海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其包括：（1）海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備；及（2）電液伺服動靜試驗機，所述電液伺服動靜試驗機包括對試件施加動力荷載的試驗機加載頭、動力荷載控制電路，還包括用于對所述鹽水噴灑裝置提供鹽水及壓縮空氣的電控柜，電控柜與所述鹽水噴灑裝置之間通過氣管和水管連接；試件由夾持件固定于所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱箱體內(nèi)試樣支座上，在鹽水浸泡、鹽水漲落、鹽水噴霧的不同環(huán)境下由電液伺服試驗機加載壓縮、拉伸及彎曲變形荷載。本發(fā)明可以為試驗試件同時提供動態(tài)荷載及鹽水浸泡、鹽水漲落及鹽霧噴灑環(huán)境，可模擬海洋水下區(qū)、水位變動區(qū)及浪濺區(qū)等海洋環(huán)境條件下海工結(jié)構(gòu)服役的特點。
【專利說明】海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，可模擬海工結(jié)構(gòu)處于海洋腐蝕環(huán)境與動荷載同時作用的實際服役情況，可用于跨海橋梁、海港碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件實際服役狀態(tài)的模擬試驗，可作為海工結(jié)構(gòu)安全性與耐久性評價的試驗設備，可應用于海工結(jié)構(gòu)領域的科研、生產(chǎn)與鑒定。【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)建造了大量跨海橋梁與海港碼頭，隨著使用年限的增加，這些結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境與荷載共同作用下大都出現(xiàn)了鋼筋銹蝕、構(gòu)件斷裂等局部損傷，部分結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)局部倒塌、整體滑移等嚴重的破壞情況。海工結(jié)構(gòu)的局部及整體破壞給國家造成了巨大經(jīng)濟損失，結(jié)構(gòu)過早失效的根本原因主要是海工結(jié)構(gòu)在承受外載荷的同時還經(jīng)歷著海洋環(huán)境作用。多因素共同作用時，對混凝土的破壞作用并不是各單一因素作用的簡單疊加，各因素產(chǎn)生的交互作用使得實際服役中的混凝土破壞過程復雜化，也使得從單一因素作用條件下研究所得結(jié)論和經(jīng)驗公式具有一定的局限性。因此，開展海洋環(huán)境與動載耦合作用對海工混凝土耐久性的影響研究具有現(xiàn)實意義。
[0003]從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，考慮荷載與環(huán)境耦合作用下的混凝土耐久性研究已經(jīng)得到業(yè)界的重視，許多大學和科研機構(gòu)都開展了此方面的研究工作，我國在這方面的研究基本與國外同步，也取得了不少研究成果。但總體來說，無論國內(nèi)還是國外，研究人員對多因素作用下的結(jié)構(gòu)耐久性破壞大都集中的理論分析方面，缺乏相關試驗成果，這是由于耦合作用的加載試驗裝置設計復雜造成的。目前少量的試驗成果多集中在靜載荷與環(huán)境因素的耦合作用，至于疲勞載荷與環(huán)境因素耦合作用的研究報道就更少，且多以間接方式-交替作用來研究循環(huán)載荷與腐蝕介質(zhì)對結(jié)構(gòu)的影響。因此，此類研究仍處于起步階段，從現(xiàn)有研究資料來看，目前該類試驗方面存在以下問題:
[0004](I)目前研究沒有考慮工程結(jié)構(gòu)的實際服役情況，僅僅從理論研究角度設計荷載試驗，部分海水環(huán)境浸泡或噴灑是在卸載以后進行的，或者交替進行的，沒能充分考慮荷載與環(huán)境侵蝕的耦合效應；
[0005](2)研究僅限于室內(nèi)試驗，缺乏對實際工程長期耐久性的了解，多數(shù)研究成果僅得出外加應力水平對混凝土抗氯離子滲透性能的定性表述，無法建立快速試驗與實際工程長期耐久性之間的定量關系。
