经低周反复拉力作用后的试件粘结抗剪强度降低率检测技术研究
摘要：本文系统阐述了经低周反复拉力作用后的试件粘结抗剪强度降低率的检测方法、适用范围、相关标准及仪器设备。通过分析不同加载制度、界面条件和材料特性下的检测原理，为工程结构中粘结节点的抗震性能评估和耐久性研究提供技术支撑。
1 检测项目与方法
经低周反复拉力作用后的试件粘结抗剪强度降低率检测，旨在量化粘结界面在模拟地震等往复荷载作用下的性能退化程度。其核心是通过对试件施加预定波形和幅值的低周往复拉力，然后在单调加载下测定其剩余粘结抗剪强度，并与未经循环加载的参照试件进行对比，计算强度降低率。
1.1 低周反复加载试验方法
该部分的核心是模拟地震作用的加载制度，主要方法包括：
1.1.1 等幅加载法
原理：对试件施加一系列幅值相等的正弦波或三角波往复拉力。幅值通常根据预估极限荷载的一定比例（如30%、50%）确定。该方法用于研究特定荷载水平下，循环次数对粘结性能退化的影响。通过记录每次循环的荷载-位移滞回曲线，分析刚度退化、能量耗散及残余变形发展规律。经过预设的循环次数（如10次、20次）后，停止循环加载，进行单调抗剪试验。
1.1.2 变幅加载法
原理：更真实地模拟地震荷载由小到大、反复作用的过程。通常采用多级加载制度，每一级包含数个同幅值的循环，随后增加幅值进入下一级。幅值的增量可以基于位移或荷载控制。常见的变幅加载制度包括：
分级等幅加载：每级幅值递增，每级内循环次数固定（如每级3次或5次）。
变位移幅值加载：以试件屈服位移（Δy）的倍数为级差进行控制，如进行1Δy、2Δy、3Δy...等幅值的循环加载，直至试件破坏或达到预定循环次数。
1.1.3 任意波形加载法
原理：利用电液伺服加载系统，直接输入实际记录的地震波加速度时程或位移时程，将其转换为作动器的往复拉压动作。该方法能最真实地模拟地震作用，但对加载设备的控制精度和响应速度要求极高，主要用于高等级的研究或重要结构的验证。
1.2 粘结抗剪强度检测方法
在完成低周反复加载后，通过静力单调加载测定试件的剩余粘结抗剪强度。根据试件形式和受力边界条件，主要方法有：
1.2.1 单面剪切试验法
原理：常用于检测FRP（纤维增强复合材料）片材与混凝土、钢材或砌体界面的粘结抗剪强度。试件通常设计为“双L”形或“单L”形。在已完成反复加载的试件上，通过加载装置对FRP片材的自由端施加平行于粘结面的单调拉力，直至界面发生剪切破坏。记录破坏时的极限荷载，计算名义粘结抗剪强度（τ_u = P_u / A，其中A为粘结面积）。此方法的优点是受力明确，操作相对简便，但存在一定的应力集中现象。
1.2.2 双面剪切试验法
原理：常用于检测锚固胶粘剂与基材（如混凝土、岩石）或钢筋与混凝土的粘结性能。试件典型形式为“8”字形试件（针对锚固胶）或中心埋置钢筋的混凝土棱柱体。对于已完成反复加载的试件，将其置于专用的双剪夹具上，通过压力机对中间钢块或钢筋施加推力，使两侧粘结面同时承受剪切作用，直至破坏。该方法受力对称，能较好地避免偏心影响，结果较为稳定。
1.2.3 斜剪试验法
原理：主要用于检测结构胶粘剂或修复材料与基材的正拉粘结强度与剪切强度的复合性能。将粘有加载钢块的试件安装在特制的45°斜剪夹具上，使试件粘结面与加载轴线呈45°角。在万能试验机上施加拉力时，粘结面同时承受法向拉应力和切向剪应力，从而获得复合应力状态下的粘结强度。该方法适用于评估粘结层在多轴应力下的性能。
1.2.4 推出试验法
原理：主要用于检测既有结构中钢筋与混凝土的粘结性能（如拔出试验后的残余粘结强度）。对于已进行低周反复加载的梁柱节点或锚固试件，通过千斤顶和反力架对钢筋的自由端施加单调拉力，将钢筋从混凝土中推出，测量极限推出荷载。该方法直接反映了钢筋与周围混凝土界面的剩余粘结能力。
1.3 强度降低率计算
通过对比组设计，计算强度降低率（D）：
