(北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,北京,100044)
內(nèi)嵌筋材可提高木柱承載力、改善其延性[1-2],筋材與木材之間的可靠黏結(jié)是二者協(xié)同工作的重要保證。有別于成熟的木結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)[3-4],嵌筋方法需在木材表面開槽嵌入筋材,常規(guī)的試件形式可能存在偏心受力、筋材剝離等問題,因此,在內(nèi)嵌筋材的黏結(jié)性能試驗(yàn)中應(yīng)優(yōu)化試件形式。此外,表面內(nèi)嵌筋材與木材為U 型三面黏結(jié)而非完全植入,其黏結(jié)性能弱于植筋黏結(jié),因而需要合理選取膠層厚度和開槽深度等參數(shù)。
DE等[5-6]為了探究混凝土與其表面內(nèi)嵌筋材的黏結(jié)性能,設(shè)計(jì)采用了U 型混凝土試件并完成了拔出試驗(yàn)。考慮到混凝土與木材在材料性能上差別顯著,混凝土表面內(nèi)嵌筋材的試驗(yàn)方法不一定適用于木材;張富文等[7]通過木材表面內(nèi)嵌CFRP(carbon fiber reinforced polymer)筋的拔出試驗(yàn),探究了錨固長(zhǎng)度與木材種類對(duì)黏結(jié)性能的影響;CORRADI 等[8]通過內(nèi)嵌CFRP 筋試件的拔出試驗(yàn),得到了黏結(jié)應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度的分布;SENA 等[9]開展筋材拔出試驗(yàn),考慮了嵌筋種類、位置和錨固長(zhǎng)度對(duì)黏結(jié)性能的影響;此外,RAFTERY 等[10-11]采用了梁式試驗(yàn)的方式探究木材與內(nèi)嵌筋材的黏結(jié)特性。由以上文獻(xiàn)可知:試驗(yàn)方式和試件形式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著;有效的膠層厚度和開槽深度能夠確保其黏結(jié)性能;可靠的應(yīng)變量測(cè)方法可以得到準(zhǔn)確的筋材變形信息。因此,本文作者充分考慮試驗(yàn)方式、試件形式、膠層厚度、開槽深度和應(yīng)變量測(cè)方法等因素,探索適用于研究?jī)?nèi)嵌鋼筋與原木木材之間黏結(jié)滑移性能的試驗(yàn)方法。
圖1所示為木材與筋材的黏結(jié)滑移試驗(yàn)方式[11],由圖1可見:研究木材與筋材黏結(jié)性能的主要試驗(yàn)方式有對(duì)拉試驗(yàn)、梁式試驗(yàn)、試件錨固固定狀態(tài)下的拔出試驗(yàn)以及中心拔出試驗(yàn)。張富文等[7]采用對(duì)拉試驗(yàn)的方式研究了木材與其表面嵌筋之間的黏結(jié)特性;SENA 等[9]在膠合木與GFRP(glass fiber reinforced polymer)筋錨固性能試驗(yàn)中,采用梁式試件進(jìn)行了黏結(jié)滑移試驗(yàn);與此同時(shí)采用預(yù)制反力架固定試件以拔出GFRP 筋;DE 等[12]采用預(yù)制錨桿將木材試塊固定,通過試驗(yàn)機(jī)拔出錨筋以完成黏結(jié)性能試驗(yàn)研究。
圖1 木材與筋材的黏結(jié)滑移試驗(yàn)方式Fig.1 Bond-slip test modes of timber and steel bar
分析已有研究,對(duì)拉試驗(yàn)多應(yīng)用于內(nèi)部植筋節(jié)點(diǎn)的錨固性能研究,梁式試驗(yàn)?zāi)軌蜉^為真實(shí)地反映滑移特性,高昂的試驗(yàn)花費(fèi)以及復(fù)雜的操作導(dǎo)致其不適用于具有大容量樣本的試驗(yàn)研究。錨固木材試塊的拔出試驗(yàn)方式,因筋材的錨固長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng),適用于有關(guān)木材橫紋性能的試驗(yàn)研究。綜合上述因素,本文選用中心拔出試驗(yàn)作為研究木材表面嵌筋黏結(jié)滑移性能的試驗(yàn)方式。