[0006]總體來說，現(xiàn)有試驗方法不能代表實際工程狀態(tài)，研究成果尚需進一步深化才能用于指導實際工程的設計施工，還需開展更為系統(tǒng)、詳細的研究工作。因此，本專利針對這一技術(shù)難題，發(fā)明一種海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，以實現(xiàn)對海工混凝土實際服役狀態(tài)的真實模擬，專利主要根據(jù)是系統(tǒng)并全面的開展混凝土耐久性研究的前提條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了開發(fā)和研制一種適合海洋工程構(gòu)件在海洋環(huán)境和動載同時作用下的耦合試驗設備系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]海洋環(huán)境與動載稱合試驗設備系統(tǒng),其包括:
[0009](I)海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備，所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備包括環(huán)境箱及鹽水噴灑裝置，所述鹽水噴灑裝置包括設置于環(huán)境箱箱體內(nèi)的鹽水噴灑噴頭，環(huán)境箱箱體內(nèi)設置有溢流口及排水口 ；及
[0010](2)電液伺服動靜試驗機，所述電液伺服動靜試驗機包括對試件施加動力荷載的試驗機加載頭、動力荷載控制電路，還包括用于對所述鹽水噴灑裝置提供鹽水及壓縮空氣的電控柜，電控柜與所述鹽水噴灑裝置之間通過氣管和水管連接；
[0011]試件由夾持件固定于所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱箱體內(nèi)的試件支座上，在鹽水浸泡、鹽水漲落、鹽水噴霧的不同環(huán)境下由電液伺服試驗機加載壓縮、拉伸及彎曲變形荷載。
[0012]作為本發(fā)明中的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，通過海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備及動載加載設備的配合，可實現(xiàn)海洋環(huán)境下的加載試驗，較為真實的海工結(jié)構(gòu)的實際服役情況。
[0013]所述電液伺服動靜試驗機通過動力荷載控制電路可對試驗機加載頭施加正弦、方波、三角波、單調(diào)波和簡單正弦疊加波荷載。
[0014]所述電液伺服動靜試驗機通過動力荷載控制電路設置所述環(huán)境箱箱體內(nèi)水面漲落潮、噴灑鹽霧的間歇噴灑周期或連續(xù)噴灑操作、漲落周期、噴霧壓力及噴霧時間。從而模擬出更多樣及更真實的海洋環(huán)境，噴霧時間及周期可隨意設定；鹽霧噴灑分布均勻，鹽霧沉降自由調(diào)節(jié)。
[0015]所述電液伺服動靜試驗機最大靜態(tài)試驗力為±500kN，最大動態(tài)試驗力為±400kN，頻率范圍為0.01?20hz，作動器行程為±75mm，精度為示值的±1%。
[0016]所述環(huán)境箱箱體內(nèi)還設置有鹽霧沉降量測量裝置及液位控制裝置，以準確測量鹽霧的沉隆量及液位的控制。
[0017]所述環(huán)境箱箱體為密封結(jié)構(gòu)，箱蓋采用雙開鉸鏈“門”開啟方式采用自動氣彈簧；開孔處采用伸縮式護罩密封；“門框”用硅橡膠條密封；此外，兩側(cè)“門”上采用防霧玻璃作為觀察窗。
[0018]所述環(huán)境箱箱體的側(cè)面安裝鹽水和鹽霧凝結(jié)水的噴灑孔，并預留引線孔，試件上安設有應變片并環(huán)境箱外的測試儀器通過連接線相連，連接線從所述引線孔穿出環(huán)境箱；引線孔配備螺旋塞，螺旋塞作用為連接線穿出后可堵塞缺口。
[0019]所述環(huán)境箱箱體內(nèi)底面開有兩條平行型槽作為試件支座的滑行軌道。
[0020]所述環(huán)境箱底部裝配有底輪，可沿軌道滑入電液伺服動靜試驗機下方，并通過螺栓連接固定環(huán)境箱與電液伺服動靜試驗機的相對位置。通過此種方式將箱體底板承受的載荷傳至電液伺服動靜試驗機底部支座上。
[0021]本試驗設備及系統(tǒng)簡單易行、安全可靠、加載精度高、密封型強，特別適合于海工混凝土結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境和動載共同作用下的試驗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)示意圖。