D = (1 - f_c / f_0) × 100%
其中：
f_c 为经低周反复拉力作用后试件的平均粘结抗剪强度；
f_0 为未经低周反复拉力作用（参照组）试件的平均粘结抗剪强度。
2 检测范围
该检测技术广泛应用于土木工程、交通运输及能源基础设施等领域，具体包括：
2.1 建筑结构加固领域
混凝土结构加固：检测外贴FRP（碳纤维布、玻璃纤维布）加固梁、板、柱时，FRP与混凝土界面的抗震性能退化情况。
砌体结构加固：评估钢筋网水泥砂浆面层或FRP布加固砌体墙后，新旧界面在往复荷载下的协同工作能力。
钢结构加固：检测粘钢加固节点处，结构胶在反复荷载下的抗剪疲劳性能和剩余强度。
2.2 预制装配式结构领域
预制构件连接：检测预制混凝土构件之间采用套筒灌浆连接或浆锚搭接时，灌浆料与钢筋/孔壁界面的粘结抗震性能。
叠合构件界面：评估预制叠合板、叠合梁中，新旧混凝土结合面在反复荷载下的抗剪性能。
2.3 基础设施维修加固领域
桥梁工程：检测桥梁支座垫石、裂缝修补后界面、以及粘贴钢板或FRP加固桥梁主梁、墩柱的界面抗震性能。
隧道工程：评估隧道衬砌裂缝修补材料与既有混凝土的粘结耐久性和抗震性能。
港口与海洋工程：检测水下修补材料与混凝土界面的粘结性能及其在波浪等反复荷载作用下的退化规律。
2.4 锚固与连接工程领域
后锚固技术：检测化学锚栓、植筋在模拟地震作用后的抗拔和抗剪剩余承载力。
机械设备基础：评估设备基础在振动荷载作用下，二次灌浆层与基础混凝土的界面粘结状态。
3 检测标准
该领域的检测主要依据国内外关于结构抗震试验方法、建筑材料粘结性能测试以及结构加固设计规范中的相关规定。
3.1 国内标准
GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》：提供了混凝土试件制作、养护及基本力学性能测试的基础方法，可作为基材处理的参考。
GB 50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》：附录中包含了对结构用胶粘剂粘结强度（包括钢对钢拉伸抗剪、钢对混凝土正拉粘结强度等）的检测方法，是检测粘结强度的基础依据。
GB/T 50344-2019《建筑结构检测技术标准》：提供了结构性能检测与评估的一般原则。
JGJ/T 101-2015《建筑抗震试验规程》：该规程是进行低周反复加载试验的核心依据。它详细规定了拟静力试验的加载装置、加载程序（包括荷载控制、位移控制、荷载-位移混合控制）、数据采集及滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性系数等指标的处理方法。对于“经低周反复作用后”的检测，该规程规定了预加反复荷载的试验方法。
JG/T 340-2011《混凝土结构加固用碳纤维片材》：规定了碳纤维片材及其配套粘结材料的基本性能要求及拉伸抗剪等测试方法。
3.2 国际标准
ASTM D3933-98(2017) Standard Guide for Preparation of Aluminum Surfaces for Structural Adhesives Bonding (虽针对铝材，但其表面处理原则对金属与复合材料粘结有参考价值)
ASTM D1002-10(2019) Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal): 单搭接金属试件拉伸剪切强度标准，是粘结剂抗剪测试的基础方法。
ASTM D3165-07(2017) Standard Test Method for Strength Properties of Adhesives in Shear by Tension Loading of Single-Lap-Joint Laminated Assemblies: 针对层压组件的单搭接拉伸剪切强度测试。
