本發(fā)明涉及粘結(jié)滑移測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用裸光纖光柵測(cè)量型材與基體之間的粘結(jié)性能的方法。

背景技術(shù)：

型材(如鋼筋、frp筋、型鋼等)與機(jī)體(如混凝土、木材等)能夠協(xié)同工作的基礎(chǔ)就是兩者之間的粘結(jié)力,良好的粘結(jié)才能使得兩者之間的變形保持一致,并且應(yīng)力才可以在它們相互間得到很好的傳遞,所以粘結(jié)的好壞直接影響著粘結(jié)構(gòu)件的承載能力。故粘結(jié)滑移理論的研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

型材與基體的粘結(jié)滑移問(wèn)題對(duì)理論的研究也有非常重要的作用,隨著非線(xiàn)性有限元研究的不斷深入,對(duì)粘結(jié)滑移提出了新的要求,為能更真實(shí)的模擬型材與基體的粘結(jié)關(guān)系,必須建立更為合理的粘結(jié)—滑移本構(gòu)關(guān)系模型。在計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬中,將此粘結(jié)—滑移本構(gòu)關(guān)系模型應(yīng)用于型材與基體的聯(lián)接單元。

通常試驗(yàn)研究采用平均粘結(jié)應(yīng)力作為整個(gè)粘結(jié)段的粘結(jié)應(yīng)力，隨著對(duì)鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移性能研究的深入,很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)粘結(jié)—滑移關(guān)系沿型材的錨固長(zhǎng)度方向是變化的。為得到不同位置處的粘結(jié)—滑移關(guān)系,應(yīng)當(dāng)知道粘結(jié)應(yīng)力與滑移量沿錨長(zhǎng)的分布。在實(shí)際的測(cè)量當(dāng)中,可以在鋼筋與混凝土相應(yīng)的位置處布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn),可以根據(jù)鋼筋相鄰測(cè)點(diǎn)上的鋼筋應(yīng)力求出測(cè)段上的平均粘結(jié)應(yīng)力,從而近似得到粘結(jié)應(yīng)力沿錨長(zhǎng)的分布。然后根據(jù)鋼筋與混凝土的變形差值可以得到不同位置處的相對(duì)滑移量。

目前，大部分粘結(jié)滑移試驗(yàn)對(duì)于型材應(yīng)變的量測(cè)采用內(nèi)貼與外貼應(yīng)變片法。

外貼應(yīng)變片法：外貼應(yīng)變片改變了型材與基體間的作用面積從而影響了粘結(jié)滑移性能，并且在滑移過(guò)程中應(yīng)變片會(huì)受到損壞，故該方法適用性較差。

內(nèi)貼應(yīng)變片法：內(nèi)貼應(yīng)變片的方法是將型材分為兩半,并在內(nèi)部用銑床加工出一道凹槽,在凹槽內(nèi)按一定距離貼入箔式電阻片,導(dǎo)線(xiàn)沿著凹槽在型材兩端伸出,最后兩半型材合攏,并在貼片區(qū)外點(diǎn)焊成一個(gè)整體。該種方法適用于鋼筋應(yīng)變測(cè)量，而對(duì)于frp筋、型鋼(主要是型鋼沒(méi)有辦法劈開(kāi)，frp筋有時(shí)也是可以劈開(kāi)的，另外對(duì)于直徑較小的型材也很難劈開(kāi))等型材該方法因不易劈開(kāi)型材而不適用。且內(nèi)貼應(yīng)變片操作繁瑣復(fù)雜。近些年隨著光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展，有學(xué)者采用外貼多根裸光纖光柵測(cè)量型材在粘結(jié)滑移試驗(yàn)中的應(yīng)變。由于應(yīng)變測(cè)點(diǎn)較多，故外貼多根光纖同樣會(huì)對(duì)粘結(jié)滑移性能測(cè)量產(chǎn)生不利影響，且操作復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種應(yīng)用裸光纖光柵測(cè)量型材與基體之間的粘結(jié)性能的方法，以實(shí)現(xiàn)有效地對(duì)型材與基體之間的粘結(jié)性能進(jìn)行測(cè)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種應(yīng)用裸光纖光柵測(cè)量型材與基體之間的粘結(jié)性能的方法，包括：

