚具以及张拉装置相互配合而对frp筋试件施加预应力时，可以利用力传感器实时测量张拉力，力传感器上可以配置显示屏或外连数据读取设备。
17.进一步的，所述第二螺杆锚具和第三螺杆锚具的连接处设置有连接套筒，所述连接套筒与所述第二螺杆锚具和第三螺杆锚具之间均为螺纹连接，连接紧固且便于拆卸。
18.进一步的，所述持力架的两侧分别设置有把手，所述把手沿持力架的中线对角布置，便于移动和叠放持力架。
19.更进一步的，所述灌浆模具的侧部开设有灌浆口，所述灌浆模具的两端分别配套设置有管盖。
20.更进一步的，所述frp筋试件的中段外侧粘贴有光纤光栅传感器，通过光纤光栅传感器连接光栅解调仪读取frp筋试件的波长，实现对frp筋预应力的实时监测，所述光纤光栅传感器的外部涂覆有硅橡胶，可以对光纤光栅传感器起到保护作用。
21.更进一步的，所述光纤光栅传感器外侧包裹有空心软管，空心软管的两端采用环氧树脂密封，从而防止光纤光栅传感器在灌浆以及进行腐蚀试验时的失效破坏，确保光纤光栅传感器可以在恶劣环境下正常工作。
22.本实用新型提供的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置的使用方法如下：
23.①
将灌浆模具套装于frp筋试件中部，并在灌浆模具两端安装好管盖，采用粘结胶将frp筋试件的两端分别与第一螺杆锚具和第二螺杆锚具固定连接，从而使frp筋试件悬空于灌浆模具中心轴线位置；
24.②
将第一螺杆锚具通过第一旋合螺母与持力架的一端相对固定，将第二螺杆锚具和第三螺杆锚具通过连接套筒相对固定连接，再将持力架与反力架相互对接，在第三螺杆锚具伸出于反力架的部位依次装配空心千斤顶、第一挡板、力传感器、第二挡板以及第三旋合螺母，并将第三旋合螺母相对于第二挡板旋紧；
25.接下来利用空心千斤顶对frp筋试件进行张拉，并通过力传感器测量张拉力，当张
拉力达到预定值时，通过旋紧第二旋合螺母将第二螺杆锚具与持力架的第二端板相对紧固连接；
26.③
从灌浆模具侧部的灌浆口灌注砂浆，待砂浆强度达到目标值后，将外包砂浆的frp筋试件从持力架中取下，置于腐蚀液体中或者不同温度环境下进行预应力frp筋的耐久性试验，通过光纤光栅传感器连接光栅解调仪读取frp筋的波长，从而实现对外包砂浆的frp筋预应力的实时监测。
27.其中，上述步骤
③
中将frp试件从持力架上取下的具体步骤为：
28.a.通过空心千斤顶对第一挡板和第三端板施加预应力，待第二旋合螺母相对于第二端板松弛后，拧松第二旋合螺母，使第二旋合螺母与第二端板脱离；
29.b.将空心千斤顶的顶举部件回退以降低张拉力，然后依次拆掉第三旋合螺母、第二挡板、力传感器、第一挡板、空心千斤顶，取下反力架，并松开连接套筒，将第三螺杆锚具与第二螺杆锚具脱开；
30.c.将frp筋试件从持力架中取出。
31.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
32.1.本实用新型的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置结构设计简单合理，易于加工制作，使用方便，体积小，零部件少，便于堆叠或移动；
33.2.本实用新型的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置利用持力架、反力架、第一螺杆锚具、第二螺杆锚具以及外部的张拉装置对frp筋施加预定的张拉应力，使其长期保持恒定应力水平，并通过套接于frp筋试件外部的管状的灌浆模具灌注砂浆，使frp筋试件被混凝土砂浆所包裹，进而用来研究外包砂浆的预应力frp筋在不同“环境”与“应力”作用下的耐久性，实用性好，适合推广应用；
34.3.本实用新型的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置在使用时，可以在frp筋试件上粘贴光纤光栅传感器，并连接光栅解调仪，实现对预应力的实时监测，有利于确保试验结果的精确可靠性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本实用新型中的持力架与反力架的立体图；
37.图2为本实用新型中的持力架的俯视图；
38.图3为本实用新型中的持力架的侧视图；
39.图4为本实用新型的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置的使用状态示意图。
40.附图标记：1
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持力架，11
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第一端板，12
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第二端板，13
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u形槽，14
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底板，15
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灌浆模具，151
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管盖，16
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把手，2
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反力架，21
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第三端板，211
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第一通孔，3
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第一螺杆锚具，31
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第一旋合螺母，4
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第二螺杆锚具，41
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第二旋合螺母，42
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连接套筒，5
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frp筋试件，6
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第三螺杆锚具，61
