一种“cfrp-胶层-钢”粘结性能的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及碳纤维复合材料加固钢结构领域，尤其设及一种乂FRP-胶层-钢"粘结 性能的测量方法。
【背景技术】
[0002] CFRP(碳纤维复合材料)具有强度高、质量轻、抗腐蚀、耐久性好等优点，近几年来 逐渐被应用到钢结构加固领域。CFRP加固钢结构就是在钢结构薄弱部位的表面粘贴CFRP材 料，通过胶层的粘结作用使一部分载荷传递到CFRP上，从而改善粘贴处的应力状态，达到修 复加固的目的。
[0003] 由CFRP加固钢结构的工艺特点可知，加固后的力学薄弱环节是"CFRP-胶层-钢"粘 结界面。研究表明，"CFRP-胶层-钢"粘结界面受力情况复杂，但分析时可简化为垂直于粘结 界面的正向应力和平行于粘结界面的剪切应力。经CFRP加固后的钢结构，当受到的正向应 力或剪切应力过大时，都有可能引起粘结界面的破坏，造成加固失效。在针对CFRP加固钢结 构的研究中，如何通过实验测量"CFRP-胶层-钢"粘结界面破坏时的极限应力值显得尤为重 要。目前，国内外学者往往是通过制作粘结试件，再利用疲劳试验机(或者拉伸试验机)进行 实验测量的。运种测量方法存在的不足之处在于：尚没有专口的用于测量乂FRP-胶层-钢" 粘结性能的实验装置及方法，若利用疲劳试验机等大型设备，存在设备复杂、成本高、不易 获得等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中难W测试乂FRP-胶层-钢"粘结性 能的缺陷，提供一种测试快速，且成本较低的"CFRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 本发明提供一种"CFRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法，包括W下步骤：
[0007] S1、根据测量需要，选择相应的CFRP测头和钢测头，并将其安装在极限粘结应力测 量装置的测柄上，在两测头之间涂抹胶层形成"CFRP-胶层-钢"粘结界面；
[000引S2、启动极限粘结应力测量装置，拉力滑块低速滑动，弹黃被拉伸带动移动测柄， 弹黃拉力逐渐增大直到造成乂FRP-胶层-钢"粘结界面破坏，实时测量移动测柄和拉力滑块 之间的距离，即弹黃的长度，并绘制"长度-时间"的关系曲线；
[0009] S3、得到"长度-时间"关系曲线的突变点，根据弹黃初始长度和突变点对应的弹黃 长度计算极限粘结应力。
[0010] 进一步地，本发明的步骤S3中包括正向极限应力的计算方法，其计算公式为：
[0011]
[001 ^ 其中，0表示"CFRP-胶层-娜'粘结界面破坏时的正向极限应力，单位MPa，k表示弹 黃的劲度系数，单位N/mm，l0表示弹黃的初始长度，单位为mm，h表示粘结界面破坏时的弹黃 长度，单位为mm，S表示测头的横截面积，单位为mm2。
[0013] 进一步地，本发明的步骤S3中包括剪切极限应力的计算方法，其计算公式为：
[0014]
[001引其中，τ表示"CFRP-胶层-娜'粘结界面破坏时的剪切极限应力，单位MPa，k表示弹 黃的劲度系数，单位N/mm，l0表示弹黃的初始长度，单位为mm，h表示粘结界面破坏时的弹黃 长度，单位为mm，S表示测头的横截面积，单位为mm2。
[0016]进一步地，本发明的步骤S1中的CFRP测头和钢测头有多个，通过定制不同弹性模 量的CFRP测头，进行CFRP弹性模量对"CFRP-胶层-钢"粘结性能影响的测试;通过定制不同 表面粗糖度的钢测头，进行钢结构表面粗糖度对"CFRP-胶层-钢"粘结性能影响的测试。 [0017]本发明产生的有益效果是:本发明的"CFRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法，通过 动力系统逐渐拉伸皮带，实时记录下滑动测柄和拉力滑块之间的距离，直到乂FRP-胶层-钢"粘结界面破坏后，绘制"长度-时间"的关系曲线，根据突变点的数据结合计算公式得出 "CFRP-胶层-钢"粘结界面破坏时的极限应力;本方法测量原理清晰、测量速度快，利用的装 置结构简单、成本低，便于实验室W较少的资金获得，无需借助疲劳试验机等大型复杂设备 实验。
【附图说明】
[0018]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0019]图1是本发明实施例的"CFRP-胶层-鄉'粘结性能的测量方法的流程图；
[0020] 图2是本发明实施例的"CFRP-胶层-钢"粘结性能的测量装置的结构示意图；
[0021] 图3是本发明实施例的乂FRP-胶层-钢"粘结性能的测量装置的测头的结构示意 图；
[0022] 图4是本发明实施例的乂FRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法的"长度-时间"关系 曲线图；
[002；3]图中，1-机架，2-底板，3-密封罩，4-导轨，5-测头，6-紧固卡环，7-第二移动测柄， 8-测距仪，9-弹黃，10-第二拉力滑块，11-皮带，12-第一拉力滑块，13-第一移动测柄，14-固 定测柄。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不 用于限定本发明。
[002引如图1所示，本发明实施例的乂FRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法，包括W下步 骤：
[0026] S1、根据测量需要，选择相应的CFRP测头和钢测头，并将其安装在极限粘结应力测 量装置的测柄上，在两测头之间涂抹胶层形成"CFRP-胶层-钢"粘结界面；
[0027] S2、启动极限粘结应力测量装置，拉力滑块低速滑动，弹黃被拉伸带动移动测柄， 弹黃拉力逐渐增大直到造成乂FRP-胶层-钢"粘结界面破坏，实时测量移动测柄和拉力滑块 之间的距离，即弹黃的长度，并绘制"长度-时间"的关系曲线；
[0028] S3、得到"长度-时间"关系曲线的突变点，根据弹黃初始长度和突变点对应的弹黃 长度计算极限粘结应力。
[0029] 步骤S3中包括正向极限应力和剪切极限应力的计算方法，正向极限应力的计算公 式为：
[0030]
[00川其中，0表示乂FRP-胶层-娜'粘结界面破坏时的正向极限应力，单位MPa，k表示弹 黃的劲度系数，单位N/mm，l0表示弹黃的初始长度，单位为mm，h表示粘结界面破坏时的弹黃 长度，单位为mm，S表示测头的横截面积，单位为mm2。
[0032] 剪切极限应力的计算公式为：
[0033]
[0034] 其中，τ表示乂FRP-胶层-钢"粘结界面破坏时的剪切极限应力，单位MPa,k表示弹 黃的劲度系数，单位N/mm，l〇表示弹黃的初始长度，单位为mm，h表示粘结界面破坏时的弹黃 长度，单位为mm，S表示测头的横截面积，单位为mm2。
[0035] 如图2所示，本发明实施例的乂FRP-胶层-钢"粘结性能的测量装置用于实现本发 明实施例的"CFRP-胶层-钢"粘结性能的测量方法，包括支撑部分、测量部分和动力部分；
[0036] 支撑部分包括两根平行设置的导轨4,记作第一导轨和第二导轨;支撑部分还包括 机架1和设置在机架1上的底板2，导轨4设置在底板2上；
[0037] 测量部分包括：
[0038] 设置在第一导轨上的固定测柄14、第一移动测柄13和第一拉力滑块12;固定测柄 14和第一移动测柄13相对的面上分别设置有一个圆柱形凸台，固定测柄14在面向第二导轨 的面上还设置有一个圆柱形凸台，第一移动测柄13与第一拉力滑块12之间通过弹黃9连接， 第一