在型材的內(nèi)部或者表面選定測(cè)量點(diǎn)；

根據(jù)所有的測(cè)量點(diǎn)設(shè)定光纖布置路徑，在所述光纖布置路徑上布設(shè)光纖，在所述光纖上設(shè)置裸光纖光柵，所述裸光纖光柵與所述測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)；

將所述型材與待測(cè)試的基體進(jìn)行粘結(jié)，形成連接體，對(duì)所述連接體進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)，通過(guò)所述裸光纖光柵測(cè)量所述粘結(jié)滑移試驗(yàn)過(guò)程中所述型材的溫度和應(yīng)變變化。

進(jìn)一步地，所述的在型材的內(nèi)部或者表面選定測(cè)量點(diǎn)，包括：

將金屬型材切分為兩半,在金屬型材的內(nèi)部加工出一道凹槽,在凹槽內(nèi)根據(jù)試驗(yàn)要求選定測(cè)量點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述的在型材的內(nèi)部或者表面選定測(cè)量點(diǎn)，包括：

在復(fù)合材料型材或者金屬型材的外表面根據(jù)試驗(yàn)要求選定測(cè)量點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述的根據(jù)所有的測(cè)量點(diǎn)設(shè)定光纖布置路徑，在所述光纖布置路徑上布設(shè)光纖，在所述光纖上設(shè)置裸光纖光柵，所述裸光纖光柵與所述測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)，包括：

根據(jù)所有的測(cè)量點(diǎn)設(shè)定光纖布置路徑，在所述光纖布置路徑上布設(shè)單根裸光纖，按照測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)和各測(cè)量點(diǎn)之間的距離在所述單根裸光纖上刻制裸光纖光柵，裸光纖光柵的應(yīng)變范圍和對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變范圍相同，將刻制好的裸光纖光柵粘結(jié)固定于對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，將所述單根裸光纖沿著在金屬型材兩端伸出。

進(jìn)一步地，整個(gè)光纖只粘結(jié)光纖光柵部分，作為信號(hào)傳輸?shù)某斯饫w光柵之外的其它部分無(wú)需粘結(jié)。

進(jìn)一步地，所述的將所述型材與待測(cè)試的基體進(jìn)行粘結(jié)，形成連接體，對(duì)所述連接體進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)，通過(guò)所述裸光纖光柵傳感器測(cè)量所述粘結(jié)滑移試驗(yàn)過(guò)程中所述型材的溫度和應(yīng)變變化，包括：

當(dāng)將金屬型材切分為兩半時(shí),將兩半金屬型材合攏，組成金屬型材整體；

按照粘結(jié)試驗(yàn)要求將金屬型材整體與待測(cè)試的基體進(jìn)行粘結(jié)，形成連接體，對(duì)所述連接體進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)，將所述裸光纖光柵作為裸光纖光柵傳感器，將裸光纖光柵傳感器連接光纖光柵解調(diào)儀，對(duì)所述連接體進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)，通過(guò)所述裸光纖光柵傳感器和所述光纖光柵解調(diào)儀測(cè)量所述粘結(jié)滑移試驗(yàn)過(guò)程中所述型材的溫度和應(yīng)變變化，測(cè)量所述型材的應(yīng)力、應(yīng)變和粘結(jié)強(qiáng)度的分布及變化。

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提出的應(yīng)用裸光纖光柵測(cè)量型材與基體之間的粘結(jié)性能的方法，采用光纖光柵傳感器較傳統(tǒng)的應(yīng)變片靈敏度高、精度高、布置靈活，可大量應(yīng)用于試驗(yàn)研究中。采用分布式裸光纖光柵傳感器相比于多根裸光纖傳感器，操作更加簡(jiǎn)便，且對(duì)于直徑較小型材當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，該種方法對(duì)鋼筋受力性能影響較小，更加適用。采用分布式裸光纖光柵傳感器相比于內(nèi)貼應(yīng)變片法，其操作方法有了較大簡(jiǎn)化，具有適用性且精度可以得到保證。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提出的方法在拉拔試驗(yàn)中應(yīng)用的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提出的裸光纖光柵內(nèi)貼于型材的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提出的在型材表面粘貼裸光纖光柵的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提出的在拉拔試驗(yàn)中測(cè)量裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱(chēng)元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線(xiàn)連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

