应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法与流程

本发明涉及粘结滑移测量技术领域，尤其涉及一种应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法。

背景技术：

型材(如钢筋、frp筋、型钢等)与机体(如混凝土、木材等)能够协同工作的基础就是两者之间的粘结力,良好的粘结才能使得两者之间的变形保持一致,并且应力才可以在它们相互间得到很好的传递,所以粘结的好坏直接影响着粘结构件的承载能力。故粘结滑移理论的研究具有重要的工程应用价值。

型材与基体的粘结滑移问题对理论的研究也有非常重要的作用,随着非线性有限元研究的不断深入,对粘结滑移提出了新的要求,为能更真实的模拟型材与基体的粘结关系,必须建立更为合理的粘结—滑移本构关系模型。在计算机数值模拟中,将此粘结—滑移本构关系模型应用于型材与基体的联接单元。

通常试验研究采用平均粘结应力作为整个粘结段的粘结应力，随着对钢筋与混凝土粘结滑移性能研究的深入,很多学者发现粘结—滑移关系沿型材的锚固长度方向是变化的。为得到不同位置处的粘结—滑移关系,应当知道粘结应力与滑移量沿锚长的分布。在实际的测量当中,可以在钢筋与混凝土相应的位置处布设多个测点,可以根据钢筋相邻测点上的钢筋应力求出测段上的平均粘结应力,从而近似得到粘结应力沿锚长的分布。然后根据钢筋与混凝土的变形差值可以得到不同位置处的相对滑移量。

目前，大部分粘结滑移试验对于型材应变的量测采用内贴与外贴应变片法。

外贴应变片法：外贴应变片改变了型材与基体间的作用面积从而影响了粘结滑移性能，并且在滑移过程中应变片会受到损坏，故该方法适用性较差。

内贴应变片法：内贴应变片的方法是将型材分为两半,并在内部用铣床加工出一道凹槽,在凹槽内按一定距离贴入箔式电阻片,导线沿着凹槽在型材两端伸出,最后两半型材合拢,并在贴片区外点焊成一个整体。该种方法适用于钢筋应变测量，而对于frp筋、型钢(主要是型钢没有办法劈开，frp筋有时也是可以劈开的，另外对于直径较小的型材也很难劈开)等型材该方法因不易劈开型材而不适用。且内贴应变片操作繁琐复杂。近些年随着光纤光栅传感技术的发展，有学者采用外贴多根裸光纤光栅测量型材在粘结滑移试验中的应变。由于应变测点较多，故外贴多根光纤同样会对粘结滑移性能测量产生不利影响，且操作复杂。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法，以实现有效地对型材与基体之间的粘结性能进行测量。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法，包括：

在型材的内部或者表面选定测量点；

根据所有的测量点设定光纤布置路径，在所述光纤布置路径上布设光纤，在所述光纤上设置裸光纤光栅，所述裸光纤光栅与所述测量点对应；

将所述型材与待测试的基体进行粘结，形成连接体，对所述连接体进行粘结滑移试验，通过所述裸光纤光栅测量所述粘结滑移试验过程中所述型材的温度和应变变化。

进一步地，所述的在型材的内部或者表面选定测量点，包括：

将金属型材切分为两半,在金属型材的内部加工出一道凹槽,在凹槽内根据试验要求选定测量点。

进一步地，所述的在型材的内部或者表面选定测量点，包括：

在复合材料型材或者金属型材的外表面根据试验要求选定测量点。

进一步地，所述的根据所有的测量点设定光纤布置路径，在所述光纤布置路径上布设光纤，在所述光纤上设置裸光纤光栅，所述裸光纤光栅与所述测量点对应，包括：

根据所有的测量点设定光纤布置路径，在所述光纤布置路径上布设单根裸光纤，按照测量点的参数和各测量点之间的距离在所述单根裸光纤上刻制裸光纤光栅，裸光纤光栅的应变范围和对应的测量点的应变范围相同，将刻制好的裸光纤光栅粘结固定于对应的测量点，将所述单根裸光纤沿着在金属型材两端伸出。

