一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置。所述鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置包括通過立柱支撐且水平設置的限位板，固定在限位板上用于模擬干濕循環環境的腐蝕箱，該腐蝕箱內用于安放鋼筋混凝土和腐蝕介質，所述限位板中部開有供鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過的通孔，且在通孔處設有防滲裝置，在限位板下方或腐蝕箱上方設有使鋼筋混凝土的鋼筋自由端軸向下拉的疲勞拉壓裝置；所述腐蝕箱內設有導電片，該導電片和鋼筋混凝土的鋼筋分別通過相應的導線與直流電流儀電連接。本實用新型可以模擬有害離子侵蝕與疲勞耦合作用下材料的耐久性試驗。
【專利說明】
一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕絹合試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，屬于工程結構耐久性領域。
【背景技術】
[0002]鋼筋混凝土結構長期暴露在具有腐蝕介質的惡劣環境中，在有害離子的侵蝕下，不僅使得鋼筋有效面積減小及力學性能的劣化，還將導致鋼筋與混凝土間粘結性能的減弱，最終導致混凝土結構耐久性能的降低。而研究鋼筋混凝土的粘結性能在銹蝕及疲勞荷載耦合作用下的疲勞性能是正確評價并延長疲勞荷載下鋼筋混凝土構件使用壽命的基本前提。
[0003]針對鋼筋與混凝土粘結性能在腐蝕和疲勞耦合作用下的疲勞性能，由于加載裝置的限制，目前多采用分步作用進行研究。首先對構件進行腐蝕，待其達到規定銹蝕程度后，再對其粘結疲勞性能進行研究;或者先對構件進行一定次數的疲勞試驗，然后再進行腐蝕試驗，最后對其粘結性能進行研究。以上研究方法存在如下2個問題:
[0004]1、鋼筋銹蝕過程先于施加試驗荷載，而在實際工程中，銹蝕是在結構受荷過程中發生的，兩種影響共同作用可能會加速結構的劣化。
[0005]2、在銹蝕過程中，疲勞荷載與銹蝕對鋼筋與混凝土粘結疲勞強度的不利影響沒有考慮，疲勞荷載與銹蝕的共同作用都是影響鋼筋與混凝土粘結疲勞強度的因素，鑒于使用中的鋼筋混凝土結構都是負載工作的，需要考慮疲勞荷載及銹蝕對粘結疲勞強度的影響。硬件條件的限制也是導致耦合作用無法深入開展的主要原因。
【實用新型內容】
[0006]為了克服現有裝置無法實現鋼筋混凝土構件腐蝕與拉拔同步作用的缺陷的不足，本實用新型旨在提供一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，該試驗裝置可以有效模擬鋼筋混凝土在腐蝕介質和拉拔疲勞耦合作用下的拉拔及疲勞試驗。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:
[0008]—種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其結構特點是，包括通過立柱支撐且水平設置的限位板，固定在限位板上用于模擬干濕循環環境的腐蝕箱，該腐蝕箱內用于安放鋼筋混凝土和腐蝕介質，所述限位板中部開有供鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過的通孔，且在通孔處設有防滲裝置，在限位板下方或腐蝕箱上方設有使鋼筋混凝土的鋼筋自由端軸向下拉的疲勞拉壓裝置;所述腐蝕箱內設有導電片，該導電片和鋼筋混凝土的鋼筋分別通過相應的導線與直流電流儀電連接。
[0009]由此，通過同時對鋼筋混凝土粘結段進行拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗，既可模擬鋼筋混凝土構件的軸向疲勞加載，又可模擬鋼筋混凝土的拉拔試驗，同時可模擬干濕循環及浸沒等腐蝕環境，可以廣泛用于混凝土結構及材料的耐久性研究。
[0010]根據本實用新型的實施例，還可以對本實用新型作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案:
[0011]優選地，根據本實用新型的實施例，所述疲勞拉壓裝置包括固定在橫梁上的疲勞加載裝置，水平布置的壓板，連接柱和底板;所述橫梁由支撐柱支撐，且該橫梁位于壓板上方;所述壓板和底板通過穿過限位板的連接柱固定相連，所述疲勞加載裝置的壓頭與所述壓板壓力接觸，所述底板與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連;所述腐蝕箱位于限位板與壓板之間。由此，啟動疲勞加載裝置，設置疲勞荷載的循環次數、應力比、應力水平、加載頻率后，疲勞加載裝置的壓力通過壓板傳遞給底板，底板下移從而沿軸向下拉所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端，達到疲勞加載的目的，實現了彎壓疲勞荷載向拉伸疲勞荷載的轉變。
