一種地鐵鋼筋腐蝕與拉伸疲勞耦合試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工程結構耐久性領域。
【背景技術】
[0002]地鐵以其具有快速、客運量大等優點正廣泛被用來緩解當前日趨繁重的城市交通壓力。但地鐵運營過程中易產生雜散電流，使其混凝土結構金屬材料多在雜散電流、氯離子和拉伸疲勞荷載共同作用下服役。地鐵結構金屬材料在這種苛刻條件下服役，一方面雜散電流、氯離子易引發鋼筋腐蝕，另一方面地鐵列車拉伸疲勞荷載易與鋼筋腐蝕相互促進、構成耦合作用，導致其結構提前失效時有發生，且其失效過程、破壞形式等不同于一般環境腐蝕、機械疲勞下的損傷特性。因此，有關混凝土結構在雜散電流、氯離子和拉伸疲勞荷載耦合作用下的損傷日益引起廣大土木工程界的高度重視，成為近年來混凝土結構材料耐久性領域研宄的熱點。
[0003]針對鋼筋混凝土在鋼筋腐蝕和拉伸疲勞荷載耦合作用下的損傷，因耦合加載裝置的匱乏目前多采用交替作用進行研宄。即先將鋼筋腐蝕一定程度，然后借助常規的疲勞試驗機再對混凝土構件進行拉伸疲勞加載；或借助常規的疲勞試驗機先對混凝土構件進行拉伸疲勞加載一定循環次數，然后再對其鋼筋進行腐蝕。顯然，以上研宄方法存在如下問題:一是對服役環境中的多因素共同(耦合)作用進行模擬時不是同步加載而是分步加載，與實際工程真實服役狀態不符；二是僅能得到經歷一次交互作用后的損傷狀態，不能提供實時監測其損傷全過程等理想研宄平臺。此外，也存在諸如所模擬的環境條件功能單一、適用范圍窄、智能化控制程度低以及勞動強度大等問題。這也是目前同類研宄無法深入開展地鐵混凝土結構在鋼筋腐蝕和拉伸疲勞耦合作用下的損傷演化及失效機理等研宄工作的主要原因所在。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種可以有效模擬出地鐵鋼筋在雜散電流、腐蝕介質和拉伸疲勞耦合的試驗裝置，以解決現有裝置中無法實現地鐵鋼筋的腐蝕與拉伸疲勞同步作用的缺陷，以及模擬附加雜散電流腐蝕等復雜環境。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:一種地鐵鋼筋腐蝕與拉伸疲勞耦合試驗裝置，包括鋼架、拉伸疲勞加載系統、鋼筋腐蝕系統、控制系統。拉伸疲勞加載系統位于鋼筋腐蝕系統正上方，拉伸疲勞加載系統、鋼筋腐蝕系統分別與控制系統相連接。
[0006]所述的鋼架包括四根立柱(5)、鋼板一(4)、鋼模塊一(8)、鋼板二(9)、鋼模塊二
(14)、鋼板三(13)、鋼立架組(17)、底座(21);四根立柱(5)呈正方形排列，各立柱(5)用地腳螺栓與底座(21)固接，底座(21)固定在地面上，鋼板一(4)的四個角固接在四根立柱
(5)頂端上，鋼板二(9)位于鋼板一(4)正下方，其四個角固接在四根立柱(5)上，鋼板二
(9)中心開圓孔，圓孔四周設有四個鋼模塊一⑶，四個鋼模塊一⑶組成內徑與鋼板一(4)中心圓孔等徑的圓形孔，鋼板三(13)位于鋼板二(9)正下方，其中心開有與鋼板二(9)等徑的圓形孔，并安裝有四個鋼模塊二(14)，鋼模塊二(14)中心開有圓孔；鋼板一(4)、鋼模塊一(8)、鋼模塊二(14)的圓孔中心在同一豎直直線上；鋼立架組(17)位于鋼模塊二(14)正下方，其有四個鋼立架組成，鋼立架成正方形排列，頂端安裝有不銹鋼板，不銹鋼板上開有螺栓孔，不銹鋼板由鋼立架頂端固接，底部通過地腳螺栓與底座(21)固接。
[0007]所述的拉伸疲勞加載系統包括調速電動機(I)、傳輸軸(22)、變速器(2)、傳輸軸
