直接测量PEC型钢混凝土粘结面上粘结性能的方法与流程

本发明属于型钢混凝土粘结性能测量技术领域，尤其涉及一种直接测量pec型钢混凝土粘结面上粘结性能的方法。

背景技术：

pec柱(partiallyencasedconcretecompositecolumns，缩写为pec柱)型钢混凝土组合结构由h型钢在翼缘之间、腹板两侧浇筑混凝土形成，h型钢的腹板全部包裹在混凝土内，翼缘裸露在混凝土外部，所以又称为“部分包裹混凝土结构”，参见图1。这种新型构件既可以用于旧建筑的加固和改造，又可用于新建建筑物的多高层结构。

在钢筋混凝土结构中，钢筋与混凝土间的粘结性能是钢筋与混凝土两种材料协同工作的基础，是保证钢筋混凝土结构承载力的关键。钢筋混凝土结构中的粘结力指沿钢筋纵向在钢筋和混凝土表面上存在的作用力。在直筋和钢绞线锚固端、在钢筋的搭接接头、在裂缝附近等位置钢筋中的力需要由粘结力或粘结构造措施传递到混凝土中，因此构件开裂、裂缝宽度、变形、结构承载力、地震作用下结构吸收和耗散能量的大小都直接或间接与粘结性能有关。

同样的，在型钢混凝土组合结构中，型钢和混凝土之间也存在粘结作用和粘结问题。型钢与混凝土之间的粘结性能是影响型钢混凝土构件的受力性能、破坏形态、承载能力、裂缝和变形的重要因素。因此型钢与混凝土间粘结性能的测量就显得极为重要。

目前国内外对型钢混凝土粘结性能的研究主要有：

(1)大部分科研人员通过在型钢表面开槽，在槽内贴应变片并封填环氧树脂的方式来实测型钢的应变；再通过微段受力平衡关系计算各位置点的粘结应力。这种方法认为混凝土产生的应变很小从而忽略了混凝土的应变。另外，试验过程中封填环氧树脂的部位替代了钢材与混凝土的粘结，减小了钢材与混凝土间原有的粘结面积，降低了粘结性能，使得计算出的粘结应力并非真实数值，存在一定误差。

(2)在型钢与混凝土实际的粘结滑移过程中，混凝土的应变是不可忽略的。但型钢与混凝土接触面在试件的内部，其应变很难直接测得。因此有些科研人员为了得到接触面上混凝土的应变，采用了一种间接测量的方法，即：在混凝土外侧贴应变片，再根据一定的经验公式计算出型钢混凝土接触面上混凝土的应变。这种方法在理论上是正确的，但精确度受经验公式有关影响，还是难以精确的反映出接触面上混凝土应变的大小，存在一定的误差。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种直接测量pec型钢混凝土粘结面上粘结性能的方法。