[0012]作為一種固定的具體方式，所述底板上開有底板孔，鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過底板孔后通過夾片錨固在所述底板上。
[0013]為了使鋼筋自由端所受的拉應力更加均勻，所述連接柱為多根，且多根連接柱的底端均勻設置在底板與鋼筋自由端固定連接處的四周。
[0014]作為另一種替換形式，所述疲勞拉壓裝置為設置在限位板下方的拉伸機，該拉伸機的拉伸端與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連。由此，直接在鋼筋混凝土的鋼筋自由端下方通過拉伸機直接軸向下拉鋼筋自由端。
[0015]優選地，為了更好地模擬干濕循環環境，所述腐蝕箱通過閥門分割為儲液箱和浸泡箱上下兩層，且儲液箱和浸泡箱之間通過帶栗的導管連通;所述導電片設置在浸泡箱內。
[0016]為了方便控制儲液箱和浸泡箱之間的通閉，所述閥門包括帶孔的金屬閥板，通過彈簧固定在閥板上下表面上的兩個電磁鐵;兩個電磁鐵中，一個電磁鐵設置在閥板的孔的正上方，另一個電磁鐵設置在閥板的孔的正下方。
[0017]為了更好地模擬干濕循環環境，所述栗與一計時裝置相連。
[0018]優選地，所述防滲裝置為防滲活塞，該防滲活塞包括可滑動鋼圈、緊密連接在鋼圈內外側的彈性橡膠，以及連接在彈性橡膠上的彈簧。
[0019]利用上述鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置對鋼筋混凝土進行耦合試驗的方法包括如下步驟:
[0020]S1、安裝好鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置后，將鋼筋混凝土置放于腐蝕箱內，同時使鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過腐蝕箱底部及限位板的通孔，并固定好防滲裝置；
[0021]S2、將導線分別與鋼筋和導電板連接，鋼筋作為陽極、導電板作為陰極分別接入直流電流儀；
[0022]S3、將配置好的腐蝕溶液裝入腐蝕箱內，并開啟腐蝕循環系統對鋼筋混凝土進行腐蝕，同時啟動疲勞拉壓裝置軸向下拉鋼筋，模擬對鋼筋混凝土的疲勞與腐蝕的耦合作用。
[0023]由此，按照由下而上的順序拼接固定試驗裝置，然后鋼筋混凝土試件置放于腐蝕箱中部，使得鋼筋自由端穿過腐蝕箱底部及限位板中部的孔洞，并將鋼筋自由端用夾片錨固于鋼板二中部。待防滲活塞固定好后，將導線分別與鋼筋和不銹鋼板連接，鋼筋作為陽極、不銹鋼板作為陰極分別接入直流電流儀;開啟儲液箱閥門，將配置好的腐蝕溶液裝入浸泡箱，關閉儲液箱閥門。最后在疲勞加載控制器上輸入疲勞荷載大小、加載頻率;開始加載的同時，開啟腐蝕循環系統，以模擬疲勞與腐蝕的耦合作用。
[0024]總之，本實用新型既可模擬鋼筋混凝土粘結段的腐蝕與疲勞同步加載，也可模擬鋼筋混凝土拉伸疲勞單獨加載，可有效模擬兩種材料的真實服役狀態;本實用新型可以模擬有害離子侵蝕與疲勞耦合作用下材料的耐久性試驗。
[0025]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0026]1、本實用新型結構簡單，便于拆卸和拼裝，荷載轉換裝置的設置實現了彎壓疲勞荷載向拉伸疲勞荷載的轉變；
[0027]2、既可模擬鋼筋混凝土構件的軸向疲勞加載，又可模擬鋼筋混凝土的拉拔試驗；
[0028]3、可模擬干濕循環及浸沒等腐蝕環境，可以廣泛用于混凝土結構及材料的耐久性研究。此外本實用新型的各控制操作均在控制系統上進行，具有智能控制程度高，操作簡單等優點。
[0029]以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述。
【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型一個實施例的結構原理圖；
[0031]圖2為圖1的俯視圖；
[0032]圖3為本發名的腐蝕循環系統結構示意圖；
[0033]圖4為本實用新型的腐蝕循環系統自動閥門結構示意圖；
[0034]圖5為圖4的俯視圖；
[0035]圖6為本實用新型防滲活塞結構示意圖；
