專利名稱：一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬潮位-溫度耦合作用下水工混凝土破壞過(guò)程。
背景技術(shù)：
水工結(jié)構(gòu)混凝土由于受物理、化學(xué)及力學(xué)等方面的影響使得其耐久性問(wèn)題十分復(fù)雜，這些影響因素主要包括凍融循環(huán)、碳化、堿集料反應(yīng)、化學(xué)腐蝕、溫度變化、潮位變化等多種因素。特別對(duì)于混凝土的潮差帶部位，由于受到水的周期潤(rùn)濕，經(jīng)常處于干濕交替的狀態(tài)，加上環(huán)境溫度差異造成的循環(huán)作用，使得碼頭樁基在荷載、溫度、濕度等多因素共同作用下產(chǎn)生破壞，直接影響著水工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。目前研究影響水工結(jié)構(gòu)混凝土破壞各因素之間相互作用及其耦合問(wèn)題已成為巖土工程界、港口工程學(xué)界最前沿的研究方向之
O對(duì)于潮位變化、溫度循環(huán)等單一因素作用下的混凝土耐久性問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的研究工作，其中的許多結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)公式已經(jīng)在學(xué)術(shù)界達(dá)成共識(shí)，并且在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證。目前的研究認(rèn)為實(shí)際工程中的水工混凝土結(jié)構(gòu)并不是處于單一因素作用下工作的，而是同時(shí)經(jīng)受多種因素的復(fù)合作用。如溫度差異造成樁基混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受各種荷載和氯離子及其它鹽類侵蝕的共同作用，加上樁表面由于受到水的周期潤(rùn)濕，經(jīng)常處于干濕交替破壞等。水工混凝土結(jié)構(gòu)在經(jīng)受多種因素的共同作用時(shí)，其破壞并非各個(gè)單一因素作用的簡(jiǎn)單疊加，而是各種因素的交互耦合作用。正如吳中偉院士曾指出“耐久性研究本身存在缺點(diǎn)，如習(xí)慣單一破壞因素的研究試驗(yàn)，與實(shí)際工程中多因素的聯(lián)合作用脫節(jié)；采用不正確的簡(jiǎn)化、外推、歸納甚至夸大的方法”。這樣的耐久性對(duì)于實(shí)際多種環(huán)境及多重因素綜合作用的情形必然有很大的偏差，這就是我們?yōu)槭裁唇?jīng)常看到許多按照規(guī)范設(shè)計(jì)的可服役30-50年的混凝土工程在不到幾年或十幾年就出現(xiàn)較大問(wèn)題的重要原因。因此建成一種模擬潮位-溫度耦合作用下水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)于研究水工混凝土在多因素作用下的破壞過(guò)程，提高水工混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命，具有非常重要的實(shí)際意義

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠模擬潮位變化、溫度共同作用下水工混凝土的破壞過(guò)程，為研究水工混凝土在多因素作用下的破壞過(guò)程，提高水工混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題
一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬潮位-溫度耦合作用下水工混凝土破壞過(guò)程，包括
反應(yīng)室，用于盛放水及水工混凝土待測(cè)試樣；
反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室中盛放的水的水位進(jìn)行控制；反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。優(yōu)選地，所述反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)包括進(jìn)水槽、排水槽、水泵、水位監(jiān)測(cè)模塊、水位控制模塊；所述進(jìn)水槽、排水槽分別通過(guò)進(jìn)水閥、排水閥與反應(yīng)室連通，且排水槽頂面高程低于反應(yīng)室地面高程，進(jìn)水槽地面高程高于反應(yīng)室設(shè)計(jì)最高水位的高程；所述水泵的進(jìn)水端與排水槽連通，出水端與進(jìn)水槽連通；進(jìn)水閥、出水閥、水泵以及水位監(jiān)測(cè)模塊分別與水位控制模塊信號(hào)連接。所述水位監(jiān)測(cè)模塊包括分別與所述水位控制模塊信號(hào)連接的高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)；高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)分別固定于一刻度尺上，并可沿刻度尺上下滑動(dòng)。優(yōu)選地，所述反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)及與其電連接的一組白熾燈，繼電器控制系統(tǒng)可控制白熾燈定時(shí)開啟、關(guān)閉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明能自動(dòng)周期性控制水位與溫度的變化，有效的模擬潮位變化與溫度變化同時(shí)對(duì)水工混凝土的影響，研究水工混凝土在這兩種因素作用下的破壞過(guò)程，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精確、自動(dòng)化程度高，具有較強(qiáng)的適用性。