本发明提供的直接测量pec型钢混凝土粘结面上粘结性能的方法，包括步骤：

(1)在h型钢的各测量点位处分别粘贴一应变片对，该应变片对包括一用来测量h型钢应变的金属应变片、以及一用来测量混凝土结构应变的非金属应变片；

粘贴于翼缘上的应变片对，其中的金属应变片和非金属应变片分别粘贴于翼缘上测量点位处的外侧和内侧；

粘贴于腹板上的应变片对，其中的金属应变片和非金属应变片分别粘贴于腹板上测量点位处的内部和外表面；

(2)在h型钢的翼缘之间、腹板两侧浇筑混凝土，获得型钢混凝土试件；

(3)对型钢混凝土试件加载，同时采集各金属应变片及其对应非金属应变片的应变值，根据所采集的应变值分析pec型钢混凝土粘结面的粘结性能。

进一步的，金属应变片粘贴于腹板上测量点位处的内部，具体为：

在腹板开倒“凸”字形凹槽，该倒“凸”字形凹槽包括底部的第一层槽和上部的第二层槽；

金属应变片粘贴于第一层槽槽底，在第一层槽内封填环氧树脂；

待环氧树脂固化后，在第二层槽上覆盖与第二层槽尺寸匹配的腹板盖板，腹板盖板与腹板同材质，将腹板盖板与腹板焊接成一整体。

所述倒“凸”字形凹槽槽底粘贴1个金属应变片，或等间距粘贴多个金属应变片。

作为优选，在进行步骤(2)之前，还包括步骤：

在非金属应变片表面滴涂一层ab胶，并用刮板挂压，之后，在非金属应变片表面撒上清洗过的石英中砂；待ab胶完全硬化，刮掉多余的石英中砂。

进一步的，所述根据所采集的应变值分析pec型钢混凝土粘结面的粘结性能，包括：

获得各金属应变片及其对应非金属应变片的应变值的差值，即对应测量点位处h型钢与混凝土间的粘结滑移值。

进一步的，所述根据所采集的应变值分析pec型钢混凝土粘结面上粘结性能，包括：

根据各金属应变片及其对应非金属应变片的应变值获得h型钢应力和混凝土应力，h型钢应力和混凝土应力的差值，即对应测量点位处h型钢与混凝土间的粘结应力。

进一步的，所述根据所采集的应变值分析pec型钢混凝土粘结面上粘结性能，包括：

根据各金属应变片及其对应非金属应变片的应变值，计算试件的平均粘结应力，从而绘制相应的平均粘结应力-应变曲线。

本发明方法可以直接且准确测量出型钢和混凝土的接触面上混凝土的应变，在保证h型钢腹板与混凝土原有的粘结界面的情况下量测出型钢的应变，并计算出相应的混凝土应力和型钢应力，两者的差值即h型钢与混凝土间的粘结应力。

本发明具有如下优点和有益效果：

(1)倒“凸”字形凹槽设计，可以有效的解决以往的型钢腹板开槽内贴应变片后封填环氧树脂对其腹板和混凝土间粘结性能的影响，保证了粘结面积，降低试验误差。

(2)采用氩弧焊接较其他焊接方式可以有效的解决在焊接时由于高温对其内部应变片产生的破坏。

(3)焊接后选用m20干磨砂纸进行打磨，可以解决由于焊接或盖板板厚精度不足等原因导致腹板表面凹凸不平对其粘结性能的影响。同时m20干磨砂纸颗粒的大小刚好能够使打磨后的腹板盖板表面及焊接处与原钢材表面粗糙度相同，减小试验误差。

(4)能够直接量测接触面混凝土应变，解决了以往无法直接量测到接触面混凝土应变的技术难题。

(6)试验结果较以往的经验公式的计算结果更直接、准确，减小了误差的产生。

(5)操作简单，制作材料便于获取，量测成本较低。

附图说明

图1是pec柱型钢混凝土组合结构的截面示意图；

图2是实施例中pec柱型钢混凝土组合结构的截面示意图；

图3是实施例中腹板开槽方式的局部示意图；

图4是实施例中腹板盖板与腹板的焊接示意图；

图5是实施例中型钢混凝土组合结构的粘结应力-应变曲线。

图中：1-h型钢，110-翼缘，120-腹板，121-凹槽，122-腹板盖板；2-混凝土，3-混凝土应变片，4-钢材应变片，5-环氧树脂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例主要包括以下步骤：

一、钢材应变片的布置

参见图2～3，在h型钢1的翼缘110外侧对应的型钢应变测量点位处粘贴钢材应变片4。由于腹板120两侧与混凝土接触，无法在腹板120表面直接粘贴钢材应变片，故在腹板120表面开槽，将钢材应变片4粘贴于凹槽121内，并用环氧树脂5封填。考虑到环氧树脂与混凝土表面接触会影响腹板整体与混凝土的粘结性能，故设计了一种新型的凹槽121，即倒“凸”字形凹槽121。

参见图3，该凹槽121分两层。开槽方法为：首先，沿腹板120纵轴方向开一宽4mm、深1.0mm的槽，此为第一层槽，用于布置钢材应变片4。接着，在第一层槽上方，继续沿腹板120纵轴方向开一宽5mm、深0.5mm的槽，此为第二层槽，用于放置腹板盖板122。然后，将钢材应变片4布置于第一层槽的槽底，并在第一层槽内封填环氧树脂5。第一层槽内可以布置1个钢材应变片4，也可等间距布置多个钢材应变片4。最后，待环氧树脂5固化后，在第二层槽上覆盖与第二层槽尺寸匹配的腹板盖板122，腹板盖板122与腹板120同材质，将腹板盖板122与腹板120焊接成一整体。考虑到焊接的热影响可能会对内部钢材应变片4产生破坏，焊接时选择使用热影响区范围较小的氩弧焊，并由中间向两侧焊接，参见图4。焊接结束后，用m20干磨砂纸将腹板盖板122与腹板102连接处打磨平整，成为一体。

