本發(fā)明涉及混凝土耐久性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載裝置及方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的用于研究混凝土耐久性問(wèn)題時(shí)施加荷載的試驗(yàn)裝置及加載方法，或由于加載范圍太小，或由于加載裝置本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜且設(shè)計(jì)不合理，或由于加載精度不佳及加載不均勻，或由于加載裝置易于銹蝕，造成加載裝置及相應(yīng)的加載方法適用性差，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，大大影響了試驗(yàn)結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載裝置及方法，該裝置及方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單，加載均勻、準(zhǔn)確，加載效果好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載裝置，包括沿縱向設(shè)置于左、右兩側(cè)的兩個(gè)凹型拉桿，至少兩個(gè)混凝土棱柱體自下而上依次疊放并橫跨于兩個(gè)凹型拉桿的凹部上，上、下兩相鄰的混凝土棱柱體之間沿縱向設(shè)置有兩根第一鋼棒，每個(gè)凹型拉桿兩上端部分別自下而上依次套設(shè)有凹型壓緊墊圈、墊圈式壓力傳感器、壓簧和螺紋緊固件，所述凹型壓緊墊圈與最上部的混凝土棱柱體之間沿縱向設(shè)置有第二鋼棒，以在所述螺紋緊固件向下鎖緊時(shí)，壓簧經(jīng)墊圈式壓力傳感器、凹型壓緊墊圈、第二鋼棒向混凝土棱柱體準(zhǔn)確施加荷載。

進(jìn)一步的，在所述壓簧的上下端均設(shè)有壓緊墊圈，以保證壓簧垂直均勻壓縮，傳力均勻；套設(shè)于凹型拉桿兩上端部的凹型壓緊墊圈連接為一體，以保證凹型拉桿兩個(gè)豎向桿件之間的間距及凹型拉桿的垂直性。

進(jìn)一步的，自下而上，第（2n-1）個(gè)混凝土棱柱體與第2n個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿所在平面之間的三等分處，第2n個(gè)混凝土棱柱體與第（2n+1）個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿所在平面上，其中n為大于0的整數(shù)；如果混凝土棱柱體共有偶數(shù)根，則所述第二鋼棒設(shè)置于所述凹型拉桿所在平面上，如果混凝土棱柱體共有奇數(shù)根，則所述第二鋼棒設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿所在平面之間的三等分處，且所述第二鋼棒和凹型壓緊墊圈之間設(shè)有剛性傳力橫梁，以向所述第二鋼棒傳遞所述凹型壓緊墊圈施加的壓力。

進(jìn)一步的，所述墊圈式壓力傳感器與微機(jī)控制單元相連接，以檢測(cè)壓簧施加的荷載值，確?；炷晾庵w所受的荷載值滿足要求。

進(jìn)一步的，所述混凝土棱柱體在與同一第一鋼棒或第二鋼棒接觸的表面上設(shè)置有至少兩個(gè)壓電式測(cè)力傳感器，且所述壓電式測(cè)力傳感器沿縱向均布于所述混凝土棱柱體與同一第一鋼棒或第二鋼棒接觸的表面上，所述壓電式測(cè)力傳感器與微機(jī)控制單元相連接，以檢測(cè)各接觸位置的受力大小是否一致，從而校正第一鋼棒和第二鋼棒的位置。

進(jìn)一步的，所述凹型拉桿由圓柱形鋼棒彎折形成。

本發(fā)明還提供了一種用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載方法，包括以下步驟：

（1）將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期的混凝土棱柱體進(jìn)行劃線定位：確定凹型拉桿和第二鋼棒放置位置，在混凝土棱柱體上沿寬度方向畫出兩條第一直線；對(duì)兩條第一直線之間的混凝土棱柱體三等分，并沿三等分線畫出第二直線，從而確定第一鋼棒放置位置；

（2）沿縱向平行設(shè)置兩個(gè)凹型拉桿，并將畫完線的混凝土棱柱體橫跨于兩個(gè)凹型拉桿的凹部上，且使凹型拉桿與第一直線在同一平面上；

（3）在所述混凝土棱柱體上沿縱向設(shè)置第一鋼棒，然后在所述第一鋼棒上設(shè)置另一混凝土棱柱體；采用相同方法依次疊放第一鋼棒和混凝土棱柱體，直至所有混凝土棱柱體疊放完成；所述第一鋼棒的設(shè)置方法為：自下而上，第（2n-1）個(gè)混凝土棱柱體與第2n個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于所述第二直線處，第2n個(gè)混凝土棱柱體與第（2n+1）個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于所述第一直線處，其中n為大于0的整數(shù)；