WIDMANN 等[13]通過試驗(yàn)研究了試件截面尺寸對(duì)于鋼筋與木材黏結(jié)滑移性能的影響,指出為防止鋼筋拔出之前木材過早的劈裂破壞,設(shè)計(jì)植筋邊距(鋼筋中心線至試件外邊緣的距離)應(yīng)大于2.3d(d為嵌筋直徑);CHANS 等[14]的試驗(yàn)研究中植筋邊距為3d,YEBOAH 等[15]制作的試件上述參數(shù)為3.75d。參考上述相關(guān)研究,考慮植筋邊距、鋼筋直徑以及錨固長(zhǎng)度等因素的影響,本文試件的初始長(zhǎng)×寬×高選定為210 mm×150 mm×95 mm,植筋邊距為3.75d。考慮筋材內(nèi)嵌于木材表面的工作狀態(tài),制作了木材表面開槽埋置鋼筋的初始試件,如圖2所示。
圖2 表面開槽試驗(yàn)試件Fig.2 Test specimen with surface groove
圖3所示為試驗(yàn)裝置及試件受力分析。由圖3可見:鋼筋受到垂直向下的拔出力F,通過膠層的傳遞,產(chǎn)生作用于木材的分布黏結(jié)應(yīng)力τ。木材底面受到分布荷載q的作用,q與τ的共同作用下,產(chǎn)生使木材試塊發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的彎矩M。隨著荷載不斷增加,木材底部發(fā)生壓縮變形,靠近鋼筋區(qū)段木材變形大,遠(yuǎn)離鋼筋區(qū)段變形小。試驗(yàn)過程中上述轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩和不均勻的壓縮變形引起試塊發(fā)生傾斜,如圖3(b)中虛線所示,試驗(yàn)力F分解為沿著木槽長(zhǎng)度方向的力F1以及垂直于木槽長(zhǎng)度方向的力F2,在力F2的作用下鋼筋并未沿著木槽方向中心拔出。鋼筋在力F2作用下與膠層發(fā)生剝離破壞,進(jìn)而影響了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。
圖3 試驗(yàn)裝置及試件受力分析Fig.3 Initial test set-up and force analysis
改進(jìn)的試驗(yàn)試件如圖4(a)所示,試件長(zhǎng)×寬×高為210 mm×150 mm×160 mm。按圖4(a),將木方分割為A和B塊,其中B塊表面開槽;鋼筋固定于木槽中心位置(同時(shí)位于未分割前木方中心),其與木槽之間的縫隙填充植筋膠;用膠帶隔離木槽外覆膠層,確保膠體只與B塊木材三面黏結(jié)而與A塊脫黏;將A塊采用鉚釘定位,在開槽范圍之外通過膠體與B塊黏合為一個(gè)整體,至此試件制作完成。圖4(b)所示為最終的試驗(yàn)裝置以及試件形式。
圖4 試件形式及試驗(yàn)裝置Fig.4 Specimen form and test set-up
為了選取有效的膠層厚度、開槽深度以及應(yīng)變量測(cè)方法,同時(shí)驗(yàn)證所選定的試驗(yàn)方式和試件形式,進(jìn)行26 個(gè)試件的拔出試驗(yàn)。考慮到植筋黏結(jié)中常用4 mm的膠層厚度,以及膠層厚度過大對(duì)試件截面帶來的不利影響,本文對(duì)比了2 mm 和4 mm 膠層厚度對(duì)于黏結(jié)性能的影響。此外,木材表面嵌筋存在有外覆膠層,試驗(yàn)中通過研究開槽深度,進(jìn)而探究了外覆膠層厚度對(duì)于嵌筋黏結(jié)的影響。試件分組及相關(guān)參數(shù)詳見表1。
