一种用于加固既有开裂结构的shcc延性测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，包括以下步骤：步骤1：构建用于测量应变硬化水泥基复合材料加固层延性的多跨拉伸模型；步骤2：对多跨拉伸模型进行实体单元划分；步骤3：对多跨拉伸模型中的每个实体单元引入前述的实际用于加固的应变硬化水泥基复合材料层固有的单向拉伸应力与应变存在的约束条件；步骤4：对多跨拉伸模型施加水平位移；步骤5：当多跨拉伸模型被破坏时，终止施加水平位移；步骤6：随水平位移的改变，输出多跨拉伸模型荷载-位移曲线以及水平方向应变分布图；该发明方法操作简单，无需使用真实材料进行测量，大大节省测试试验成本。
【专利说明】—种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法。
【背景技术】
[0002]应变硬化水泥基复合材料不仅具有应变硬化、多缝开裂特征、表面保护功能，还具有高拉伸及压缩强度等超高性能，表现出高延性、高耐久性、可持续性，是补强加固既有开裂结构的理想材料。与应变硬化水泥基复合材料构件受外荷载作用产生均匀分布的细小裂缝不同，应变硬化水泥基复合材料用于加固既有开裂结构时，加固层产生的细小裂缝受外荷载以及既有开裂结构的裂缝共同影响。因而，加固层的延性相较于应变硬化水泥基复合材料构件的延性也会发生变化。为了确保应变硬化水泥基复合材料对既有开裂结构的加固效果，必须对应变硬化水泥基复合材料加固层延性变化进行研究，为设计和施工提供指导。目前，日本JSCE指南提出基于钢板形成人工裂缝的零跨拉伸试验，考察既有开裂结构单一裂缝对应变硬化水泥基复合材料加固层延性变化及裂缝扩展的影响。受钢板与加固层粘结性能的限制，零跨拉伸试验中的加固层厚度一般应小于30mm。若形成多人工裂缝，钢板至少需要三块，但零跨拉伸试验中MTS试验机的夹具只能夹住试件两端，因而无法考察多裂缝的情形。因此，该试验方法不适用于应变硬化水泥基复合材料加固层厚度较大的情形(此时钢板与应变硬化水泥基复合材料界面所用的树脂易脱粘)，且不能考察既有开裂结构存在多裂缝的情形。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，其目的在于，克服现有技术中，当用于加固既有开裂结构的SHCC形成的加固层厚度较大或既有开裂结构存在多裂缝时，无法采用现有技术进行延性测量的问题。
[0004]一种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，包括以下几个步骤:
[0005]步骤1:构建用于测量应变硬化水泥基复合材料加固层延性的多跨拉伸模型；
[0006]应变硬化水泥基复合材料即为SHCC ;
[0007]多跨拉伸模型中人工裂缝的数目与实测的既有开裂结构的裂缝数目相同，相邻2条人工裂缝的间距小于实测的既有开裂结构的相邻2条裂缝间距；
[0008]多跨拉伸模型中的应变硬化水泥基复合材料厚度与实际用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料加固层厚度相同；
[0009]步骤2:对多跨拉伸模型进行实体单元划分，实体单元的边长应小于应变硬化水泥基复合材料加固层相邻2条裂缝间距；
[0010]步骤3:对多跨拉伸模型中的每个实体单元引入前述的实际用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料层固有的单向拉伸应力与应变存在的约束条件；
[0011]步骤4:对多跨拉伸模型施加水平位移；
[0012]多跨拉伸模型顶部竖向位移固定，一侧边界水平位移固定，另一侧边界施加水平位移(位移加载法)，多跨拉伸模型所承受的水平荷载增加；
[0013]步骤5:多跨拉伸模型所承受的水平荷载不再增加时，多跨拉伸模型破坏，终止施加水平位移；
[0014]步骤6:随水平位移的改变，输出多跨拉伸模型荷载-位移曲线以及水平方向应变分布图；
[0015]所述人工裂缝由虚拟材料形成，所述虚拟材料与待加固的既有开裂结构材料具有相同的弹性模量，且设定虚拟材料一直保持弹性不开裂。
[0016]所述步骤4中水平位移的施加从0_开始逐级增加，每级为0.02_。
[0017]所述步骤2中的实体单元为立方体，边长为1_。
[0018]从所述步骤6获得荷载-位移曲线中，将荷载P除以加固层截面面积作为y轴，位移D除以多跨拉伸模型中应变硬化水泥基复合材料加固层水平向长度作为X轴，绘制反映应变硬化水泥基复合材料加固层延性变化的单向拉伸平均应力-应变关系曲线。
[0019]结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达屈服点以后模型还没有明显变形的能力，即为延性。
[0020]多跨拉伸模型输出的荷载-位移关系曲线及水平向应变分布表征了用于加固既有开裂结构应变硬化水泥基复合材料的延性。
[0021]有益效果
[0022]本发明相比现有技术而言，其优点如下:
[0023]该测试方法避开了现有技术中零跨拉伸测试试验的不足，采用一对虚拟材料形成人工裂缝，用以表述既有开裂结构的裂缝，并构建用于数值试验的多跨拉伸模型，可对既有开裂结构存在多条裂缝、应变硬化水泥基复合材料加固层不同厚度等因素对应变硬化水泥基复合材料加固层延性的影响分别进行数值测试试验。该发明方法操作简单，用计算机仿真即可实现，无需使用真实材料进行测量，大大节省测试试验成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为应用本发明方法构建的多跨拉伸模型示意图；
[0025]图2为应变硬化水泥基复合材料单向拉伸应力-应变关系示意图；
[0026]图3为应用本发明所述方法对用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料测试得到的荷载-位移曲线图；