[0036]圖7為本實用新型鋼筋自由端錨固裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0037]—種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，包括支承鋼架、疲勞加載裝置、鋼筋混凝土加速腐蝕循環裝置、控制裝置。彎壓疲勞加載系統位于拉拔裝置及環境模擬裝置的上方，彎壓疲勞加載系統由疲勞加載控制器控制，環境模擬裝置與計算機相連。所述支承鋼架由上下兩部分組成。上部結構由四根立柱5、作為壓板的鋼板一 2、作為底板的鋼板三4組成。四根立柱5呈正四邊形排列，各個立柱5通過螺栓與鋼板一2連接，并且穿過作為限位板的鋼板二3通過螺栓與鋼板三4連接。下部結構由四根立柱6、鋼板二3組成；四根立柱6呈正四邊形排列，各個立柱6通過地腳螺栓與地錨連接，固定在地面上。鋼板三4位于鋼板二 3的下方，其四角固結在四根立柱5上;鋼板二 3的四角固結在四個立柱6頂端，鋼板二 3中心處開孔，試件鋼筋由此孔穿過，與鋼板三4連接。所述的加載系統由疲勞加載裝置I，橫梁9及兩支撐柱10組成。疲勞加載裝置通過螺栓固定于橫梁9中部，橫梁9兩端通過螺栓與支撐柱10上端固結，支撐柱10下端固定于地面。所述腐蝕循環系統由腐蝕箱、不銹鋼板、直流電流儀、栗、計時器、導管、閥門組成。腐蝕箱8置于鋼板二 3上方，腐蝕箱內部盛有腐蝕介質，不銹鋼片804固定于腐蝕箱底部;腐蝕箱8中部設置隔板，將腐蝕箱8分為上下兩層，下層為浸泡箱，上層為儲液箱。循環裝置由栗、計時裝置、導管及閥門組成。栗807和閥門802分別與計時裝置相連，浸泡箱的腐蝕介質經導管栗入儲液箱，以此模擬干濕循環環境。浸泡箱左側上部開有導線引出孔，與鋼筋相連的導線以及與不銹鋼片相連的導線穿過此孔與直流電流儀的正負極相連;腐蝕箱8底部開孔，孔徑中心軸線與鋼板二 3孔徑中心軸線重合，腐蝕箱底部中心孔洞出通過防滲活塞7密封。所述防滲裝置為可滑動鋼圈703、彈性橡膠702及彈簧701組合構件。彈簧701與彈性橡膠702相連，鋼圈703與彈性橡膠緊密相連;防滲裝置外圍用防腐涂料包裹。
[0038]如圖1所示，所述控制系統包括計算機14、疲勞加載控制器15。控制系統位于裝置外部;直流電流儀13、計時裝置12通過數據線與計算機相連;疲勞加載系統由疲勞加載控制器控制。計算機14接收計時器上的數據，來控制腐蝕循環的開始與結束;疲勞加載控制器控制疲勞荷載的循環次數、應力比、應力水平、加載頻率。
[0039]本裝置的基本參數包括:施加疲勞荷載量程為O?25kN，加載頻率范圍為O?15Hz，電流強度范圍為O?5A，腐蝕箱的規格為長210mm，寬210mm，高230mm;腐蝕介質為有害離子溶液，不銹鋼片的規格為長40mm，寬20mm，高20mm。
[0040]圖3、4、5所示為腐蝕循環系統結構示意圖，腐蝕箱8分為上下兩部分，上部為儲液箱801，下部為浸泡箱803 ο儲液箱上部設有進水口，底部設有自動閥門，閥門802由帶孔的不銹鋼閥板8022、電磁鐵8021和彈簧8023組成。浸泡箱左側上部設有導線引出孔，在右側下部設有出水口，導管806與栗相連，腐蝕介質由浸泡箱流出，經導管流入儲液箱，完成腐蝕循環過程。腐蝕箱內部涂有防腐材料。
[0041]如圖6所示，所述防滲活塞7由彈簧701、彈性橡膠702、鋼圈703組成。彈簧與彈性橡膠相連，鋼圈與彈性橡膠緊密相連。防滲活塞外部涂有防腐材料。
[0042]圖7為本實用新型的夾片11的結構示意圖，夾片11用于錨固鋼筋混凝土自由端。
[0043]試驗時，具體操作流程如下:
[0044]1、按照由下而上的順序拼固定接試驗裝置，然后鋼筋混凝土試件置放于腐蝕箱中部，使得鋼筋自由端穿過腐蝕箱8底部及鋼板三4中部的孔洞，并將鋼筋自由端用夾片錨固于鋼板二3中部。
[0045]2、防滲活塞7固定好后，將導線分別與鋼筋和不銹鋼板連接，鋼筋作為陽極、不銹鋼板作為陰極分別接入直流電流儀;開啟儲液箱閥門，將配置好的腐蝕溶液裝入浸泡箱803，關閉儲液箱閥門。
[0046]3、在疲勞加載控制器上輸入疲勞荷載大小、加載頻率。開始加載的同時，開啟腐蝕循環系統，以模擬疲勞與腐蝕的耦合作用。
[0047]本實用新型的實驗對象是鋼筋混凝土，如果要進行拉伸，必須要分別固定混凝土和鋼筋，由于夾頭裝置的限制，無法與混凝土固定，因此無法實現本實用新型對鋼筋混凝土拉伸。
[0048]綜上所述，本實用新型的優點在于:1、結構簡單，便于拆卸和拼裝，荷載轉換裝置的設置實現了彎壓疲勞荷載向拉伸疲勞荷載的轉變;2、既可模擬鋼筋混凝土構件的軸向疲勞加載，又可模擬鋼筋混凝土的拉拔試驗;3、可模擬干濕循環及浸沒等腐蝕環境，可以廣泛用于混凝土結構及材料的耐久性研究。此外本實用新型的各控制操作均在控制系統上進行，具有智能控制程度高，操作簡單等優點。