木材選用紅松原木,其物理力學(xué)性質(zhì)均通過無疵小試樣測(cè)得。木材的密度和含水率分別為0.48 g/cm3和10.5%;順紋抗壓強(qiáng)度和順紋抗剪強(qiáng)度分別為45.1 MPa和9.1 MPa;木材的彈性模量為11 090 MPa。鋼筋牌號(hào)為HRB400,材料參數(shù)詳見表2。鋼筋與木材之間采用雙組份環(huán)氧樹脂植筋膠黏結(jié),其材料參數(shù)由廠家提供。植筋膠的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為11.5 MPa 和83.5 MPa;抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度分別為70.5 MPa和16.1 MPa。裸光纖光柵傳感器的光柵長(zhǎng)度為10 mm,光柵反射率≥85.0%,波長(zhǎng)范圍為1 525~1 565 nm。
試驗(yàn)采用微機(jī)控制300 kN 電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載,加載程序采用位移控制,速率為1 mm/min,當(dāng)試件發(fā)生明顯破壞或僅存殘余黏結(jié)力時(shí),停止試驗(yàn)。試驗(yàn)荷載通過荷載傳感器采集,相對(duì)滑移由試件加載端和自由端設(shè)置的電感式位移計(jì)記錄。由圖4可見:本文位移計(jì)所量測(cè)的為鋼筋相對(duì)于木材試件底部的相對(duì)滑移。上述的荷載傳感器、位移計(jì)以及鋼筋內(nèi)貼應(yīng)變片的數(shù)據(jù)均由一臺(tái)IMC 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀同步采集;裸光纖光柵的光信號(hào)采集通過一臺(tái)光纖光柵解調(diào)儀完成。
表1 試件參數(shù)及分組Table 1 Group and parameters of specimens mm
表2 鋼筋材料參數(shù)Table 2 Material properties of steel bar
在20 ℃室溫下,養(yǎng)護(hù)7 d以上,待膠體完全固化之后進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表3,其中Ⅰ為黏結(jié)破壞,表現(xiàn)為在鋼筋與膠體界面發(fā)生拔出破壞;或者由于鋼筋與膠體黏結(jié)良好,而產(chǎn)生膠層周邊木纖維隨鋼筋拔出的剪切破壞。Ⅱ表示木材劈裂破壞,在鋼筋拔出過程中,當(dāng)木材保護(hù)層厚度不足時(shí),發(fā)生脆性破壞,該種破壞形式不能充分反映鋼筋與木材的黏結(jié)性能。由于試件S4-(5)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差較大而需要將其在試驗(yàn)結(jié)果處理時(shí)予以剔除,故未將其列入極限承載力平均值以及黏結(jié)應(yīng)力平均值的計(jì)算。平均黏結(jié)應(yīng)力由式(1)計(jì)算。
式中:τa為平均黏結(jié)應(yīng)力;Fu為極限承載力;d為鋼筋直徑;l為錨固長(zhǎng)度。
選取擬用于嵌筋加固木柱的16 mm直徑鋼筋,研究了2 mm和4 mm這2種膠層厚度對(duì)黏結(jié)性能的影響。圖5所示為不同膠層厚度試件的典型破壞形態(tài),表3列出了各試件的破壞形態(tài)。
表3 試件試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test results of specimens
膠層厚度4 mm試件主要的破壞形態(tài)為鋼筋的拔出破壞,隨著試件黏結(jié)長(zhǎng)度增加,伴隨有木材微裂縫的開展和延伸。由圖5可見:試件S2-(2)發(fā)生鋼筋的拔出破壞,S2-(3)試件在鋼筋的拔出過程中,由于鋼筋與膠層之間的機(jī)械咬合作用,木材受到擠壓而產(chǎn)生微裂縫。膠層厚度2 mm試件多發(fā)生鋼筋的拔出破壞;部分試件由于黏結(jié)長(zhǎng)度長(zhǎng),鋼筋與膠層之間具有良好的握裹力,因而發(fā)生木材的剪切破壞。