(23)、曲柄連桿機構(3)、滑塊(7)、套筒(6)、荷載傳感器(10)、拉桿壓頭(11)、夾頭(12)、彈性元件(1201);調速電動機(1)、變速器(2)水平固接在鋼板一⑷上表面上，調速電動機(I)通過傳輸軸(22)與變速器(2)左端相連接，曲柄連桿機構(3)穿過鋼板一(4)中心圓孔，其左端通過傳輸軸(23)與變速器(2)右端相連接，其下端與滑塊(7)上端相連接，滑塊(7)安裝在套筒￠)內，套筒(6)垂直固接在鋼模塊一(8)上表面上，且其中心軸與鋼模塊一⑶中心圓孔的圓心在同一軸線上，套筒(6)內徑與鋼模塊一⑶中心圓孔等徑；荷載傳感器(10)垂直固接在滑塊(7)頂桿底部中心，其下端并設有拉桿壓頭(11)，拉桿壓頭
(11)下端與夾頭(12)固接，且夾頭(12)位于鋼模塊二(14)中心圓孔內，夾頭(12)上側面設有八個彈性元件(1201)，彈性元件(1201)的頂端與鋼模塊二(14)下側面固接；荷載傳感器(10)通過數據線與計算機(19)連接。
[0008]所述的鋼筋腐蝕系統包括腐蝕箱(16)、雜散電流儀(18)、不銹鋼塊(1601);腐蝕箱(16)水平固定在鋼立架組(17)上的不銹鋼板上，腐蝕箱(16)中盛有腐蝕介質(24)，雜散電流儀(18)置在上述鋼架外部，不銹鋼塊(1601)水平固定在腐蝕箱(16)底部上表面上，不銹鋼塊(1601)并通過其上表面所引出的電源導線與雜散電流儀(18)負極相連接，雜散電流儀(18)通過導線與中央控制器(20)連接。
[0009]所述的腐蝕箱(16)為一側開密封門，并其上下底面中心開圓孔且中心圓孔與密封門之間設有一對平行的矩形槽，頂端中心圓孔設有導線引出孔，其余通過圓形孔蓋(1602)密封，底部中心圓孔處通過防漏活塞(25)密封，頂端矩形槽通過密封片一(1603)密封，底部矩形槽通過矩形密封片二(1604)密封；腐蝕箱(16)內表面刷有耐腐蝕材料保護涂層O
[0010]所述的防漏活塞(25)為中心可滑移密封的組合結構件，內部設有三組滑動鋼圈(2501)、彈性橡膠(2502)和彈簧(2503)結構，滑動鋼圈(2501)內側與彈性橡膠(2502)緊密固接，并其外側與彈簧(2503)相連接，防漏活塞(25)表面涂有耐腐蝕涂層材料。
[0011]所述的控制系統包括計算機(19)、中央控制器(20)。控制系統位于上述鋼架外部；中央控制器(20)內設有三個智能接收器，其各自的接收端通過數據線分別與計算機
(19)的接口( I )、接口( II )、接口(III)插接，其各自的輸出端通過數據線分別與調速電動機(1)、變速器(2)和雜散電流儀(18)的接收端插接，荷載傳感器(10)輸出端通過數據線與計算機(19)接口(IV)插接。計算機(19)將實時接收到各智能接收器和荷載傳感器(10)上的數據，按照各循環條件(實驗設定的拉伸疲勞循環次數臨界值、拉伸疲勞荷載大小、拉伸疲勞加載頻率、雜散電流強度、雜散電流作用時間)來控制實驗過程，具體運行步驟如下:
[0012]步驟(I):設置實驗參數:拉伸疲勞循環次數臨界值為N、實時監測到的荷載值為F、拉伸疲勞加載次數為n、拉伸疲勞荷載為Fs、拉伸疲勞加載頻率為fs、雜散電流強度為Is、雜散電流作用時間為ts，參數設置后，程序進入步驟(2);
[0013]步驟(2):設η為拉伸疲勞加載次數，且初值賦為O。判斷拉伸疲勞加載次數η的數值是否小于等于拉伸疲勞循環次數臨界值N:若η彡N時，程序進入步驟(3) ^η>Ν時，程序進入步驟(6);
[0014]步驟(3):拉伸疲勞加載次數η自動加1，程序進入步驟(4);
[0015]步驟(4):判斷實際雜散電流作用時間n/fs的數值是否小于等于設定的雜散電流作用時間ts:若n/fs ( ts時，程序進入步驟(5) ;gn/fs > ts時，程序執行關閉雜散電流儀(18)的指令并進入步驟(5);
[0016]步驟(5):判斷荷載傳感器上實時監測到的荷載值F是否等于O:若F = O時，程序進入步驟(6) ;^F^0時，程序返回至步驟(2);
[0017]步驟￠):輸出拉伸疲勞加載次數n，