[0049]上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍。
【主權項】
1.一種鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，包括通過立柱(6)支撐且水平設置的限位板(3)，固定在限位板(3)上用于模擬干濕循環環境的腐蝕箱(8)，該腐蝕箱(8)內用于安放鋼筋混凝土和腐蝕介質，所述限位板(3)中部開有供鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過的通孔，且在通孔處設有防滲裝置，在限位板(3)下方或腐蝕箱(8)上方設有使鋼筋混凝土的鋼筋自由端軸向下拉的疲勞拉壓裝置;所述腐蝕箱(8)內設有導電片(804)，該導電片(804)和鋼筋混凝土的鋼筋分別通過相應的導線與直流電流儀(13)電連接。2.根據權利要求1所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述疲勞拉壓裝置包括固定在橫梁(9)上的疲勞加載裝置(1)，水平布置的壓板(2)，連接柱(5)和底板(4);所述橫梁(9)由支撐柱(10)支撐，且該橫梁(9)位于壓板(2)上方;所述壓板(2)和底板(4)通過穿過限位板(3)的連接柱(5)固定相連，所述疲勞加載裝置(I)的壓頭與所述壓板(2)壓力接觸，所述底板(4)與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連;所述腐蝕箱(8)位于限位板(3)與壓板(2)之間。3.根據權利要求2所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述底板(4)上開有底板孔，鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過底板孔后通過夾片(11)錨固在所述底板(4)上。4.根據權利要求2所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述連接柱(5)為多根，且多根連接柱(5)的底端均勻設置在底板(4)與鋼筋自由端固定連接處的四周。5.根據權利要求1所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述疲勞拉壓裝置為設置在限位板(3)下方的拉伸機，該拉伸機的拉伸端與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連。6.根據權利要求1-5之一所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述腐蝕箱(8)通過閥門(802)分割為儲液箱(801)和浸泡箱(803)上下兩層，且儲液箱(801)和浸泡箱(803 )之間通過帶栗(807 )的導管(806 )連通;所述導電片(804 )設置在浸泡箱(803)內。7.根據權利要求6所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述閥門(802)包括帶孔的金屬閥板(8022)，通過彈簧(8023)固定在閥板(8022)上下表面上的兩個電磁鐵(8021);兩個電磁鐵(8021)中，一個電磁鐵(8021)設置在閥板(8022)的孔的正上方，另一個電磁鐵(8021)設置在閥板(8022)的孔的正下方。8.根據權利要求6所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述栗(807)與一計時裝置(12)相連。9.根據權利要求1-5之一所述的鋼筋混凝土粘結段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其特征在于，所述防滲裝置為防滲活塞(7)，該防滲活塞(7)包括可滑動鋼圈(703)、緊密連接在鋼圈(703)內外側的彈性橡膠(702)，以及連接在彈性橡膠(702)上的彈簧(701)。
【文檔編號】G01N3/02GK205483787SQ201620172000
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月7日
【發明人】劉揚, 江楠, 姜鴻韜, 張海萍, 李德如
【申請人】長沙理工大學