圖6所示為不同膠層厚度試件的極限承載力和平均黏結(jié)強(qiáng)度分布曲線,采用同一組3個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果平均值作為其代表值,通過相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差反映數(shù)據(jù)的離散程度。由圖6可見:試件的極限承載力隨著錨固長(zhǎng)度增加而增加;平均黏結(jié)應(yīng)力隨著錨固長(zhǎng)度的增加而減小。膠層厚度4 mm試件的極限承載力和平均黏結(jié)應(yīng)力均大于膠層厚度2 mm試件的試驗(yàn)結(jié)果,因此,不同膠層厚度會(huì)影響試件的黏結(jié)強(qiáng)度。其原因如下:當(dāng)木槽外覆膠層厚度較小時(shí),化學(xué)膠結(jié)力以及滑移過程中的機(jī)械咬合力相應(yīng)較小。當(dāng)鋼筋微滑移時(shí),膠層厚度較小試件的外覆膠層隨即發(fā)生破壞,膠體與鋼筋之間的機(jī)械咬合作用減弱,黏結(jié)強(qiáng)度隨之降低。
圖7所示為試件的平均荷載-滑移曲線。由圖7可知:加載初期,不同膠層厚度試件的曲線基本重合,但是膠層厚度2 mm試件的極限承載力小于膠層厚度4 mm 試件的極限承載力,膠層厚度4 mm 試件的峰值位移大于膠層厚度2 mm 試件的峰值位移。
LING 等[3]在木材植筋黏結(jié)滑移試驗(yàn)中探究了2,4和6 mm膠層厚度對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響,指出隨著膠層厚度增加,極限承載力呈線性增加。BROUGHTON 等[16]的試驗(yàn)研究結(jié)果與上述結(jié)論相一致。ROSSIGNON等[17]的研究表明膠層厚度過大會(huì)導(dǎo)致試件凈截面減小,從而發(fā)生木材的劈裂破壞以及膠體的剝離破壞,同時(shí)膠層厚度選擇為4 mm 較為合理且適用于實(shí)際工程。因此,膠層厚度為4 mm時(shí),木材與鋼筋黏結(jié)性能較好。
圖5 不同膠層厚度試件的典型破壞形態(tài)Fig.5 Typical failure modes of specimens with different glue-line thickness
在木材表面內(nèi)嵌鋼筋時(shí),木槽的外覆膠層較薄弱,可能影響到鋼筋與木材的黏結(jié)性能。因此,本文采用擬用于嵌筋加固木柱的20 mm直徑鋼筋,為選取適宜的開槽深度進(jìn)行了試驗(yàn)研究。需要說明的是,在不同開槽深度試件中,鋼筋與木材3個(gè)黏結(jié)面的膠層厚度均為4 mm,僅外覆膠層厚度為研究變量。
圖8所示為不同開槽深度試件典型的破壞形態(tài)。S3和S4組試件開槽深度均為28 mm(外覆膠層厚度4 mm),主要發(fā)生鋼筋的拔出破壞,如圖8所示,試件的破壞形態(tài)較為一致。S7和S8組試件的開槽深度為32 mm(外覆膠層厚度8 mm),其破壞形態(tài)不一,如圖8(c)所示,試件S7-(1)發(fā)生木材的劈裂破壞,是因?yàn)殚_槽深度增加,試件嵌筋邊距減小所致;由圖8(d)可見:試件S8-(2)發(fā)生木材剪切破壞,是因?yàn)殚_槽深度增加,試件外覆膠層不易發(fā)生破壞,木材抗剪承載力不足而發(fā)生剪切破壞。因此,開槽深度會(huì)影響試件的破壞形態(tài)。
圖6 不同膠層厚度試件極限承載力及平均黏結(jié)強(qiáng)度分布Fig.6 Ultimate load and average bond strength of specimens with 2 mm and 4 mm glue-line thicknesses
圖7 不同膠層厚度試件的平均黏結(jié)-滑移曲線Fig.7 Average bond-slip curves of specimens with different glue-line thicknesses
圖8 不同開槽深度試件的典型破壞形態(tài)Fig.8 Typical failure modes of specimens with different groove depths