本实施例中，钢材应变片4均采用型号bsf120-6aa-t的金属电阻应变片。

二、混凝土应变片的布置

布置混凝土应变片前，应准备材料：透明胶带、双面胶、哥俩好ab胶、502胶水、洗净的石英中砂、混凝土应变片、导线，混凝土应变片采用型号bsq120-40aa的非金属应变片。

混凝土应变片的布置步骤如下：

(1)将混凝土应变片3与导线焊接，采用ab胶涂抹于焊接部位，使混凝土应变片3、ab胶、导线三者粘结牢固成为一体。

(2)在混凝土应变片3的反面粘贴与混凝土应变片3尺寸相同的双面胶条，以正好完全覆盖住混凝土应变片3的反面。

(3)在h型钢上标记出混凝土应变测量点位。混凝土应变测量点位与型钢应变测量点位一一对应，翼缘110上相对的混凝土应变测量点位和型钢应变测量点位，分别位于翼缘110同一位置的内侧和外侧；腹板120上相对的混凝土应变测量点位和型钢应变测量点位，分别位于腹板120同一位置的外表面和内部，这样即可保证采集到型钢和混凝土接触面上的混凝土应变和型钢应变。

(4)清洁h型钢内侧，在各标记点位处粘贴与混凝土应变片3尺寸相同的透明胶条。

(5)采用502胶水将步骤(2)的混凝土应变片3的反面粘贴于各标记点位处的透明胶带上，以将混凝土应变片3位置固定。待浇筑混凝土后，混凝土应变片3的反面接触h型钢，正面接触混凝土。

(6)清洁已固定的混凝土应变片3表面，之后在混凝土应变片3表面滴涂一层ab胶，并用刮板反复挂压，使ab胶充分渗透到混凝土应变片3中，以及使混凝土应变片3表面的ab胶层尽可能薄，以提高测量精度。然后，在混凝土应变片3表面撒上干净的石英中砂，待ab胶完全硬化后，轻轻刮掉多余的石英中砂，即已完成一个混凝土应变片3的粘结。

(7)重复步骤(5)～(6)，完成所有混凝土应变片3的粘结。

(8)混凝土应变片3全部粘贴完成后，引出与混凝土应变片3连接的导线，浇筑混凝土，由于混凝土应变片3表面粘结有石英中砂，从而增强了混凝土应变片3与混凝土的粘结力。待混凝土达到设计强度后，混凝土应变片3便与混凝土建立了牢固的粘结。

三、测量粘结应力及粘结滑移

对型钢混凝土试件进行加载，采集各混凝土应变片和对应位置钢材应变片的应变值，两者的差值即为h型钢与混凝土间对应测量点位处的粘结滑移值。根据应变值计算相应的型钢应力、混凝土应力，两者的差值即为h型钢与混凝土间对应测量点位处的粘结应力。

四，试验结果

根据混凝土应变片和钢材应变片测量的应变值绘制粘结应力平均粘结应力-应变曲线，具体为：

将试件的锚固长度记为l，试件的平均粘结应力τ可由外荷载p除以型钢与混凝土接触表面积s得到，即平均粘结应力τ可从宏观上反映了型钢和混凝土交界面抵抗滑移能力的大小，但不含位置影响。将粘贴于混凝土表面的混凝土应变片采集到的数据进行处理，得到各个标记点位处的应变值ε及其对应的外荷载p。通过公式计算出相应的平均粘结应力，绘制成平均粘结应力-应变曲线，如图5所示。

参见图5，所示为采用本实施例方法获得的平均粘结应力-应变的曲线图。从图中可以看出，该曲线包括无滑移段、上升段和下降段。当荷载较小时，无滑移段化学胶着力起主要作用，随化学胶着力的丧失，加载端开始出现滑移，此时对应的荷载为初始滑移荷载ps，摩擦力和机械咬合力开始发挥作用，直至达到极限荷载。当达到极限荷载时，摩擦力和机械咬合力不足以抵抗界面剪应力，试件发生破坏，破坏后试件存在残余应力。在加载试验结束后，拆开试件，发现所有应变片均完好的与混凝土粘结，没有出现脱落的现象。

通过上述试验结果可知，本发明方法操作简单，造价成本底，试验误差小，用于测量型钢混凝土粘结性能时，可直接量测出型钢与混凝土接触面上混凝土的应变、型钢应变及粘结应力。

上述实施例仅为多种实施例中的一种，对于本领域内的技术人员，在上述说明基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明实质精神而衍生出的其他变化或变动仍属于本发明保护范围。