（4）在最上部的混凝土棱柱體上側(cè)沿縱向設(shè)置第二鋼棒，所述第二鋼棒的設(shè)置方法為：如果混凝土棱柱體共有偶數(shù)根，則所述第二鋼棒設(shè)置于所述第一直線處；如果混凝土棱柱體共有奇數(shù)根，則所述第二鋼棒設(shè)置于所述第二直線處，且在所述第二鋼棒和凹型壓緊墊圈之間設(shè)置剛性傳力橫梁，以向所述第二鋼棒傳遞所述凹型壓緊墊圈施加的壓力；然后在每個(gè)凹型拉桿兩上端部套入連接為一體的凹型壓緊墊圈，以通過(guò)所述第二鋼棒壓住最上部的混凝土棱柱體；

（5）在每個(gè)凹型拉桿兩上端部分別套入墊圈式壓力傳感器、壓緊墊圈、壓簧和壓緊墊圈，并旋入螺紋緊固件向下鎖緊；

（6）將所述墊圈式壓力傳感器連接至微機(jī)控制單元，以通過(guò)所述墊圈式壓力傳感器檢測(cè)壓簧施加的荷載值大小并調(diào)整鋼棒位置；旋轉(zhuǎn)螺紋緊固件，調(diào)節(jié)壓簧的壓縮量，以施加設(shè)定大小的荷載；

（7）將加載完畢的整個(gè)裝置放入特定的環(huán)境試驗(yàn)箱中，進(jìn)行耐久性測(cè)試。

進(jìn)一步的，在步驟（2）中，在疊放所述第一鋼棒和混凝土棱柱體前，在所述混凝土棱柱體與第一鋼棒接觸的表面上設(shè)置壓電式測(cè)力傳感器；在步驟（3）中，在設(shè)置第二鋼棒前，在所述混凝土棱柱體與第二鋼棒接觸的表面上也設(shè)置壓電式測(cè)力傳感器；所述壓電式測(cè)力傳感器與微機(jī)控制單元相連接，以檢測(cè)各接觸位置的受力大??；然后根據(jù)各接觸位置的受力大小，調(diào)節(jié)不同螺紋緊固件的旋緊程度與鋼棒位置，在混凝土棱柱體上施加均勻的荷載，使得可以測(cè)試到混凝土純壓或純拉狀態(tài)下的耐久性。。

進(jìn)一步的，在步驟（7）中，通過(guò)所述微機(jī)控制單元監(jiān)測(cè)在耐久性測(cè)試過(guò)程中混凝土棱柱體受力的變化。

進(jìn)一步的，在步驟（6）中，根據(jù)公式F= K* l，其中F為所需施加的荷載值，K為壓簧的彈性系數(shù)，l為壓簧的壓縮量，調(diào)節(jié)壓簧的壓縮量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)壓簧的壓縮量在混凝土棱柱體上施加均勻的荷載。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)測(cè)力傳感器的檢測(cè)或調(diào)節(jié)壓簧的壓縮量，實(shí)現(xiàn)壓簧的精確壓縮位移，做到準(zhǔn)確的位移加載；由于耐久性試驗(yàn)中需要考慮長(zhǎng)期初始荷載如抗碳化、抗氯離子滲透等試驗(yàn)，該加載裝置及方法原理簡(jiǎn)明，操作簡(jiǎn)便，成本低廉，重復(fù)使用率高，體積小巧，由于溫度引起的誤差很小，加載效果明顯，達(dá)到自身的自平衡，可以滿足短期內(nèi)大批量的耐久性試驗(yàn)；本發(fā)明加載系統(tǒng)性能可靠，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中基本沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)力松馳的現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的加載裝置結(jié)構(gòu)正視示意圖。

圖2是圖1對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的加載裝置結(jié)構(gòu)正視示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中墊圈式壓力傳感器、壓電式測(cè)力傳感器與微機(jī)控制單元的電路連接示意圖。