圖I為本發(fā)明的水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)中水位監(jiān)測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中標(biāo)號(hào)含義如下
I、白熾燈組，2、繼電器控制系統(tǒng)，3、電子式水位控制器，4、交流接觸器，5、水泵，6、高水位電子式水位開關(guān)，7、低水位電子式水位開關(guān)，8、鋼尺，9、進(jìn)水開關(guān)，10、排水電磁閥，11、排水槽，12、進(jìn)水槽，13、排水開關(guān)，14、進(jìn)水電磁閥，15、反應(yīng)室水位，16、反應(yīng)室，17、電纜，18、電纜,19、進(jìn)水軟管，20、排水軟管，21、輸水軟管，22、電纜，23、電纜，24、電纜，25、電纜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的思路是將待測(cè)水工混凝土試件置于一盛有水的反應(yīng)室中，通過(guò)反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)周期性調(diào)整反應(yīng)室中的水位，以模擬實(shí)際使用環(huán)境中潮位的變化；同時(shí)通過(guò)反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)的溫度，以模擬實(shí)際使用環(huán)境中溫度的變化。通過(guò)試驗(yàn)期間對(duì)待測(cè)水工混凝土試件的觀察和測(cè)量，來(lái)研究實(shí)際使用環(huán)境中水工混凝土在潮位變化與溫度變化同時(shí)作用下的破壞過(guò)程。本發(fā)明的水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)包括
反應(yīng)室，用于盛放水及水工混凝土待測(cè)試樣；
反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室中盛放的水的水位進(jìn)行控制；
反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。上述技術(shù)方案中，反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)可采用現(xiàn)有的各種水位控制系統(tǒng)，為了循環(huán)利用水資源，降低系統(tǒng)建設(shè)成本，本發(fā)明優(yōu)選采用以下方案所述反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)包括進(jìn)水槽、排水槽、水泵、水位監(jiān)測(cè)模塊、水位控制模塊；所述進(jìn)水槽、排水槽分別通過(guò)進(jìn)水閥、排水閥與反應(yīng)室連通，且排水槽頂面高程低于反應(yīng)室地面高程，進(jìn)水槽地面高程高于反應(yīng)室設(shè)計(jì)最高水位的高程；所述水泵的進(jìn)水端與排水槽連通，出水端與進(jìn)水槽連通；進(jìn)水閥、出水閥、水泵以及水位監(jiān)測(cè)模塊分別與水位控制模塊信號(hào)連接。采用上述方案，可使水在重力作用下流動(dòng)并循環(huán)使用，且僅需使用一臺(tái)水泵，降低了系統(tǒng)成本。所述水位監(jiān)測(cè)模塊可采用現(xiàn)有的各種技術(shù)，例如超聲波水位監(jiān)測(cè)裝置，但考慮到實(shí)驗(yàn)僅需要監(jiān)測(cè)水位在實(shí)際環(huán)境中最高潮位與最低潮位之間變化的情況，因此可采用成本較低的簡(jiǎn)易水位監(jiān)測(cè)模塊，本發(fā)明優(yōu)選以下方案所述水位監(jiān)測(cè)模塊包括分別與所述水位控制模塊信號(hào)連接的高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)；高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)分別固定于一刻度尺上，并可沿刻度尺上下滑動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)水位上升到高水位電子式水位開關(guān)處，高水位電子式水位開關(guān)閉合，通過(guò)水位控制模塊關(guān)閉進(jìn)水閥，打開排水閥，反應(yīng)室開始排水至排水槽中，反應(yīng)室水位降低；同時(shí)水位控制模塊啟動(dòng)水泵，將排水槽中水輸送至進(jìn)水槽中。當(dāng)反應(yīng)室水位降低至低水位電子式開關(guān)處,低水位電子式開關(guān)閉合，通過(guò)水位控制模塊打開進(jìn)水閥，同時(shí)關(guān)閉排水閥與水泵，停止排水槽·與進(jìn)水槽間輸水，反應(yīng)室水位上升，直至水位到達(dá)高水位電子式水位開關(guān)處，則再次重復(fù)上述過(guò)程，如此自動(dòng)周期性的控制反應(yīng)室水位高度。本發(fā)明的反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)可采用現(xiàn)有各種溫度控制系統(tǒng)，例如空調(diào)等。為了更真實(shí)地模擬實(shí)際環(huán)境下的溫度變化并降低系統(tǒng)成本，本發(fā)明的反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)優(yōu)選以下方案所述反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)及與其電連接的一組白熾燈，繼電器控制系統(tǒng)可控制白熾燈定時(shí)開啟、關(guān)閉。