圖9所示為不同開槽深度試件的極限承載力和平均黏結(jié)應(yīng)力分布曲線,同樣采用同一組3個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果平均值作為其代表值,通過相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表征數(shù)據(jù)的離散程度。由圖9(a)可見:開槽深度32 mm 試件的極限承載力略大于開槽深度28 mm試件的極限承載力,但二者相差不大,圖9(b)中試件平均黏結(jié)應(yīng)力的分布亦符合上述規(guī)律。SENA等[9]的研究結(jié)果表明:當(dāng)加大開槽深度時(shí),試件的極限承載力隨之增加。
圖10所示為不同開槽深度試件的黏結(jié)-滑移曲線分布,由圖10可見:2種開槽深度試件的黏結(jié)滑移曲線上升段一致,極限承載力和峰值位移相近。S7和S8組試件曲線軟化段多為垂直下降直線,S3和S4組試件的曲線軟化段多為斜直線。由此可知,S7 和S8 組試件多發(fā)生脆性破壞,而S3 和S4 組試件則表現(xiàn)出明顯的延性。S7和S8組試件由于開槽深度較大,嵌筋邊距相應(yīng)減小,當(dāng)荷載接近峰值時(shí),木材厚度不足以抵抗裂縫的發(fā)展隨即發(fā)生上述的脆性劈裂破壞。
綜上可知,隨木槽深度增加,試件的黏結(jié)強(qiáng)度略有提高,但木材保護(hù)層厚度減小,導(dǎo)致試件破壞形態(tài)由延性的鋼筋拔出破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈缘哪静呐哑茐?。故在?nèi)嵌鋼筋與木材的黏結(jié)滑移試驗(yàn)中,宜選用4 mm的鋼筋外覆膠層厚度。
黏結(jié)滑移試驗(yàn)中,常采用內(nèi)貼應(yīng)變片的方法測(cè)量鋼筋的應(yīng)變[18],即將鋼筋切為兩半,在切面銑槽黏貼應(yīng)變片,之后合攏兩半鋼筋并用于拔出試驗(yàn)。該方法可以有效地測(cè)量試驗(yàn)中的鋼筋應(yīng)變,但存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工序繁瑣、影響鋼筋性能等問題,不適用于直徑較小的常用鋼筋以及FRP(fiber reinforced polymer)筋。文獻(xiàn)[19-20]將光纖光柵傳感器應(yīng)用于鋼筋與混凝土的黏結(jié)滑移試驗(yàn)中測(cè)量鋼筋的應(yīng)變,該種傳感器直徑極小可直接黏貼于鋼筋表面,操作簡(jiǎn)便快捷,且對(duì)黏結(jié)面影響較小。
圖9 28 mm和32 mm開槽深度試塊極限承載力及平均黏結(jié)強(qiáng)度分布Fig.9 Ultimate load and average bond strength of specimens with 28 mm and 32 mm groove depths
圖10 不同開槽深度試件的平均黏結(jié)-滑移曲線Fig.10 Average bond-slip curves of specimens with different groove depths
本文部分試件中同時(shí)采用了外黏裸光纖光柵和內(nèi)貼應(yīng)變片測(cè)量試驗(yàn)中的鋼筋應(yīng)變,并對(duì)比了2種測(cè)量方式的采集結(jié)果。圖11所示為試驗(yàn)中的鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置,由圖11可見:鋼筋的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)、應(yīng)變片布設(shè)與光柵位置一一對(duì)應(yīng)。圖11中測(cè)點(diǎn)1處光纖光柵的采集結(jié)果記為FBG1,而對(duì)應(yīng)的兩半鋼筋上應(yīng)變片的采集結(jié)果分別記為SG1 和SG1′,其余測(cè)點(diǎn)依此類推。