圖中：1-凹型拉桿，2-混凝土棱柱體，3-第一鋼棒，4-凹型壓緊墊圈，5-壓簧，6-螺紋緊固件，7-第二鋼棒，8-墊圈式壓力傳感器，9-壓緊墊圈，10-微機(jī)控制單元，11-凹型拉桿的凹部，12-壓電式測(cè)力傳感器，13-剛性傳力橫梁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1、2所示，本發(fā)明用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載裝置，包括沿縱向設(shè)置于左、右兩側(cè)的兩個(gè)凹型拉桿1，至少兩個(gè)混凝土棱柱體2自下而上依次疊放并橫跨于兩個(gè)凹型拉桿1的凹部11上，上、下兩相鄰的混凝土棱柱體2之間沿縱向設(shè)置有兩根第一鋼棒3，每個(gè)凹型拉桿1兩上端部分別自下而上依次套設(shè)有凹型壓緊墊圈4、墊圈式壓力傳感器8、壓簧5和螺紋緊固件6，凹型壓緊墊圈4與最上部的混凝土棱柱體2之間沿縱向設(shè)置有第二鋼棒7，以在螺紋緊固件6向下鎖緊時(shí)，壓簧5經(jīng)墊圈式壓力傳感器8、凹型壓緊墊圈4、第二鋼棒7向混凝土棱柱體2準(zhǔn)確施加荷載。

其中，第一鋼棒3和第二鋼棒7的設(shè)置方法為：自下而上，第（2n-1）個(gè)混凝土棱柱體與第2n個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿所在平面之間的三等分處，第2n個(gè)混凝土棱柱體與第（2n+1）個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿所在平面上，其中n為大于0的整數(shù)。如果混凝土棱柱體2共有偶數(shù)根，則第二鋼棒7設(shè)置于凹型拉桿1所在平面上。如圖3所示，如果混凝土棱柱體2共有奇數(shù)根，則第二鋼棒7設(shè)置于兩個(gè)凹型拉桿1所在平面之間的三等分處，此時(shí)在第二鋼棒7和凹型壓緊墊圈4之間設(shè)置剛性傳力橫梁13，以向第二鋼棒7傳遞凹型壓緊墊圈4施加的壓力。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，考慮到剛性傳力橫梁的造價(jià)問(wèn)題，將混凝土棱柱體的個(gè)數(shù)限制為偶數(shù)個(gè)，以免除剛性傳力橫梁。

在本實(shí)施例中，在壓簧5的上下端均設(shè)有壓緊墊圈9，以保證壓簧5垂直均勻壓縮，傳力均勻；套設(shè)于凹型拉桿1兩上端部的凹型壓緊墊圈4連接為一體，以保證凹型拉桿1兩個(gè)豎向桿件之間的間距及凹型拉桿的垂直性。

為了提高加載的精確性和均勻性，如圖4所示，墊圈式壓力傳感器8與微機(jī)控制單元10相連接，以檢測(cè)壓簧5施加的荷載值，確保混凝土棱柱體2所受的荷載值滿足要求。此外，混凝土棱柱體2在與第一鋼棒3或第二鋼棒7接觸的表面上設(shè)置有壓電式測(cè)力傳感器12。較佳地，混凝土棱柱體2在與同一第一鋼棒3或第二鋼棒7接觸的表面上設(shè)置有至少兩個(gè)壓電式測(cè)力傳感器12，且壓電式測(cè)力傳感器12沿縱向均布于混凝土棱柱體2與同一第一鋼棒3或第二鋼棒7接觸的表面上。如圖4所示，壓電式測(cè)力傳感器12也與微機(jī)控制單元9相連接，以檢測(cè)各接觸位置的受力大小是否一致，從而校正第一鋼棒和第二鋼棒的位置，確保在上述兩條三等分線（即下述的第二直線）之間的混凝土所受荷載為純壓或純拉。

由于混凝土耐久性測(cè)試環(huán)境相對(duì)濕度基本在80%以上，或?yàn)镹aCl或Na₂SO₄溶液鹽霧環(huán)境，甚至是要求將構(gòu)件浸泡在NaCl或Na₂SO₄溶液中的，所以對(duì)本發(fā)明加載裝置及其檢測(cè)設(shè)備均有防潮及防銹蝕要求。在本實(shí)施例中，墊圈式壓力傳感器8與壓電式測(cè)力傳感器12均為防腐防潮式傳感器，以適應(yīng)混凝土耐久性測(cè)試環(huán)境。本發(fā)明加載裝置的材質(zhì)均為經(jīng)過(guò)特殊防銹蝕處理過(guò)的鋼構(gòu)件或不銹鋼材質(zhì)，以適應(yīng)不同的試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

在本實(shí)施例中，凹型拉桿1由圓柱形鋼棒彎折形成，以保證加載。兩相鄰第一鋼棒3之間的距離與第一鋼棒3到凹型拉桿1所在平面的距離相等。第一鋼棒3的直徑為25mm。壓簧5為汽車用模具彈簧，所述汽車用模具彈簧可承受30萬(wàn)次循環(huán)加載，根據(jù)汽車用模具彈簧的彈性系數(shù)（定數(shù)）和胡克定律計(jì)算汽車用模具彈簧的壓縮值，精確到mm，可以控制加載力的大小。

