專利名稱：荷載和環(huán)境耦合作用下柱時變力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，尤其適用于環(huán)境和荷載耦合作用下研究鋼筋混凝土柱時變力學(xué)性能的場合。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)都是在一定荷載作用下工作的，并經(jīng)受硬化、滲透、凍融、化學(xué)侵蝕等多種因素協(xié)同作用，大量的無荷載作用下混凝土耐久性成果并不能合理反映結(jié)構(gòu)所處的實(shí)際狀態(tài)。為此，研究荷載和環(huán)境耦合作用下的鋼筋混凝土構(gòu)件的長期時變力學(xué)性能成為土木工程的研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。但是，目前還沒有荷載和環(huán)境耦合作用下鋼筋混凝土柱力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有鋼筋混凝土柱都是在長柱試驗(yàn)機(jī)或鋼結(jié)構(gòu)反力架試驗(yàn)臺上進(jìn)行承載力試驗(yàn)， 這種試驗(yàn)一般是破壞性試驗(yàn)，沒有考慮環(huán)境作用對構(gòu)件力學(xué)性能的影響，也沒有考慮持續(xù)荷載作用的影響，更不能測試荷載和環(huán)境耦合作用下構(gòu)件的衰變退化性能?，F(xiàn)有快速銹蝕法一般是在氯化鈉溶液中進(jìn)行，由于測量儀器和儀表無法在水下工作，因而無法對構(gòu)件的荷載-撓度、荷載-應(yīng)變和裂縫開展情況等力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時測量和記錄。人工環(huán)境模擬箱雖然可以模擬真實(shí)環(huán)境，但是仍然無法模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工作狀態(tài)的使用荷載，加之，布置在人工環(huán)境模擬箱的儀器和儀表同樣會發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致測量無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決以上提出的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，能進(jìn)行大尺度柱在荷載和環(huán)境耦合作用下力學(xué)性能的試驗(yàn)，且能保持長期持荷過程中無應(yīng)力松弛的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的—種荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，包括柱、加載系統(tǒng)、加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，所述的柱安裝在加載系統(tǒng)上，加載系統(tǒng)對柱施加荷載；所述的柱還與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接，對柱進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕；所述的柱還與測量系統(tǒng)相連，用于實(shí)時監(jiān)測柱時變的力學(xué)性能。作為優(yōu)選，所述的柱內(nèi)設(shè)置有欲銹蝕鋼筋、電極，欲銹蝕鋼筋、電極通過導(dǎo)線與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接。作為優(yōu)選，所述的電極是不銹鋼電極或銅電極。作為優(yōu)選，所述的加載系統(tǒng)包括反力架、千斤頂、壓力傳感器、刀絞支座，千斤頂安裝在反力架的一端上，壓力傳感器安裝在千斤頂與一刀絞支座間，另一刀絞支座安裝在與安裝有千斤頂?shù)姆戳芤欢藢?yīng)的另一端上，兩刀絞支座間用于安裝柱。 作為優(yōu)選，所述的加載系統(tǒng)為立式或臥式加載。
作為優(yōu)選，所述的加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)包括直流電源，所述的欲銹蝕鋼筋與直流電源正極連接，所述的電極與直流電源負(fù)極連接。作為優(yōu)選，所述的直流電源是恒直流電源。作為優(yōu)選，所述的測量系統(tǒng)包括位移傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變片、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集儀，所述的應(yīng)變片與應(yīng)變儀連接，所述的應(yīng)變片包括安裝在柱內(nèi)的主筋應(yīng)變片，以及安裝在柱表面的表面應(yīng)變片，所述的應(yīng)變儀、位移傳感器、壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集儀。作為優(yōu)選，所述的柱上安裝有玻璃片，位移傳感器安裝于玻璃片上。