[0023]圖2海洋環(huán)境箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]電控柜I油源2主機3環(huán)境箱4雙開鉸鏈門4.1伸縮式護罩4.2噴灑孔4.3引線孔4.4鹽霧沉降量測量裝置4.5底輪4.6底輪軌道5橫梁6立柱7
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其包括海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備及電液伺服動靜試驗機。
[0026]所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備包括環(huán)境箱4及鹽水噴灑裝置，如圖2所示，環(huán)境箱4為大致為長方體的箱體，為密封箱形式。箱體采用不銹鋼鋼板，四面有角鋼支撐，其具有上蓋，該上蓋采用雙開鉸鏈門4.1形式，即上蓋由兩個鉸鏈門相向開啟及閉合，開啟或閉合方式通過自動氣彈簧實現(xiàn)；雙開鉸鏈門的開孔處采用伸縮式護罩4.2密封，雙開鉸鏈門的框架采用硅橡膠條密封，兩側(cè)的門則采用防霧玻璃作為觀察窗。環(huán)境箱箱體側(cè)壁設置有鹽霧沉降量測量裝置4.5及液位控制裝置。環(huán)境箱箱體的側(cè)壁還安裝有鹽水和鹽霧凝結(jié)水的噴灑孔4.3，噴灑孔4.3設置有多個，例如10?15個，均布于箱體內(nèi)側(cè)壁。箱體側(cè)壁預留引線孔4.4 ;試件上的應變片與測試儀器(如測試試件應變的動態(tài)測試儀)通過連接線相連，連接線從環(huán)境箱內(nèi)經(jīng)由引線孔穿出，引線孔配備螺旋塞，在連接線穿出后可堵塞缺口。環(huán)境箱箱體內(nèi)側(cè)壁靠下位置設置有溢流口，底部設置有排水口。環(huán)境箱箱體內(nèi)底面開有兩條平行型槽作為試件支座的滑行軌道。試件由夾持件固定于所述環(huán)境箱箱體內(nèi)，在鹽水浸泡、鹽水漲落、鹽水噴霧的不同環(huán)境下由電液伺服試驗機加載壓縮、拉伸及彎曲變形荷載。
[0027]環(huán)境箱底部裝配有底輪4.6，可沿軌道滑入電液伺服動靜試驗機下方，并通過螺栓連接固定環(huán)境箱與電液伺服動靜試驗機的相對位置。
[0028]所述鹽水噴灑裝置包括設置于環(huán)境箱箱體內(nèi)的鹽水噴灑噴頭及連接于箱體外的鹽水、壓縮空氣管路。
[0029]所述電液伺服動靜試驗機包括主機3、電控柜1、油源2。主機3固定于機架上，機架上設置有底輪軌道5，供環(huán)境箱底輪行走。主機3設置有對試件施加動力荷載的試驗機加載頭和動力荷載控制電路，電控柜于對所述鹽水噴灑裝置提供鹽水及壓縮空氣，電控柜與所述鹽水噴灑噴頭之間通過氣管和水管連接。油源供應至液壓裝置，驅(qū)動試驗機加載頭做出壓縮、拉伸、彎曲等動作。
[0030]所述電液伺服動靜試驗機通過動力荷載控制電路可對試驗機加載頭施加正弦、方波、三角波、單調(diào)波和簡單正弦疊加波荷載，還可以設置所述環(huán)境箱箱體內(nèi)水面漲落潮、噴灑鹽霧的間歇噴灑周期或連續(xù)操作、漲落周期、噴霧壓力及噴霧時間。所述電液伺服動靜試驗機最大靜態(tài)試驗力為±500kN，最大動態(tài)試驗力為±400kN，頻率范圍為0.01?20hz，作動器行程為±75mm,精度為不值的±1%。
[0031]本技術(shù)按以下步驟進行動載與海洋環(huán)境耦合試驗:
[0032](I)試驗前，由試驗負責人檢查鹽水箱中的鹽水量是否滿足試驗要求；鹽霧機是否工作正常；環(huán)境箱中的噴水口是否打開；檢查油管是否漏油(觀察地面)。防止開機時，油管壓力突然增大，液壓油從縫隙噴射出來；
[0033](2)試件入箱前，應將環(huán)境箱底輪恢復并滑出；入箱時采用吊機操作，緩緩將試件放入環(huán)境箱，避免試件與環(huán)境箱側(cè)面發(fā)生碰撞；試件放入時注意支撐點的準確定位；
[0034](3)試件加載前，將環(huán)境箱滑到主機下方，固定底輪并定位加載位置；[0035](4)調(diào)整動態(tài)測試儀，連接橋合線路，檢查測試儀是否正常工作；
[0036](5)啟動電控柜前，必須先啟動電腦及DOLI控制器，并設置試驗相關參數(shù)，防止油泵失控；
[0037](6)啟動電源總開關，并在油泵啟動前打開冷卻水及風扇開關，防止機器過熱；
[0038](7)啟動電控柜后，調(diào)整油泵壓力，壓力不小于12MPa，一般取為15MPa，防止壓力過小時橫梁6沿立柱7滑落；
[0039](8)加載軟件控制時，確保試驗試件開始受力，然后調(diào)整荷載、頻率等試驗參數(shù)；合上環(huán)境箱上蓋，然后打開噴灑裝置，檢查環(huán)境箱密封性能，并打開動態(tài)測試儀，準備加載；
