研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置與方法
【專利摘要】一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置與方法，屬結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。該裝置主要由加載裝置、腐蝕裝置和測(cè)量裝置三部分組成，其中加載裝置主要包括承載板和拉桿(含螺母)；腐蝕裝置主要包括腐蝕槽、腐蝕液、絕緣層和外接電源；測(cè)量裝置主要包括荷載傳感器和機(jī)械式千分表。本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管砼軸壓構(gòu)件的長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用；采用電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度高于自然環(huán)境腐蝕，可以加快試驗(yàn)進(jìn)度；通過初始加載階段、電化學(xué)腐蝕/長(zhǎng)期加載階段和破壞加載階段，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪制出鋼管砼軸壓構(gòu)件的軸壓力-壓縮量受力全過程曲線。
【專利說明】研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，特別涉及一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管砼屬于組合結(jié)構(gòu)的一種，是指在鋼管中填充砼且兩種材料共同受力而形成的結(jié)構(gòu)。按鋼管的布置可分為實(shí)心鋼管砼、中空夾層鋼管砼和離心式鋼管砼等；按截面形式可分為圓形、方/矩形、多邊形和異形鋼管砼等。鋼管砼在實(shí)際工程中往往承受較大的荷載，同時(shí)還要受到周圍環(huán)境中腐蝕性液體或氣體等的腐蝕作用，上述問題在工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中不容忽視，有必要進(jìn)行研究。
[0003]已有用于鋼管砼軸壓構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載下性能研究的試驗(yàn)裝置與方法或用于鋼管砼軸壓構(gòu)件耐電化學(xué)腐蝕性能研究的試驗(yàn)裝置與方法，但上述試驗(yàn)裝置與方法只能實(shí)現(xiàn)一種作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在軸力和腐蝕共同作用下的受力性能，必然涉及到相應(yīng)的試驗(yàn)裝置與方法，本發(fā)明提出了一種用于鋼管砼軸壓構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載下耐電化學(xué)腐蝕性能研究的試驗(yàn)裝置與方法，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管砼軸壓構(gòu)件的長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用。
[0005]一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，主要由加載裝置、腐蝕裝置和測(cè)量裝置三部分組成，其中加載裝置主要包括承載板和拉桿(含螺母)；腐蝕裝置主要包括鋼制腐蝕槽、腐蝕液、絕緣層和外接電源；測(cè)量裝置主要包括荷載傳感器和機(jī)械式千分表；鋼管砼軸壓構(gòu)件置于腐蝕裝置的鋼制腐蝕槽中，并同時(shí)在鋼管砼軸壓構(gòu)件上放置加載裝置，通過測(cè)量裝置對(duì)砼軸壓構(gòu)件長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用進(jìn)行測(cè)量。
[0006]所述四根拉桿的一端通過螺母固定，四根拉桿的另一端穿過承載板上的四個(gè)預(yù)制的孔；在承載板上面放置鋼制墊塊，然后在鋼制墊塊上面放置鋼制腐蝕槽；在鋼制腐蝕槽底板上放置絕緣層，然后在絕緣層上面放置鋼管砼軸壓構(gòu)件，試件端板的暴露面也應(yīng)絕緣處理；
[0007]在鋼管砼軸壓構(gòu)件的試件端板上面放置絕緣層，然后在絕緣層上面放置鋼制墊塊，四根拉桿穿過另一塊剛度足夠大的承載板上的四個(gè)預(yù)制的孔；每根拉桿穿一個(gè)荷載傳感器，再通過螺母固定；預(yù)置機(jī)械式千分表安裝在兩塊承載板之間；測(cè)量?jī)蓧K承載板之間的相對(duì)位移，旋緊螺母加載直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)記錄每級(jí)荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0008]鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液，液面高度應(yīng)與試件端板的下表面平齊，以鋼制腐蝕槽為陰極，鋼管砼軸壓構(gòu)件的鋼管為陽(yáng)極，外接直流電源開始腐蝕，在此期間定期記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量直至達(dá)到腐蝕/長(zhǎng)期加載期限。
[0009]一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝方法，采用上述研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，按照以下步驟進(jìn)行:
[0010](I)初始加載,記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0011](2)保持初始加載值不變，向鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液，外接直流電源開始腐蝕，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0012](3)拆除鋼制腐蝕槽，保持長(zhǎng)期加載值不變，一次性破壞加載，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量。