进一步地，整个光纤只粘结光纤光栅部分，作为信号传输的除了光纤光栅之外的其它部分无需粘结。

进一步地，所述的将所述型材与待测试的基体进行粘结，形成连接体，对所述连接体进行粘结滑移试验，通过所述裸光纤光栅传感器测量所述粘结滑移试验过程中所述型材的温度和应变变化，包括：

当将金属型材切分为两半时,将两半金属型材合拢，组成金属型材整体；

按照粘结试验要求将金属型材整体与待测试的基体进行粘结，形成连接体，对所述连接体进行粘结滑移试验，将所述裸光纤光栅作为裸光纤光栅传感器，将裸光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，对所述连接体进行粘结滑移试验，通过所述裸光纤光栅传感器和所述光纤光栅解调仪测量所述粘结滑移试验过程中所述型材的温度和应变变化，测量所述型材的应力、应变和粘结强度的分布及变化。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出的应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法，采用光纤光栅传感器较传统的应变片灵敏度高、精度高、布置灵活，可大量应用于试验研究中。采用分布式裸光纤光栅传感器相比于多根裸光纤传感器，操作更加简便，且对于直径较小型材当测点数量较多时，该种方法对钢筋受力性能影响较小，更加适用。采用分布式裸光纤光栅传感器相比于内贴应变片法，其操作方法有了较大简化，具有适用性且精度可以得到保证。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提出的方法在拉拔试验中应用的示意图；

图2为本发明实施例提出的裸光纤光栅内贴于型材的示意图；

图3为本发明实施例提出的在型材表面粘贴裸光纤光栅的示意图；

图4为本发明实施例提出的在拉拔试验中测量装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

相比于传统方法，本发明采用单根分布式裸光纤光栅传感器，可采用内贴方法避免了对于粘结滑移性能的影响，而且只需粘贴一根光纤无需引出导线，简化了操作工序。相比于内贴多根裸光纤测量不同点的应变，本发明只需采用测量点的参数刻制光栅，内贴一根光纤，不论是成本还是操作难度都有所降低。对于frp(fiberreinforcedpolymer，纤维增强复合材料)筋应变的测量，可在型材表面粘贴分布式裸光纤光栅传感器，并做适当保护措施，从而得到frp筋与基材的局部粘结滑移特性。

本发明实施例提出的一种应用分布式裸光纤光栅进行粘结滑移试验的量测方法包括：

对于内贴法(适用于金属型材，如钢筋、型钢等)是将金属型材切分为两半,在内部用铣床加工出一道凹槽,在凹槽内根据试验要求选定测量点，根据各测量点的参数和各测量点之间的距离在单根裸光纤上刻制分布式裸光纤光栅，将刻制好的分布式裸光纤光栅粘结固定于对应的测量点，整个光纤只粘结裸光纤光栅部分，作为信号传输的除了裸光纤光栅之外的其它部分无需粘结。上述分布式裸光纤光栅将作为裸光纤光栅传感器，裸光纤光栅的参数和测量点的参数相同。裸光纤光栅的参数包括：光栅的数量、光栅的间距、应变的测量范围等，这里主要指裸光纤光栅的应变范围和对应的测量点的应变范围相同。

将单根裸光纤沿着凹槽在金属型材两端伸出。将两半金属型材合拢，通过焊接等组成金属型材整体，按照粘结试验要求将金属型材整体与待测试的基体进行粘结，形成连接体。然后，将裸光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，按照粘结试验要求，对连接体进行粘结滑移试验，通过裸光纤光栅传感器和光纤光栅解调仪获取粘结滑移试验过程中连接体的温度和应变变化，测量连接体的应力、应变和粘结强度的分布及变化。