[0027]图4为应用本发明所述方法对用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料测试得到的单向拉伸平均应力-应变关系曲线与图2所示曲线的对比图；
[0028]标号说明:1_虚拟材料，2_应变硬化水泥基复合材料层,3_水平位移,4_水平位移固定，5-竖向位移固定，6-人工裂缝，7-实体单元，8-相邻2条人工裂缝间距，9-应变硬化水泥基复合材料层的厚度，10-起裂点，11-最终的硬化应变点，12-应力为O点。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0030]实施例1:
[0031]以加固层厚度为50mm的某应变硬化水泥基复合材料为例，来详细说明用于加固既有受弯损伤开裂结构的应变硬化水泥基复合材料延性变化情况。
[0032](a)实测既有受弯损伤开裂结构裂缝的数目及裂缝间距，据此确定多跨拉伸模型中人工裂缝6的数目与既有开裂结构裂缝数目相同，以13条人工裂缝为例，相邻2条人工裂缝的间距8小于既有开裂结构实测的裂缝间距；
[0033](b)依据用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料加固层厚度为50_，确定多跨拉伸模型中应变硬化水泥基复合材料层的厚度9为50mm ;
[0034](c)对多跨拉伸模型进行八节点实体单元划分，实体单元7的边长取1mm，确保小于应变硬化水泥基复合材料加固层相邻2条细小裂缝间距，应变硬化水泥基复合材料加固层相邻2条细小裂缝间距大于3mm ；
[0035](d)对多跨拉伸模型中的每个实体单元引入前述的应变硬化水泥基复合SHCC材料固有的单向拉伸应力与应变存在的约束条件；
[0036]约束条件如图2所示，图中标号10、11及12的应力分别为4.4MPa、7MPa、0MPa，对应应变分别为 0.00018,0.015,0.017 ；
[0037](e)利用有限元软件ABAQUS，对多跨拉伸模型一侧边界施加水平位移3，另一侧边界水平位移固定4,顶部竖向位移固定5 ；
[0038]施加的水平位移从Omm开始逐级(每级0.02mm)逐步增加所施加的水平位移，模型部分细小裂缝局部化扩展而逐渐变宽，多跨拉伸模型所承受的水平荷载不再增加时，多跨拉伸模型破坏，终止施加水平位移；
[0039]Cf)通过上述测试方法,得到上述模型的0.02mm、0.04mm等各级位移对应的荷载-位移曲线如图3所示。
[0040]依据所得的荷载-位移曲线，将荷载P除以加固层截面面积作为I轴，位移D除以多跨拉伸模型中应变硬化水泥基复合材料加固层水平向长度作为X轴，绘制反映应变硬化水泥基复合材料加固层延性变化的单向拉伸平均应力-应变关系曲线，并与材料固有的单向拉伸应力-应变曲线进行比较，得到应变硬化水泥基复合材料加固层的延性变化，如图4所示。从图4中可以看出，用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料的延性相比应变硬化水泥基复合材料本身固有的延性发生了明显的变化，而采用本发明所述的方法能够准确的测量出这一变化过程。
【权利要求】
1.一种用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤1:构建用于测量应变硬化水泥基复合材料加固层延性的多跨拉伸模型； 应变硬化水泥基复合材料即为SHCC ； 多跨拉伸模型中人工裂缝的数目与实测的既有开裂结构的裂缝数目相同，相邻2条人工裂缝的间距小于实测的既有开裂结构的相邻2条裂缝间距； 多跨拉伸模型中的应变硬化水泥基复合材料厚度与实际用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料加固层厚度相同； 步骤2:对多跨拉伸模型进行实体单元划分，实体单元的边长应小于应变硬化水泥基复合材料加固层相邻2条裂缝间距； 步骤3:对多跨拉伸模型中的每个实体单元引入前述的实际用于加固既有开裂结构的应变硬化水泥基复合材料层固有的单向拉伸应力与应变存在的约束条件； 步骤4:对多跨拉伸模型施加水平位移； 多跨拉伸模型顶部竖向位移固定，一侧边界水平位移固定，另一侧边界施加水平位移(位移加载法)，多跨拉伸模型所承受的水平荷载增加； 步骤5:多跨拉伸模型所承受的水平荷载不再增加时，多跨拉伸模型破坏，终止施加水平位移； 步骤6:随水平位移的改变，输出多跨拉伸模型荷载-位移曲线以及水平方向应变分布图； 所述人工裂缝由虚拟材料形成，所述虚拟材料与待加固的既有开裂结构材料具有相同的弹性模量，且设定虚拟材料一直保持弹性不开裂。
2.根据权利要求1所述的用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，其特征在于，所述步骤4中水平位移的施加从0_开始逐级增加，每级为0.02_。
3.根据权利要求2所述的用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，其特征在于，所述步骤2中的实体单元为立方体,边长为1_。
4.根据权利要求1-3任一项用于加固既有开裂结构的SHCC延性测试方法，其特征在于，从所述步骤6获得荷载-位移曲线中，将荷载P除以加固层截面面积作为I轴，位移D除以多跨拉伸模型中应变硬化水泥基复合材料加固层水平向长度作为X轴，绘制反映应变硬化水泥基复合材料加固层延性变化的单向拉伸平均应力-应变关系曲线。
【文档编号】G01N3/08GK103837410SQ201410104324
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】张永兴, 阳军生, 杨峰, 王树英, 张学民 申请人:中南大学