[0013]本發(fā)明采用特定的加載裝置和方法，通過初始加載階段、電化學(xué)腐蝕/長(zhǎng)期加載階段和破壞加載階段，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪制出鋼管砼軸壓構(gòu)件的軸壓力-壓縮量受力全過程曲線。既適用于實(shí)心鋼管砼、中空夾層鋼管砼和離心式鋼管砼等，也適用于圓形、方/矩形、多邊形和異形鋼管砼等。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
[0015]1.本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管砼軸壓構(gòu)件的長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用。
[0016]2.本發(fā)明采用電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度高于自然環(huán)境腐蝕，可以加快試驗(yàn)進(jìn)度。
[0017]3.本發(fā)明所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪制出鋼管砼軸壓構(gòu)件的軸壓力-壓縮量受力全過程曲線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為實(shí)心鋼管砼軸壓構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載下耐電化學(xué)腐蝕性能研究的試驗(yàn)裝置示意圖；
[0019]圖2為初始加載階段所使用的試驗(yàn)裝置示意圖；
[0020]圖3為破壞加載階段所使用的試驗(yàn)裝置示意圖；
[0021]上述圖中I拉桿，2螺母，3承載板，4鋼制墊塊，5鋼制腐蝕槽，6絕緣層，7鋼管砼軸壓構(gòu)件，8試件端板，9荷載傳感器，10機(jī)械式千分表，11腐蝕液，12外接直流電源，13壓力機(jī)；
[0022]圖4為初始加載階段所使用的試驗(yàn)裝置實(shí)物圖；
[0023]圖5為某一方截面實(shí)心鋼管砼軸壓構(gòu)件軸壓力(N)-壓縮量(Λ)受力全過程曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，如圖1-3所示，由加載裝置、腐蝕裝置和測(cè)量裝置三部分組成，其中加載裝置主要包括承載板3和拉桿I (含螺母2)；腐蝕裝置主要包括鋼制腐蝕槽5、腐蝕液11、絕緣層6和外接直流電源12等；測(cè)量裝置主要包括荷載傳感器9和機(jī)械式千分表10。鋼管砼軸壓構(gòu)件7置于腐蝕裝置的鋼制腐蝕槽5中，并同時(shí)在鋼管砼軸壓構(gòu)件上放置加載裝置，通過測(cè)量裝置對(duì)鋼管砼軸壓構(gòu)件長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用進(jìn)行測(cè)量。
[0025]所述四根拉桿I的一端通過螺母2固定，四根拉桿I的另一端穿過承載板3上的四個(gè)預(yù)制的孔；在承載板3上面放置鋼制墊塊4，然后在鋼制墊塊4上面放置鋼制腐蝕槽5 ；在鋼制腐蝕槽5底板上放置絕緣層6，然后在絕緣層6上面放置鋼管砼軸壓構(gòu)件7，試件端板8的暴露面也應(yīng)絕緣處理；[0026]在鋼管砼軸壓構(gòu)件7的試件端板8上面放置絕緣層6，然后在絕緣層6上面放置鋼制墊塊4，四根拉桿I穿過另一塊剛度足夠大的承載板3上的四個(gè)預(yù)制的孔；每根拉桿I穿一個(gè)荷載傳感器9，再通過螺母2固定；預(yù)置機(jī)械式千分表10安裝在兩塊承載板之間；測(cè)量?jī)蓧K承載板之間的相對(duì)位移，旋緊螺母2加載直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)記錄每級(jí)荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0027]鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液11，液面高度應(yīng)與試件端板8的下表面平齊，以鋼制腐蝕槽5為陰極，鋼管砼軸壓構(gòu)件7的鋼管為陽(yáng)極，外接直流電源12開始腐蝕，在此期間定期記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量直至達(dá)到腐蝕/長(zhǎng)期加載期限。
[0028]一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的方法，采用上述研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0029](I)初始加載,記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0030](2)保持初始加載值不變，向鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液，外接直流電源開始腐蝕，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量；
[0031](3)拆除鋼制腐蝕槽，保持長(zhǎng)期加載值不變，一次性破壞加載，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量。
[0032]采用本發(fā)明的裝置進(jìn)行鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能測(cè)量時(shí)，分為三個(gè)階段:
[0033]初始加載階段:如圖2所示，首先在四根拉桿I的一端分別擰好螺母2，然后將四根拉桿I穿過一塊剛度足夠大的承載板3上的四個(gè)預(yù)制的孔；在承載板3上面放置鋼制墊塊4，然后在鋼制墊塊4上面放置鋼制腐蝕槽5 ;在腐蝕槽5底板上放置絕緣層6，然后在絕緣層6上面放置鋼管砼軸壓構(gòu)件7，試件端板8的暴露面也應(yīng)絕緣處理；在鋼管砼軸壓構(gòu)件7的試件端板8上面放置絕緣層6，然后在絕緣層6上面放置鋼制墊塊4，再將四根拉桿I穿過另一塊剛度足夠大的承載板3上的四個(gè)預(yù)制的孔；每根拉桿I穿一個(gè)荷載傳感器9，然后再擰好另一端的螺母2 ;預(yù)置機(jī)械式千分表10測(cè)量?jī)蓧K承載板之間的相對(duì)位移；人工旋緊螺母2加載直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)記錄每級(jí)荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量。
[0034]電化學(xué)腐蝕/長(zhǎng)期加載階段:如圖1所示,保持初始加載值不變，向腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液11，液面高度應(yīng)與試件端板8的下表面平齊，以鋼制腐蝕槽5為陰極，鋼管砼軸壓構(gòu)件7的鋼管為陽(yáng)極，外接直流電源12開始腐蝕，在此期間定期記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量直至達(dá)到腐蝕/長(zhǎng)期加載期限。
[0035]破壞加載階段:如圖3所示，抽出腐蝕液11，拆除外接直流電源12和腐蝕槽5，保持長(zhǎng)期加載值不變，用吊車將鋼管砼軸壓構(gòu)件7連同自反力裝置整體運(yùn)到壓力機(jī)13上做一次性破壞加載試驗(yàn)，同時(shí)記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量。
[0036]采用某一方截面實(shí)心鋼管砼軸壓構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試，實(shí)心鋼管砼軸壓構(gòu)件長(zhǎng)度L=480mm、外邊長(zhǎng)B=160mm、鋼管原始壁厚ts=3.83mm、腐蝕厚度At=L 18mm、腐蝕液濃度P =3.5%、設(shè)計(jì)持載等級(jí)rb=60%和腐蝕時(shí)間t=120d。試驗(yàn)結(jié)束后得到的軸壓力(N)-壓縮量(Δ)受力全過程曲線，其中細(xì)實(shí)線為初始加載階段試驗(yàn)結(jié)果；粗實(shí)線為電化學(xué)腐蝕/長(zhǎng)期加載階段試驗(yàn)結(jié)果；虛線為破壞加載階段試驗(yàn)結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管砼軸壓構(gòu)件的長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用，其特征在于由加載裝置、腐蝕裝置和測(cè)量裝置三部分組成，其中加載裝置主要包括承載板、拉桿、螺母；腐蝕裝置主要包括鋼制腐蝕槽、腐蝕液、絕緣層和外接直流電源；測(cè)量裝置主要包括荷載傳感器和機(jī)械式千分表；鋼管砼軸壓構(gòu)件置于鋼制腐蝕槽中，并同時(shí)在鋼管砼軸壓構(gòu)件上放置加載裝置，通過測(cè)量裝置對(duì)砼軸壓構(gòu)件長(zhǎng)期荷載作用和電化學(xué)腐蝕作用進(jìn)行測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，其特征在于四根拉桿的一端通過螺母固定，四根拉桿的另一端穿過承載板上的四個(gè)預(yù)制的孔；在承載板上面放置鋼制墊塊，然后在鋼制墊塊上面放置鋼制腐蝕槽；在鋼制腐蝕槽底板上放置絕緣層，然后在絕緣層上面放置鋼管砼軸壓構(gòu)件，試件端板的暴露面也應(yīng)絕緣處理； 在鋼管砼軸壓構(gòu)件的試件端板上面放置絕緣層，然后在絕緣層上面放置鋼制墊塊，四根拉桿穿過另一塊剛度足夠大的承載板上的四個(gè)預(yù)制的孔；每根拉桿穿一個(gè)荷載傳感器，再通過螺母固定；預(yù)置機(jī)械式千分表安裝在兩塊承載板之間；測(cè)量?jī)蓧K承載板之間的相對(duì)位移，旋緊螺母加載直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載，同時(shí)記錄每級(jí)荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量； 鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液，液面高度應(yīng)與試件端板的下表面平齊，以鋼制腐蝕槽為陰極，鋼管砼軸壓構(gòu)件的鋼管為陽(yáng)極，外接外接直流電源腐蝕，在此期間定期記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量直至達(dá)到腐蝕/長(zhǎng)期加載期限。
3.一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的方法，采用上述研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝置，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (1)初始加載，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量； (2)保持初始加載值不變，向鋼制腐蝕槽內(nèi)注入腐蝕液，外接外接直流電源開始腐蝕，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量； (3)拆除鋼制腐蝕槽，保持長(zhǎng)期加載值不變，一次性破壞加載，記錄荷載及其對(duì)應(yīng)的壓縮量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種研究鋼管砼軸壓構(gòu)件在荷載與腐蝕下性能的裝方法，其特征在于所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以繪制出鋼管砼軸壓構(gòu)件的軸壓力-壓縮量受力全過程曲線。
【文檔編號(hào)】G01N3/14GK103728182SQ201310750232
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王慶利, 張芝潤(rùn), 韓林海 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)