本發(fā)明的有益效果如下1、通過壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測所施加在柱上的荷載，解決了由于鋼筋銹蝕柱剛度退化應(yīng)力松弛的問題；2、電極布置在柱內(nèi)，柱在自然環(huán)境下加速銹蝕，測量儀器的布置不受限制，可以在構(gòu)件表面或內(nèi)部任意布置；3、在構(gòu)件的加速銹蝕過程中不僅可以實(shí)時觀測構(gòu)件的撓度變化、鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化，還可觀測柱在退化過程中裂縫的開裂發(fā)展全過程，完全模擬了柱的實(shí)際工作狀態(tài)，成功解決了荷載和環(huán)境耦合作用下鋼筋混凝土柱的時變退化力學(xué)性能的監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖中1是柱，2是反力架，3是千斤頂，4是壓力傳感器，5是刀絞支座，6是欲銹蝕鋼筋，7是電極，8是直流電源，9是位移傳感器，10是應(yīng)變片，11是應(yīng)變儀，12是數(shù)據(jù)采集儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明一種荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，包括柱1、加載系統(tǒng)、加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，所述的柱1安裝在加載系統(tǒng)上，加載系統(tǒng)對柱1施加荷載；所述的柱1還與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接，對柱1進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕；所述的柱1還與測量系統(tǒng)相連，用于實(shí)時監(jiān)測柱1時變的力學(xué)性能。本裝置的工作原理是對所述柱1施加長期使用荷載的同時，對柱1進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕，同時通過布置在柱1上的儀器儀表監(jiān)測柱1的時變力學(xué)性能如荷載撓度、荷載應(yīng)變和裂縫發(fā)展情況。所述的柱1內(nèi)設(shè)置有欲銹蝕鋼筋6、電極7，欲銹蝕鋼筋6、電極7通過導(dǎo)線與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接。本實(shí)施例的柱1為鋼筋混凝土柱，欲銹蝕鋼筋6即鋼筋混凝土柱的主筋。所述的電極7是不銹鋼電極或銅電極。所述的加載系統(tǒng)包括反力架2、千斤頂3、壓力傳感器4、刀絞支座5，千斤頂3安裝在反力架2的一端上，壓力傳感器4安裝在千斤頂3與一刀絞支座5間，另一刀絞支座5安裝在與安裝有千斤頂3的反力架2 —端對應(yīng)的另一端上，兩刀絞支座5間用于安裝柱1。施
4加在柱1上的力由荷載傳感器顯示，通過千斤頂3控制保持所施加荷載的與設(shè)計荷載保持一致。所述的加載系統(tǒng)為立式或臥式加載。所述的加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)包括直流電源8，所述的欲銹蝕鋼筋6與直流電源8正極連接，所述的電極7與直流電源8負(fù)極連接。鋼筋銹蝕速度通過法拉第定律控制。所述的直流電源8是恒直流電源。所述的測量系統(tǒng)包括位移傳感器9、壓力傳感器4、應(yīng)變片10、應(yīng)變儀11、數(shù)據(jù)采集儀12，所述的應(yīng)變片10與應(yīng)變儀11連接，所述的應(yīng)變片10包括安裝在柱1內(nèi)的主筋應(yīng)變片，以及安裝在柱1表面的表面應(yīng)變片，所述的應(yīng)變儀11、位移傳感器9、壓力傳感器4連接數(shù)據(jù)采集儀12。數(shù)據(jù)采集儀12也可以是計算機(jī)。實(shí)施例1(a)制作鋼筋混凝土柱。柱的截面尺寸為120X 120mm，高750mm，柱的主筋為 4 Φ 10，箍筋為Φ 6050-100，保護(hù)層15mm，在每一根主筋的端部接一根長600mm、直徑1. 5mm 的塑料護(hù)套銅線，電線首先在主筋上纏繞兩圈并擰緊，然后用焊錫焊好，最后用環(huán)氧樹脂包裹，并在主筋縱向的中部位置粘貼主筋應(yīng)變片，主筋應(yīng)變片上焊接長600mm、直徑1. 5mm的塑料護(hù)套銅線。用鋼綁扎絲將主筋籠綁扎，然后澆注混凝土成型，澆注時在柱的內(nèi)部埋置 Φ6不銹鋼電極7 —根，長度450mm，電極7由導(dǎo)線連接接到混凝土外部。成型2天后拆模在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)觀天。(b)將養(yǎng)護(hù)好的混凝土柱的長度方向中間部位打磨光，在柱的一個側(cè)面布置3個表面應(yīng)變片，在本實(shí)施例中，表面應(yīng)變片為混凝土應(yīng)變片，頂面和底面各布置1個混凝土應(yīng)變片。在柱的上表面支座和中間部位用502膠分別粘貼20X20mm、厚5mm的玻璃一塊用以布置位移傳感器9測量柱在荷載和環(huán)境耦合作用下的撓度變化。在柱頂兩端施加荷載部位用502膠粘貼刀絞支座5帶齒槽的支座板以保證所施加荷載的準(zhǔn)確定位。(c)將貼好混凝土應(yīng)變片和支座板的柱放入反力架2內(nèi)，然后緊貼柱的一端依次放入壓力傳感器4和千斤頂3，調(diào)整柱、壓力傳感器4和千斤頂3位置，使柱1準(zhǔn)確定位。(d)將柱內(nèi)與主筋連接的導(dǎo)線連接到直流電源8正極，柱內(nèi)與電極7連接的導(dǎo)線連接到直流電源8負(fù)極，打開直流電源8，保持0. 24A的穩(wěn)流供電狀態(tài)，柱內(nèi)鋼筋在外加恒直流電的作用下加速腐蝕。