相比于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明采用單根分布式裸光纖光柵傳感器，可采用內(nèi)貼方法避免了對(duì)于粘結(jié)滑移性能的影響，而且只需粘貼一根光纖無(wú)需引出導(dǎo)線(xiàn)，簡(jiǎn)化了操作工序。相比于內(nèi)貼多根裸光纖測(cè)量不同點(diǎn)的應(yīng)變，本發(fā)明只需采用測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)刻制光柵，內(nèi)貼一根光纖，不論是成本還是操作難度都有所降低。對(duì)于frp(fiberreinforcedpolymer，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)筋應(yīng)變的測(cè)量，可在型材表面粘貼分布式裸光纖光柵傳感器，并做適當(dāng)保護(hù)措施，從而得到frp筋與基材的局部粘結(jié)滑移特性。

本發(fā)明實(shí)施例提出的一種應(yīng)用分布式裸光纖光柵進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)的量測(cè)方法包括：

對(duì)于內(nèi)貼法(適用于金屬型材，如鋼筋、型鋼等)是將金屬型材切分為兩半,在內(nèi)部用銑床加工出一道凹槽,在凹槽內(nèi)根據(jù)試驗(yàn)要求選定測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)各測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)和各測(cè)量點(diǎn)之間的距離在單根裸光纖上刻制分布式裸光纖光柵，將刻制好的分布式裸光纖光柵粘結(jié)固定于對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，整個(gè)光纖只粘結(jié)裸光纖光柵部分，作為信號(hào)傳輸?shù)某寺愎饫w光柵之外的其它部分無(wú)需粘結(jié)。上述分布式裸光纖光柵將作為裸光纖光柵傳感器，裸光纖光柵的參數(shù)和測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)相同。裸光纖光柵的參數(shù)包括：光柵的數(shù)量、光柵的間距、應(yīng)變的測(cè)量范圍等，這里主要指裸光纖光柵的應(yīng)變范圍和對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變范圍相同。

將單根裸光纖沿著凹槽在金屬型材兩端伸出。將兩半金屬型材合攏，通過(guò)焊接等組成金屬型材整體，按照粘結(jié)試驗(yàn)要求將金屬型材整體與待測(cè)試的基體進(jìn)行粘結(jié)，形成連接體。然后，將裸光纖光柵傳感器連接光纖光柵解調(diào)儀，按照粘結(jié)試驗(yàn)要求，對(duì)連接體進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)，通過(guò)裸光纖光柵傳感器和光纖光柵解調(diào)儀獲取粘結(jié)滑移試驗(yàn)過(guò)程中連接體的溫度和應(yīng)變變化，測(cè)量連接體的應(yīng)力、應(yīng)變和粘結(jié)強(qiáng)度的分布及變化。

對(duì)于外貼法(適用于復(fù)合材料型材和金屬型材，如frp筋、frp型材、型鋼、鋼筋等)是直接在待測(cè)型材外表面根據(jù)試驗(yàn)要求選定測(cè)量點(diǎn)，按照各測(cè)量點(diǎn)之間的距離在裸光纖上刻制光柵；將刻制好的裸光纖光柵粘結(jié)固定于對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，將單根裸光纖在型材兩端伸出。然后，按照粘結(jié)試驗(yàn)要求，將金屬型材與待測(cè)試的基體粘結(jié)成形，進(jìn)行粘結(jié)滑移試驗(yàn)。制備分布式裸光纖光柵傳感器時(shí)，要根據(jù)試件中測(cè)量點(diǎn)數(shù)量以及測(cè)量點(diǎn)之間的距離等參數(shù)，在所選用的裸光纖上刻制與對(duì)應(yīng)試件測(cè)量點(diǎn)相同參數(shù)的布拉格光柵；光纖光柵傳感器與金屬型材之間采用應(yīng)變傳遞較好的膠粘劑在測(cè)量點(diǎn)粘結(jié)固定；布設(shè)完成的分布式光纖光柵傳感器連接光纖光柵解調(diào)儀，可以實(shí)時(shí)感知和記錄粘結(jié)滑移試驗(yàn)過(guò)程中試件的溫度和應(yīng)變變化，從而量測(cè)基體應(yīng)力、應(yīng)變和粘結(jié)強(qiáng)度的分布及變化。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法在拉拔試驗(yàn)中應(yīng)用的示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提出的裸光纖光柵內(nèi)貼于型材的示意圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提出的在型材表面粘貼裸光纖光柵的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明將刻制好的裸光纖光柵傳感器4或開(kāi)槽(圖2)或表面(圖3)粘結(jié)于型材2，然后將型材與機(jī)體相粘結(jié)并與光纖光柵解調(diào)儀3連接，從而制備圖4所示型材粘結(jié)強(qiáng)度和應(yīng)變分布測(cè)量裝置。最終將圖4測(cè)量裝置放置于反力架5中并應(yīng)用于圖1拉拔試驗(yàn)當(dāng)中。