ASTM E2126-24 Standard Test Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Walls for Buildings: 墙体抗震性能循环加载测试方法，其加载制度和控制模式可为粘结节点试验提供参考。
ISO 6892-1:2019 Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature: 金属材料拉伸试验方法，用于测定加载钢块等的性能。
ISO 15630-1:2019 Steel for the reinforcement and prestressing of concrete — Test methods — Part 1: Reinforcing bars, wire rod and wire: 混凝土用钢筋的试验方法，对植筋类试件的制作和测试有指导意义。
fib Bulletin 90: Externally applied FRP reinforcement for concrete structures: 国际结构混凝土联合会发布的FRP加固指南，包含了详细的界面粘结性能测试与评估方法。
4 检测仪器
完成该项检测需要一系列高精度、高刚度的仪器设备协同工作。
4.1 加载系统
电液伺服动态/静态结构试验系统：核心设备，通常由主机架（门式或立式框架）、液压源、伺服作动器及控制系统组成。要求具备荷载和位移两种闭环控制模式，并能精确实现正弦波、三角波、自定义波等波形加载。作动器量程应根据试件预估承载力选择（如50kN、100kN、500kN或更大），行程需满足试验变形要求。用于施加低周反复荷载和最终的单调破坏荷载。
反力架与夹具：提供试验所需的边界条件。包括：用于固定试件的刚性底座、用于安装作动器的反力墙或反力梁，以及根据试件类型专门设计的夹具（如单剪夹具、双剪夹具、斜剪夹具、钢筋推出夹具等）。夹具应具有足够的刚度，且不与试件发生局部破坏，确保应力传递路径清晰、准确。
4.2 测量与数据采集系统
动态数据采集仪：用于同步采集荷载、位移、应变等多路传感器的信号。采样频率需足够高（如不低于100Hz），以满足循环加载下捕捉滞回曲线细节的需求。
力传感器：通常集成在伺服作动器内部或安装在作动器与试件之间。用于精确测量施加在试件上的荷载值。精度不应低于±0.5%FS。
位移传感器：包括多种类型。
作动器内置位移计（LVDT）：用于测量作动器活塞的位移，控制加载历程。
外置高精度LVDT（线性可变差动变压器）：用于直接测量试件关键部位的相对滑移量，如FRP与混凝土界面的滑移、钢筋与混凝土的相对滑移等。需要定制专门的安装支架，使其独立于试件变形区域，固定在基材上，以消除刚体位移和局部变形的影响。
应变片/应变计：粘贴在试件（如FRP片材、钢筋、混凝土表面）的关键位置，用于测量局部应变发展过程，分析应力分布和损伤演化规律。
4.3 数据记录与分析系统
计算机与控制软件：专用试验控制软件，用于编程加载谱、实时监控试验过程、自动采集和存储数据。软件应具备强大的图形显示功能，能实时绘制荷载-位移、荷载-时间、应变-时间等曲线。
数据分析软件：用于试验后处理，从采集的原始数据中提取特征值，包括：各次循环的峰值荷载、谷值荷载、对应的位移、残余位移；计算每级循环的割线刚度、等效粘滞阻尼系数；绘制骨架曲线；计算极限荷载和强度降低率。
4.4 辅助设备
裂缝观测仪：用于在试验过程中及试验后，观察和记录界面裂缝的产生、扩展及破坏形态。
基材性能测试设备：如回弹仪、钻芯机、压力试验机等，用于在试验前测定基材（如混凝土、砌体）的实际强度，为试件设计和结果分析提供基础数据。
环境箱（可选）：当需要研究不同环境温度对反复荷载作用下粘结性能的影响时，可将加载系统与可控温湿度环境箱结合使用。