繼電器控制系統(tǒng)自動(dòng)控制白熾燈，通過(guò)白熾燈放射熱量使得反應(yīng)室升溫，白熾燈周期性開啟與關(guān)閉，從而控制反應(yīng)室內(nèi)溫度的周期性變化。為了便于公眾進(jìn)一步了解本發(fā)明技術(shù)方案，下面以一個(gè)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明。本具體實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括白熾燈組I、繼電器控制系統(tǒng)2、電子式水位控制器3、交流接觸器4、水泵5、高水位電子式水位開關(guān)6、低水位電子式水位開關(guān)7、鋼尺8、進(jìn)水開關(guān)9、排水電磁閥10、排水槽11、進(jìn)水槽12、排水開關(guān)13、進(jìn)水電磁閥14、反應(yīng)室水位15、反應(yīng)室16、電纜17、18、22、23、24、25，進(jìn)水軟管19、排水軟管20、輸水軟管21。高、低水位電子式水位開關(guān)6、7固定在標(biāo)有刻度的鋼尺8上，分別通過(guò)電纜17、電纜18與電子式水位控制器3相連。水泵5通過(guò)電纜24與交流接觸器4相連，交流接觸器4通過(guò)電纜23與水位控制器3相連。進(jìn)水開關(guān)9在試驗(yàn)過(guò)程中一直處于開啟狀態(tài)，電子式水位控制器3通過(guò)電纜22控制進(jìn)水電子閥14，進(jìn)水電子閥14打開時(shí)，進(jìn)水槽12中的水通過(guò)進(jìn)水軟管19注入反應(yīng)室16中，反應(yīng)室水位15上升。排水槽11的頂面高程低于反應(yīng)室16的地面高程，進(jìn)水槽12的地面高程高于高水位電子式水位開關(guān)6的高程，使水能在重力作用下流動(dòng)。繼電器控制系統(tǒng)2可根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔控制白熾燈周期性開啟與關(guān)閉，通過(guò)白熾燈組I放射熱量使得反應(yīng)室16升溫，模擬水工混凝土實(shí)際使用環(huán)境中的晝夜溫差變化。當(dāng)反應(yīng)室16內(nèi)水位上升到高水位電子式水位開關(guān)6處，高水位電子式水位開關(guān)6閉合，電子式水位控制器3關(guān)閉進(jìn)水電子閥14，打開排水電磁閥10，反應(yīng)室16開始排水至排水槽11中，反應(yīng)室水位15降低；同時(shí)電子式水位控制器3通過(guò)交流接觸器4啟動(dòng)水泵5，將排水槽11中的水輸送至進(jìn)水槽12中。當(dāng)反應(yīng)室水位15降低至低水位電子式開關(guān)7處，低水位電子式開關(guān)7閉合，電子式水位控制器3打開進(jìn)水電磁閥14同時(shí)關(guān)閉排水電磁閥10與水泵5，停止排水槽11與進(jìn)水槽12間輸水，反應(yīng)室水位15上升，直至水位到達(dá)高水位電子式水位開關(guān)6處，則再次重復(fù)上述過(guò)程，如此自動(dòng)周期性的控制反應(yīng)室水位15高度。使用上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，需要預(yù)先設(shè)置水位變化范圍、水位變化周期以及溫度變化周期。其中水位變化范圍設(shè)置方法如下如圖2所示，調(diào)節(jié)高水位電子式水位開關(guān)6與低水位電子式水位開關(guān)7在鋼尺8上的位置，使得兩者距離等于水工混凝土所處實(shí)際環(huán)境中最高潮位與最低潮位之差值。水位變化周期設(shè)置方法如下調(diào)整進(jìn)水開關(guān)9、排水開關(guān)13的開合程度，使其單位時(shí)間流量為 ，《可根據(jù)下式計(jì)算
m = SI / ￡
式中，^為反應(yīng)室16的底面積'I為聞水位電子式水位開關(guān)6與低水位電子式水位開關(guān)7之間的距離't為所模擬實(shí)際環(huán)境中潮位的變化周期。設(shè)置好上述參數(shù)后，該系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行，置于其中的水工混凝土試件的強(qiáng)度在反應(yīng)室內(nèi)逐漸弱化與破壞，對(duì)試件進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，即可了解潮位變化、溫度共同作用下水工混凝土的破壞過(guò)程。為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，利用上述系統(tǒng)進(jìn)行了以下驗(yàn)證試驗(yàn)