对于外贴法(适用于复合材料型材和金属型材，如frp筋、frp型材、型钢、钢筋等)是直接在待测型材外表面根据试验要求选定测量点，按照各测量点之间的距离在裸光纤上刻制光栅；将刻制好的裸光纤光栅粘结固定于对应的测量点，将单根裸光纤在型材两端伸出。然后，按照粘结试验要求，将金属型材与待测试的基体粘结成形，进行粘结滑移试验。制备分布式裸光纤光栅传感器时，要根据试件中测量点数量以及测量点之间的距离等参数，在所选用的裸光纤上刻制与对应试件测量点相同参数的布拉格光栅；光纤光栅传感器与金属型材之间采用应变传递较好的胶粘剂在测量点粘结固定；布设完成的分布式光纤光栅传感器连接光纤光栅解调仪，可以实时感知和记录粘结滑移试验过程中试件的温度和应变变化，从而量测基体应力、应变和粘结强度的分布及变化。

图1为本发明实施例的方法在拉拔试验中应用的示意图，图2为本发明实施例提出的裸光纤光栅内贴于型材的示意图，图3为本发明实施例提出的在型材表面粘贴裸光纤光栅的示意图。如图1所示，本发明将刻制好的裸光纤光栅传感器4或开槽(图2)或表面(图3)粘结于型材2，然后将型材与机体相粘结并与光纤光栅解调仪3连接，从而制备图4所示型材粘结强度和应变分布测量装置。最终将图4测量装置放置于反力架5中并应用于图1拉拔试验当中。

如图2所示，所述的裸光纤光栅传感器4由裸光纤以及刻制的光栅8组成。所述型材2切开，将裸光纤光栅传感器用胶粘剂贴于型材凹槽中。之后两半型材采用点焊方式合并为一根完整型材2。

如图3所示，所述的裸光纤光栅传感器4由裸光纤以及刻制的光栅8组成。将裸光纤光栅传感器4用胶粘剂贴于型材表面无肋7处。

如图4所示，将图3或图4所得粘有裸光纤光栅传感器4的型材2与机体相粘结制备试验试块，并与光纤光栅解调仪3相连，最终应用于粘结滑移试验中。

本发明既可应用钢筋与混凝土的粘结滑移试验，也可应用于frp与混凝土的粘结滑移试验。此外对于木结构加固，本发明既可用于钢筋与木材的粘结滑移试验，又可用于frp筋与木材的粘结滑移试验。且对于多种材料之间粘结滑移的测量具有适用性。本发明提高了粘结滑移试验粘结强度和应变分布的测量准确度，适用性广且方法简单、可操作性强，

综上所述，本发明实施例提出的应用裸光纤光栅测量型材与基体之间的粘结性能的方法，具有如下的有益效果：

(1)相比于传统传感器，裸光纤刻制的光栅传感器质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰，工作可靠性和耐久性好；裸光纤直径极小，几乎不改变待测试件的表面形状和外观，克服了现有粘结滑移试验中粘贴电阻应变片测量方法的不足，可以显著提高粘结滑移试验时的测量精度。采用光纤光栅传感器较传统的应变片灵敏度高、精度高、布置灵活，可大量应用于试验研究中。

(2)采用分布式裸光纤光栅传感器相比于多根裸光纤传感器，操作更加简便，且对于直径较小型材当测点数量较多时，该种方法对钢筋受力性能影响较小，更加适用。

(3)采用分布式裸光纤光栅传感器相比于内贴应变片法，其操作方法有了较大简化，具有适用性且精度可以得到保证。

(4)对于frp筋或者是筋材直径较小的粘结滑移试验，内贴应变片法不再适用，因为frp筋作为纤维聚合材料不易进行劈裂开槽工序。而裸光纤光栅可粘贴于型材表面，得到准确测量结果的同时对型材的粘结滑移影响微乎其微。

(5)采用分布式裸光纤光栅传感器相比于外贴应变片法，外贴应变片影响了型材与基体的粘结面积，不但得到的应变量测值不准确而且应变片在滑移过程中容易失效退出工作。而裸光纤光栅在不影响粘结滑移性能的前提下可以准确的得到型材粘结强度以及应变分布。

(6)本发明适用性广，可应用于多种不同材料的粘结滑移性能试验中，同时对不同试验所得数据的横向比较具有一定的参考价值。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。