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第一挡板，62
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第二挡板，63
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第三旋合螺母，7
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张拉装置，8
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力传感器，9
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光纤光栅传感器，91
‑
空心软管。
具体实施方式
41.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
42.本实用新型实施方式中所涉及的“第一”、“第二”等的描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
43.同时，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，或者是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。
45.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此。
46.如图1～4所示，一种外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置，用于对frp筋施加预应力并外包砂浆后进行耐久性试验，其包括持力架1、反力架2、第一螺杆锚具3以及第二螺杆锚具4，持力架1和反力架2均为长方槽形结构；
47.持力架1的两端分别对称设置有第一端板11和第二端板12，第一端板11和第二端板12各自从上端往正中开设有u形槽13，u形槽13既可以使第一螺杆锚具3和第二螺杆锚具4穿过，又能通过卡住第一螺杆锚具3和第二螺杆锚具4从而使frp筋试件5悬空定位于持力架1中，持力架1的底部设置有底板14，持力架1采用金属材料，各部件通过焊接组装而成；
48.反力架2的一端为敞口结构且与持力架1的一端对接，反力架2的另一端设置有第三端板21；
49.第一螺杆锚具3横向设置于第一端板11的u形槽13中，第二螺杆锚具4横向设置于第二端板12的u形槽13中，第一螺杆锚具3和第二螺杆锚具4上分别配置有第一旋合螺母31和第二旋合螺母41，第一旋合螺母31和第二旋合螺母41各自位于持力架的外侧；
50.持力架1内配置有管状的灌浆模具15，试验时将frp筋试件5横向贯穿灌浆模具15，frp筋试件5的两端分别与第一螺杆锚具3和第二螺杆锚具4连接，使frp筋试件5悬空于灌浆模具15中，从而进行灌浆，使frp筋试件5外包砂浆。
51.反力架2上的第三端板21的中部设置有第一通孔211，第一通孔211中横向贯穿设置有第三螺杆锚具6，第三螺杆锚具6的一端与第二螺杆锚具4连接。
52.第三螺杆锚具6的另一端伸出于反力架2外，且其伸出部位上间隔设置有第一挡板61和第二挡板62，第三螺杆锚具6的末端设置有第三旋合螺母63；第一挡板61靠近第三端板21且二者之间设置有张拉装置7，张拉装置7采用空心千斤顶，空心千斤顶是利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶，适用于张拉锚具的钢筋束或钢绞线束，采用空
心千斤顶也便于第三螺杆锚具6从其中心穿过，装配协调性好。
53.第一挡板61和第二挡板62之间设置有力传感器8，当通过第一螺杆锚具3、第二螺杆锚具4、第三螺杆锚具6以及张拉装置7相互配合而对frp筋试件5施加预应力时，可以利用力传感器8实时测量张拉力，力传感器8上可以配置显示屏或外连数据读取设备。
54.第二螺杆锚具4和第三螺杆锚具6的连接处设置有连接套筒42，连接套筒42与第二螺杆锚具4和第三螺杆锚具6之间均为螺纹连接，连接紧固且便于拆卸。
55.持力架1的两侧分别设置有把手16，把手16沿持力架1的中线对角布置，便于移动和叠放持力架1。
56.灌浆模具15的侧部开设有灌浆口(图中未示出)，灌浆模具15的两端分别配套设置有管盖151。
57.frp筋试件5的中段外侧粘贴有光纤光栅传感器9，通过光纤光栅传感器9连接光栅解调仪读取frp筋试件5的波长，实现对frp筋预应力的实时监测，光纤光栅传感器9的外部涂覆有硅橡胶，可以对光纤光栅传感器9起到保护作用。
58.光纤光栅传感器9外侧包裹有空心软管91，空心软管91的两端采用环氧树脂密封，从而防止光纤光栅传感器9在灌浆以及进行腐蚀试验时的失效破坏。
59.本实用新型提供的外包砂浆的预应力frp筋耐久性试验装置的使用方法如下：
60.①
将灌浆模具15套装于frp筋试件5中部，并在灌浆模具15两端安装好管盖，采用粘结胶将frp筋试件5的两端分别与第一螺杆锚具3和第二螺杆锚具4固定连接，从而使frp筋试件5悬空于灌浆模具15中心轴线位置；
61.②
将第一螺杆锚具3通过第一旋合螺母31与持力架1的一端相对固定，将第二螺杆锚具4和第三螺杆锚具6通过连接套筒42相对固定连接，再将持力架1与反力架2相互对接，在第三螺杆锚具6伸出于反力架2的部位依次装配空心千斤顶、第一挡板61、力传感器8、第二挡板62以及第三旋合螺母63，并将第三旋合螺母63相对于第二挡板62旋紧；
62.接下来利用空心千斤顶对frp筋试件5进行张拉，并通过力传感器8测量张拉力，当张拉力达到预定值时，通过旋紧第二旋合螺母41将第二螺杆锚具4与持力架1的第二端板12相对紧固连接；
63.③
从灌浆模具15侧部的灌浆口灌注砂浆，待砂浆强度达到目标值后，将外包砂浆的frp筋试件5从持力架1中取下，置于腐蚀液体中或者不同温度环境下进行预应力frp筋的耐久性试验，通过光纤光栅传感器9连接光栅解调仪读取frp筋的波长，从而实现对外包砂浆的frp筋预应力的实时监测。
64.其中，上述步骤
③
中将frp试件从持力架1上取下的具体步骤为：
65.d.通过空心千斤顶对第一挡板61和第三端板21施加预应力，待第二旋合螺母41相对于第二端板12松弛后，拧松第二旋合螺母41，使第二旋合螺母41与第二端板12脱离；
66.e.将空心千斤顶的顶举部件回退以降低张拉力，然后依次拆掉第三旋合螺母63、第二挡板62、力传感器8、第一挡板61、空心千斤顶，取下反力架2，并松开连接套筒42，将第三螺杆锚具6与第二螺杆锚具4脱开；
67.f.将frp筋试件5从持力架1中取出。
68.图中，描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本实用新型的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新
型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。