模擬某港口一高樁梁板式碼頭混凝土樁基在長(zhǎng)期使用過(guò)程中強(qiáng)度降低逐漸破壞過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料顯示該港口平均最高潮位7. 4m，平均最低潮位6. 3m，變化周期為12小時(shí)，溫度變化周期為半天12小時(shí)，樁基混凝土等級(jí)為C40，截面尺寸為O. 4mX O. 4m的方樁，試驗(yàn)反應(yīng)室底面積4m2。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料計(jì)算出潮位差h=7. 4-6. 3=1. lm，在試驗(yàn)室內(nèi)預(yù)制長(zhǎng)度為2m，材料與截面尺寸與實(shí)際碼頭樁基相同，截面尺寸O. 4mX O. 4m,混凝土強(qiáng)度C40，預(yù)制樁達(dá)到28天強(qiáng)度后，豎直置于反應(yīng)室內(nèi)16，用于模擬現(xiàn)場(chǎng)混凝土樁基破壞過(guò)程。調(diào)整反應(yīng)室內(nèi)高水位電子式水位開關(guān)6與低水位電子式水位開關(guān)7在鋼尺上的位置，固定好水位開關(guān)，使得兩者間距等于潮位差I(lǐng). lm。反應(yīng)室面積尺寸4m2，潮位差為I. lm，變化周期為12小時(shí)，則調(diào)節(jié)進(jìn)水開關(guān)9與排水開關(guān)13，使得單位時(shí)間流量m=(l. I X 4)/12=0. 37m3/h。開啟繼電器控制系統(tǒng)2與白熾燈組1，使得白熾燈的開啟與閉合周期為12小時(shí)。開啟電子式水位控制器13，自動(dòng)控制反應(yīng)室內(nèi)水位15在高水位電子式水位開關(guān)6與低水位電子式水位開關(guān)7周期變化當(dāng)反應(yīng)室16內(nèi)水位上升到高水位電子式水位開關(guān)6處，高水位電子式水位開關(guān)6閉合，電子式水位控制器3關(guān)閉進(jìn)水電子閥14，打開排水電磁閥10，反應(yīng)室16開始排水至排水槽11中，反應(yīng)室水位15降低；同時(shí)電子式水位控制器3通過(guò)交流接觸器4啟動(dòng)水泵5，將排水槽11中的水輸送至進(jìn)水槽12中。當(dāng)反應(yīng)室水位15降低至低水位電子式開關(guān)7處，低水位電子式開關(guān)7閉合，電子式水位控制器3打開進(jìn)水電磁閥14同時(shí)關(guān)閉排水電磁閥10與水泵5，停止排水槽11與進(jìn)水槽12間輸水，反應(yīng)室水位15上升，直至水位到達(dá)高水位電子式水位開關(guān)6處，重復(fù)上述過(guò)程，如此自動(dòng)周期性的改變反應(yīng)室水位15的高度，模擬實(shí)際潮位變化，期間可定期觀察記錄樁基的破壞過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬潮位-溫度耦合作用下水工混凝土破壞過(guò)程，其特征在于，包括 反應(yīng)室，用于盛放水及水工混凝土待測(cè)試樣； 反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室中盛放的水的水位進(jìn)行控制； 反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)，用于對(duì)反應(yīng)室內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求I所述水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)包括進(jìn)水槽、排水槽、水泵、水位監(jiān)測(cè)模塊、水位控制模塊；所述進(jìn)水槽、排水槽分別通過(guò)進(jìn)水閥、排水閥與反應(yīng)室連通，且排水槽頂面高程低于反應(yīng)室地面高程，進(jìn)水槽地面高程高于反應(yīng)室設(shè)計(jì)最高水位的高程；所述水泵的進(jìn)水端與排水槽連通，出水端與進(jìn)水槽連通；進(jìn)水閥、出水閥、水泵以及水位監(jiān)測(cè)模塊分別與水位控制模塊信號(hào)連接。
3.如權(quán)利要求2所述水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述水位監(jiān)測(cè)模塊包括分別與所述水位控制模塊信號(hào)連接的高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)；高水位電子式水位開關(guān)、低水位電子式水位開關(guān)分別固定于一刻度尺上，并可沿刻度尺上下滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求I所述水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)及與其電連接的一組白熾燈，繼電器控制系統(tǒng)可控制白熾燈定時(shí)開啟、關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水工混凝土破壞試驗(yàn)系統(tǒng)，用于模擬潮位-溫度耦合作用下水工混凝土破壞過(guò)程。該系統(tǒng)包括反應(yīng)室、反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)、反應(yīng)室溫度控制系統(tǒng)。所述反應(yīng)室水位控制系統(tǒng)包括進(jìn)水槽、排水槽、水泵、水位監(jiān)測(cè)模塊、水位控制模塊；進(jìn)水槽、排水槽分別通過(guò)進(jìn)水閥、排水閥與反應(yīng)室連通，且排水槽頂面高程低于反應(yīng)室地面高程，進(jìn)水槽地面高程高于反應(yīng)室設(shè)計(jì)最高水位的高程；水泵的進(jìn)水端與排水槽連通，出水端與進(jìn)水槽連通；進(jìn)水閥、出水閥、水泵以及水位監(jiān)測(cè)模塊分別與水位控制模塊信號(hào)連接。本發(fā)明能有效模擬潮位變化與溫度變化同時(shí)對(duì)水工混凝土的影響，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精確、自動(dòng)化程度高，具有較強(qiáng)的適用性。
文檔編號(hào)G01N33/38GK102944669SQ20121045807
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者莊寧, 王松, 何良德, 陳達(dá), 許超 申請(qǐng)人:河海大學(xué)