(e)在柱的上表面支座和中間部位粘貼玻璃片處安裝位移傳感器9，將主筋應(yīng)變片和混凝土應(yīng)變片用導(dǎo)線和應(yīng)變儀11連接，將應(yīng)變儀11、位移傳感器9、壓力傳感器4與數(shù)據(jù)采集儀12或計算機(jī)連接，打開計算機(jī)或數(shù)據(jù)采集儀12，進(jìn)行位移、應(yīng)變、撓度和力的數(shù)據(jù)采集。(f)推動千斤頂3活塞，將壓力緩慢施加到柱上，當(dāng)達(dá)到柱極限荷載力的60%即 38kN時停止推動千斤頂3活塞。調(diào)整各儀器儀表使其處于正常工作狀態(tài)。至此，構(gòu)件即在荷載和環(huán)境腐蝕耦合作用下工作了，隨著時間的推移和腐蝕的進(jìn)行，構(gòu)件的剛度在不斷退化，施加在柱上的力由荷載傳感器顯示、通過千斤頂3控制保持所施加的荷載與設(shè)計保持一致，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時記錄柱在荷載和環(huán)境耦合作用下的時變力學(xué)性能。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明核心技術(shù)特征的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，包括柱(1)、加載系統(tǒng)、加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的柱(1)安裝在加載系統(tǒng)上，加載系統(tǒng)對柱(1) 施加荷載；所述的柱(1)還與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接，對柱(1)進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕；所述的柱(1)還與測量系統(tǒng)相連，用于實(shí)時監(jiān)測柱(1)時變的力學(xué)性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的柱⑴內(nèi)設(shè)置有欲銹蝕鋼筋(6)、電極(7)，欲銹蝕鋼筋(6)、電極(7)通過導(dǎo)線與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的電極(7)是不銹鋼電極或銅電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的加載系統(tǒng)包括反力架(2)、千斤頂(3)、壓力傳感器(4)、刀絞支座(5)，千斤頂(3) 安裝在反力架O)的一端上，壓力傳感器(4)安裝在千斤頂(3)與一刀絞支座(5)間，另一刀絞支座(5)安裝在與安裝有千斤頂(3)的反力架(2) —端對應(yīng)的另一端上，兩刀絞支座 (5)間用于安裝柱(1).
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的加載系統(tǒng)為立式或臥式加載。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)包括直流電源(8)，所述的欲銹蝕鋼筋(6)與直流電源(8)正極連接，所述的電極(7)與直流電源( 負(fù)極連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的直流電源⑶是恒直流電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的測量系統(tǒng)包括位移傳感器(9)、壓力傳感器G)、應(yīng)變片(10)、應(yīng)變儀(11)、數(shù)據(jù)采集儀(12)，所述的應(yīng)變片(10)與應(yīng)變儀(11)連接，所述的應(yīng)變片(10)包括安裝在柱 (1)內(nèi)的主筋應(yīng)變片，以及安裝在柱(1)表面的表面應(yīng)變片，所述的應(yīng)變儀(11)、位移傳感器(9)、壓力傳感器(4)連接數(shù)據(jù)采集儀(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的柱(1)上安裝有玻璃片，位移傳感器(9)安裝于玻璃片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，是一種荷載和環(huán)境耦合作用下柱的力學(xué)性能的試驗(yàn)裝置，包括柱、加載系統(tǒng)、加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，柱安裝在加載系統(tǒng)上，加載系統(tǒng)對柱施加荷載；柱還與加速環(huán)境腐蝕系統(tǒng)連接，對柱進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕；柱還與測量系統(tǒng)相連，用于實(shí)時監(jiān)測柱時變的力學(xué)性能。本發(fā)明在構(gòu)件的加速銹蝕過程中不僅可以實(shí)時觀測構(gòu)件的撓度變化、鋼筋和混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化，還可觀測柱在退化過程中裂縫的開裂發(fā)展全過程，完全模擬了柱的實(shí)際工作狀態(tài)，成功解決了荷載和環(huán)境耦合作用下鋼筋混凝土柱的時變退化力學(xué)性能的監(jiān)測。
文檔編號G01N17/00GK102393329SQ20111036316
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者崔巍, 李強(qiáng), 胡穎, 陳益濱 申請人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院