如圖2所示，所述的裸光纖光柵傳感器4由裸光纖以及刻制的光柵8組成。所述型材2切開(kāi)，將裸光纖光柵傳感器用膠粘劑貼于型材凹槽中。之后兩半型材采用點(diǎn)焊方式合并為一根完整型材2。

如圖3所示，所述的裸光纖光柵傳感器4由裸光纖以及刻制的光柵8組成。將裸光纖光柵傳感器4用膠粘劑貼于型材表面無(wú)肋7處。

如圖4所示，將圖3或圖4所得粘有裸光纖光柵傳感器4的型材2與機(jī)體相粘結(jié)制備試驗(yàn)試塊，并與光纖光柵解調(diào)儀3相連，最終應(yīng)用于粘結(jié)滑移試驗(yàn)中。

本發(fā)明既可應(yīng)用鋼筋與混凝土的粘結(jié)滑移試驗(yàn)，也可應(yīng)用于frp與混凝土的粘結(jié)滑移試驗(yàn)。此外對(duì)于木結(jié)構(gòu)加固，本發(fā)明既可用于鋼筋與木材的粘結(jié)滑移試驗(yàn)，又可用于frp筋與木材的粘結(jié)滑移試驗(yàn)。且對(duì)于多種材料之間粘結(jié)滑移的測(cè)量具有適用性。本發(fā)明提高了粘結(jié)滑移試驗(yàn)粘結(jié)強(qiáng)度和應(yīng)變分布的測(cè)量準(zhǔn)確度，適用性廣且方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提出的應(yīng)用裸光纖光柵測(cè)量型材與基體之間的粘結(jié)性能的方法，具有如下的有益效果：

(1)相比于傳統(tǒng)傳感器，裸光纖刻制的光柵傳感器質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾，工作可靠性和耐久性好；裸光纖直徑極小，幾乎不改變待測(cè)試件的表面形狀和外觀(guān)，克服了現(xiàn)有粘結(jié)滑移試驗(yàn)中粘貼電阻應(yīng)變片測(cè)量方法的不足，可以顯著提高粘結(jié)滑移試驗(yàn)時(shí)的測(cè)量精度。采用光纖光柵傳感器較傳統(tǒng)的應(yīng)變片靈敏度高、精度高、布置靈活，可大量應(yīng)用于試驗(yàn)研究中。

(2)采用分布式裸光纖光柵傳感器相比于多根裸光纖傳感器，操作更加簡(jiǎn)便，且對(duì)于直徑較小型材當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，該種方法對(duì)鋼筋受力性能影響較小，更加適用。

(3)采用分布式裸光纖光柵傳感器相比于內(nèi)貼應(yīng)變片法，其操作方法有了較大簡(jiǎn)化，具有適用性且精度可以得到保證。

(4)對(duì)于frp筋或者是筋材直徑較小的粘結(jié)滑移試驗(yàn)，內(nèi)貼應(yīng)變片法不再適用，因?yàn)閒rp筋作為纖維聚合材料不易進(jìn)行劈裂開(kāi)槽工序。而裸光纖光柵可粘貼于型材表面，得到準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的同時(shí)對(duì)型材的粘結(jié)滑移影響微乎其微。

(5)采用分布式裸光纖光柵傳感器相比于外貼應(yīng)變片法，外貼應(yīng)變片影響了型材與基體的粘結(jié)面積，不但得到的應(yīng)變量測(cè)值不準(zhǔn)確而且應(yīng)變片在滑移過(guò)程中容易失效退出工作。而裸光纖光柵在不影響粘結(jié)滑移性能的前提下可以準(zhǔn)確的得到型材粘結(jié)強(qiáng)度以及應(yīng)變分布。

(6)本發(fā)明適用性廣，可應(yīng)用于多種不同材料的粘結(jié)滑移性能試驗(yàn)中，同時(shí)對(duì)不同試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的橫向比較具有一定的參考價(jià)值。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。