[0040](9)對試件動力加載過程中，現(xiàn)場負責人觀察儀器運行是否正常，并定期檢查鹽水箱中鹽水量，以保證試驗期間鹽霧連續(xù)噴灑；
[0041](10)達到加載次數(shù)后，電液伺服動靜試驗機自動停止加載，此時關閉噴灑系統(tǒng)，將荷載卸載為0，并使橫梁上升至距離試件頂面15cm以上；
[0042](11)試驗結(jié)束后，先按順序關閉油泵、電控柜、冷卻水開關、風扇開關、總開關；最后關閉電腦及DOLI控制器。
【權(quán)利要求】
1.海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于，包括: (1)海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備，所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱設備包括環(huán)境箱及鹽水噴灑裝置，所述鹽水噴灑裝置包括設置于環(huán)境箱箱體內(nèi)的鹽水噴灑噴頭，環(huán)境箱箱體內(nèi)設置有溢流口及排水口 ；及 (2)電液伺服動靜試驗機，所述電液伺服動靜試驗機包括對試件施加動力荷載的試驗機加載頭、動力荷載控制電路，還包括用于對所述鹽水噴灑裝置提供鹽水及壓縮空氣的電控柜，電控柜與所述鹽水噴灑裝置之間通過氣管和水管連接； 試件由夾持件固定于所述海洋環(huán)境模擬環(huán)境箱箱體內(nèi)試樣支座上，在鹽水浸泡、鹽水漲落、鹽水噴霧的不同環(huán)境下由電液伺服試驗機加載壓縮、拉伸及彎曲變形荷載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述電液伺服動靜試驗機通過動力荷載控制電路可對試驗機加載頭施加正弦、方波、三角波、單調(diào)波和簡單正弦疊加波荷載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述電液伺服動靜試驗機通過動力荷載控制電路設置所述環(huán)境箱箱體內(nèi)水面漲落潮、噴灑鹽霧的間歇噴灑周期或連續(xù)噴灑操作、漲落周期、噴霧壓力及噴霧時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述電液伺服動靜試驗機最大靜態(tài)試驗力為±500kN，最大動態(tài)試驗力為±400kN，頻率范圍為0.0l?20hz，作動器行程為±75mm，精度為示值的±1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境箱箱體內(nèi)還設置有鹽霧沉降量測量裝置及液位控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境箱箱體為密封結(jié)構(gòu)，箱蓋采用雙開鉸鏈“門”開啟方式采用自動氣彈簧；開孔處采用伸縮式護罩密封；“門框”用硅橡膠條密封；此外，兩側(cè)“門”上采用防霧玻璃作為觀察窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境箱箱體的側(cè)面安裝鹽水和鹽霧凝結(jié)水的噴灑孔，并預留引線孔，試件上安設有應變片并環(huán)境箱外的測試儀器通過連接線相連，連接線從所述引線孔穿出環(huán)境箱；引線孔配備螺旋塞，螺旋塞作用為連接線穿出后可堵塞缺口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境箱箱體內(nèi)底面開有兩條平行型槽作為試件支座的滑行軌道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋環(huán)境與動載耦合試驗設備系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境箱底部裝配有底輪，可沿軌道滑入電液伺服動靜試驗機下方，并通過螺栓連接固定環(huán)境箱與電液伺服動靜試驗機的相對位置。
【文檔編號】G01M99/00GK103743587SQ201410003752
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】王勝年, 蘇林王, 趙冉, 應宗權(quán), 胡若鄰, 劉培鴿 申請人:中交四航工程研究院有限公司, 廣州港灣工程質(zhì)量檢測有限公司, 中交四航巖土工程有限公司, 廣州四航材料科技有限公司