圖11 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置Fig.11 Strain measurement points
圖12 封裝前光纖光柵與應(yīng)變片應(yīng)變采集結(jié)果對(duì)比Fig.12 Comparison of strain collection results between pre-package FBG and strain gauge
圖12所示為封裝前光纖光柵與應(yīng)變片應(yīng)變采集結(jié)果對(duì)比。由圖12(a)可知:在0~25 kN 范圍內(nèi)靠近自由端2個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片與光柵量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)良好,而測(cè)點(diǎn)3 處量測(cè)數(shù)據(jù)偏差較大。由圖12(b)可見:2種量測(cè)方法在部分測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)良好,試驗(yàn)荷載25 kN 時(shí)測(cè)量應(yīng)變可達(dá)到325με。而圖12(c)~(e)中的試件,在0~25 kN的荷載范圍內(nèi)2種量測(cè)方法對(duì)應(yīng)良好,鋼筋自由端測(cè)點(diǎn)的光纖光柵采集效果優(yōu)于加載端測(cè)點(diǎn)的光柵量測(cè)結(jié)果;由于加載端區(qū)段應(yīng)力分布復(fù)雜,平均黏結(jié)應(yīng)力較大,光纖在該區(qū)段極易損壞,影響了數(shù)據(jù)的采集。荷載較小時(shí)2種應(yīng)變測(cè)量方法所得結(jié)果對(duì)應(yīng)良好,荷載增大到一定程度之后,光纖光柵的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)異常。
裸光纖黏貼在鋼筋表面極易破損,為提升光纖工作性能,對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)易封裝,如圖13所示。具體封裝方法為在鋼筋表面光纖黏貼區(qū)段銑出2 mm×2 mm 凹槽,采用快速黏結(jié)劑將光纖光柵布設(shè)于凹槽內(nèi),并用環(huán)氧樹脂抹平。圖14所示為對(duì)光纖做簡(jiǎn)易封裝后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。由圖14可見:當(dāng)接近峰值荷載時(shí),光纖光柵與應(yīng)變片仍有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。簡(jiǎn)易封裝后當(dāng)試驗(yàn)荷載接近70 kN時(shí),部分光纖仍可以正常工作,最大測(cè)量應(yīng)變可達(dá)500με。
圖13 光纖光柵的簡(jiǎn)易封裝Fig.13 Simple package of FBG
由于光纖的封裝保護(hù)不足,部分光纖在加載階段即發(fā)生破損,數(shù)據(jù)采集效果較差。而內(nèi)貼應(yīng)變片在試驗(yàn)過程中可以克服復(fù)雜的黏結(jié)應(yīng)力分布而正常工作且性能穩(wěn)定,因此,在沒有可靠的簡(jiǎn)易封裝技術(shù)支撐下,黏結(jié)滑移試驗(yàn)中的鋼筋應(yīng)變測(cè)量宜選用內(nèi)貼應(yīng)變片的方法。
通過比選,采用了拔出試驗(yàn)方式,改進(jìn)得到了拼接形式的試驗(yàn)試件,基于試驗(yàn)研究確定了4 mm 的膠層厚度和對(duì)應(yīng)20 mm 直徑鋼筋的28 mm開槽深度(外覆膠層厚度4 mm),最后選取了內(nèi)貼應(yīng)變片的筋材應(yīng)變量測(cè)方法,得到了適用于研究木材與其表面內(nèi)嵌鋼筋黏結(jié)滑移特性的試驗(yàn)方法。