本發(fā)明還提供了一種用于荷載耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)的加載方法，包括以下步驟：

（1）將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期的混凝土棱柱體2進(jìn)行劃線定位：確定凹型拉桿1和第二鋼棒7放置位置，在混凝土棱柱體2上沿寬度方向畫出兩條第一直線；對(duì)兩條第一直線之間的混凝土棱柱體2三等分，并沿三等分線畫出第二直線，從而確定第一鋼棒3放置位置.

（2）沿縱向平行設(shè)置兩個(gè)凹型拉桿1，并將畫完線的混凝土棱柱體2橫跨于兩個(gè)凹型拉桿1的凹部11上，且使凹型拉桿1與第一直線在同一平面上。

（3）在混凝土棱柱體2上沿縱向設(shè)置第一鋼棒3，然后在第一鋼棒3上設(shè)置另一混凝土棱柱體2；采用相同方法依次疊放第一鋼棒3和混凝土棱柱體2，直至所有混凝土棱柱體2疊放完成。第一鋼棒3的設(shè)置方法為：自下而上，第（2n-1）個(gè)混凝土棱柱體與第2n個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于第二直線處，第2n個(gè)混凝土棱柱體與第（2n+1）個(gè)混凝土棱柱體之間的第一鋼棒設(shè)置于第一直線處，其中n為大于0的整數(shù)。

（4）在最上部的混凝土棱柱體2上側(cè)沿縱向設(shè)置第二鋼棒7，第二鋼棒7的設(shè)置方法為：如果混凝土棱柱體2共有偶數(shù)根，則第二鋼棒7設(shè)置于第一直線處；如果混凝土棱柱體2共有奇數(shù)根，則第二鋼棒7設(shè)置于第二直線處，且在第二鋼棒7和凹型壓緊墊圈4之間設(shè)置剛性傳力橫梁，以向第二鋼棒7傳遞凹型壓緊墊圈4施加的壓力；然后在每個(gè)凹型拉桿1兩上端部套入連接為一體的凹型壓緊墊圈4，以通過(guò)第二鋼棒7壓住最上部的混凝土棱柱體2。

（5）在每個(gè)凹型拉桿1兩上端部分別套入墊圈式壓力傳感器8、壓緊墊圈9、壓簧5和壓緊墊圈9，并旋入螺紋緊固件6向下鎖緊。

（6）將墊圈式壓力傳感器8連接至微機(jī)控制單元10，以通過(guò)墊圈式壓力傳感器8檢測(cè)壓簧5施加的荷載值大小并調(diào)整鋼棒位置；旋轉(zhuǎn)螺紋緊固件6，調(diào)節(jié)壓簧5的壓縮量，以施加設(shè)定大小的荷載。

（7）將加載完畢的整個(gè)裝置放入特定的環(huán)境試驗(yàn)箱中，進(jìn)行耐久性測(cè)試。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，在步驟（2）中，在疊放第一鋼棒3和混凝土棱柱體2前，在混凝土棱柱體2與第一鋼棒3接觸的表面上設(shè)置壓電式測(cè)力傳感器12；在步驟（3）中，在設(shè)置第二鋼棒7前，在混凝土棱柱體2與第二鋼棒7接觸的表面上也設(shè)置壓電式測(cè)力傳感器12；壓電式測(cè)力傳感器12與微機(jī)控制單元10相連接，以檢測(cè)各接觸位置的受力大?。蝗缓蟾鶕?jù)各接觸位置的受力大小，調(diào)節(jié)不同螺紋緊固件6的旋緊程度與第一鋼棒3、第二鋼棒7的位置，從而通過(guò)改變不同壓簧5的壓縮量，在混凝土棱柱體2上施加均勻的荷載；在步驟（7）中，通過(guò)微機(jī)控制單元10監(jiān)測(cè)在耐久性測(cè)試過(guò)程中混凝土棱柱體2受力的變化。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中，也可根據(jù)公式F= K* l，其中F為所需施加的荷載值，K為壓簧的彈性系數(shù)，l為壓簧的壓縮量，調(diào)節(jié)壓簧的壓縮量，從而通過(guò)調(diào)節(jié)壓簧5的壓縮量在混凝土棱柱體2上施加均勻的荷載。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。