為了驗(yàn)證上述所得試驗(yàn)方法的可靠性,以黏結(jié)長(zhǎng)度和鋼筋直徑作為主要的參數(shù),設(shè)計(jì)并制作了6 組18 個(gè)試件,研究80,120 和160 mm 這3 種錨固長(zhǎng)度以及16 mm和20 mm這2種直徑鋼筋對(duì)于木材與內(nèi)嵌鋼筋黏結(jié)滑移性能的影響。表4為通過本文試驗(yàn)方法所得試驗(yàn)結(jié)果,圖15所示為試件的荷載-滑移曲線。由表4和圖15可知:采用本文研究得到的試驗(yàn)方法,可以避免試件發(fā)生木材的劈裂破壞,而主要發(fā)生鋼筋與木材的黏結(jié)破壞,從而確保了鋼筋與木材黏結(jié)滑移性能研究的有效性;試件的極限承載力隨著錨固長(zhǎng)度增大而增大,而黏結(jié)強(qiáng)度隨之減??;鋼筋直徑變化時(shí),試件的極限承載力隨著直徑增加而增大而黏結(jié)強(qiáng)度則基本不發(fā)生改變。試件的荷載-滑移曲線分布可以反映其整體的黏結(jié)滑移特性,上升與下降段斜率表示了試件的錨固剛度,同時(shí)也間接反映了試件的破壞形態(tài)。
圖14 封裝后光纖光柵與應(yīng)變片應(yīng)變采集結(jié)果對(duì)比Fig.14 Comparison of strain collection results between packaged FBG and strain gauge
表4 黏結(jié)滑移試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of bond-slip test
圖15 試件的荷載-滑移曲線Fig.15 Load-slip curves of specimens
通過上述試驗(yàn)研究可知,本文得到的試驗(yàn)方法可以有效開展錨固長(zhǎng)度、鋼筋直徑等對(duì)于黏結(jié)性能影響的研究,建立考慮相關(guān)影響因素的黏結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系,為后續(xù)考慮多變量(如木材種類、筋材種類、膠體類型等)共同作用進(jìn)而為更加全面地探究木材與表面內(nèi)嵌筋材的黏結(jié)滑移特性提供方法與途徑。
1)經(jīng)過比選,采用拔出試驗(yàn)作為研究木材表面嵌筋黏結(jié)滑移性能的試驗(yàn)方式;分析初始試驗(yàn)試件的受力并進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,進(jìn)而確定了合理的試件形式。
2)當(dāng)膠層厚度4 mm時(shí),試件的極限承載力較高,鋼筋與木材之間具有良好的黏結(jié)性能。建議在后續(xù)的黏結(jié)試驗(yàn)和實(shí)際的加固工程中選取4 mm的膠層厚度。
3)隨著開槽深度增加,試件多發(fā)生木材的劈裂破壞,破壞形態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變且極限承載力略微提升。因此,當(dāng)鋼筋直徑為20 mm 時(shí),試件開槽深度選用28 mm(外覆膠層厚度4 mm)。
4)在初始加載階段,光纖光柵與內(nèi)貼應(yīng)變片的采集數(shù)據(jù)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,隨著荷載增加光纖光柵的采集結(jié)果異常,而應(yīng)變片則可以正常工作且性能穩(wěn)定。因此,黏結(jié)滑移試驗(yàn)中宜選用內(nèi)貼應(yīng)變片測(cè)量鋼筋應(yīng)變;光纖光柵的簡(jiǎn)易封裝可提升其工作性能,但仍需對(duì)其封裝技術(shù)作進(jìn)一步探究。
5)考慮錨固長(zhǎng)度和鋼筋直徑影響的黏結(jié)試驗(yàn)方法可行,結(jié)果可靠,能夠?yàn)楹罄m(xù)探究木材與內(nèi)嵌鋼筋黏結(jié)滑移特性提供指導(dǎo)與幫助。