承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)階段我國城市軌道交通、越江跨海通道工程的蓬勃發(fā)展，交通隧道工程因其交通保障性能良好、結(jié)構(gòu)相對(duì)安全等優(yōu)勢，已逐漸成為交通工程比選中的主要方案。
[0003]較之地面結(jié)構(gòu)，由于地下水土環(huán)境的復(fù)雜性，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在水土荷載和周圍侵蝕環(huán)境的聯(lián)合作用下，其襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性能將在服役一段時(shí)間后發(fā)生更大的劣化衰退:一方面，侵蝕環(huán)境特有的Cl—、Mg2+、S042—等腐蝕性離子將隨著地下水、海水等緩慢侵入隧道中，導(dǎo)致襯砌中的鋼筋過早銹蝕，使鋼筋混凝土出現(xiàn)銹蝕劣化，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂損或局部破壞;另一方面，隧道襯砌結(jié)構(gòu)需長期承受巖土體圍巖壓力和水壓力的作用，將加速材料及結(jié)構(gòu)的腐蝕劣化。也即，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在力學(xué)因素(水土荷載)和化學(xué)因素(氯鹽、酸堿鹽等有害化學(xué)物質(zhì)等)的共同作用下，會(huì)發(fā)生腐蝕劣化，導(dǎo)致其承載能力降低，使用壽命縮短。
[0004]室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)方法因可模擬實(shí)際工程腐蝕劣化環(huán)境、并結(jié)合相似理論、電化學(xué)方法，可實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)結(jié)構(gòu)腐蝕劣化全過程性能的模擬試驗(yàn)，從而為隧道的設(shè)計(jì)、維護(hù)提供試驗(yàn)依據(jù)。目前對(duì)于隧道襯砌鋼筋混凝土的加速銹蝕試驗(yàn)主要針對(duì)鋼筋混凝土試件或隧道襯砌壓彎構(gòu)件開展，通常先采用電化學(xué)方法對(duì)鋼筋混凝土試件或構(gòu)件進(jìn)行加速銹蝕，然后對(duì)銹蝕后的試件或構(gòu)件進(jìn)行加載，測試銹蝕后試件或構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、破壞情況等力學(xué)及工程特性。這種先銹蝕、后承受荷載的試驗(yàn)場景，與荷載與侵蝕共同作用、同時(shí)進(jìn)行的隧道襯砌結(jié)真實(shí)環(huán)境不符，不能反映考慮隧道襯砌結(jié)構(gòu)周圍水土荷載環(huán)境和侵蝕劣化環(huán)境聯(lián)合作用下的性能衰退演變規(guī)律。其試驗(yàn)結(jié)果作為隧道設(shè)計(jì)、維護(hù)試驗(yàn)依據(jù)的可靠性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)水土荷載環(huán)境與周圍離子侵蝕環(huán)境同時(shí)、聯(lián)合作用下的隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)，其試驗(yàn)環(huán)境與隧道襯砌結(jié)構(gòu)的真實(shí)地下環(huán)境更接近，能更準(zhǔn)確的反映真實(shí)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律，從而為隧道工程的設(shè)計(jì)、維護(hù)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的第一種技術(shù)方案是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征是:
[0007]隧道襯砌構(gòu)件下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構(gòu)件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側(cè)，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂?shù)淖蠖送ㄟ^壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0008]所述的隧道襯砌構(gòu)件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片和位移計(jì)；
[0009]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應(yīng)變片和位移計(jì)均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0010]所述的隧道襯砌構(gòu)件的頂部設(shè)有蓄水槽，所述的蓄水槽由防水材料在隧道襯砌構(gòu)件的頂部圍合形成;蓄水槽內(nèi)放置有不銹鋼網(wǎng)；
[0011]所述的不銹鋼網(wǎng)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
[0012]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的第二種技術(shù)方案是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0013]隧道襯砌構(gòu)件下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構(gòu)件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側(cè)，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂?shù)淖蠖送ㄟ^壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0014]所述的隧道襯砌構(gòu)件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片和位移計(jì)；
[0015]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應(yīng)變片和位移計(jì)均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0016]所述的隧道襯砌構(gòu)件的前側(cè)面、后側(cè)面及底面，密封包裹一層防水材料形成保水區(qū)；隧道襯砌構(gòu)件前側(cè)面、后側(cè)面的防水材料伸出隧道襯砌構(gòu)件頂部的頂緣與隧道隧道襯砌構(gòu)件頂面左側(cè)和右側(cè)的防水材料，圍合形成襯砌構(gòu)件頂部的蓄水槽;在保水區(qū)內(nèi)的隧道襯砌構(gòu)件的前側(cè)面、后側(cè)面、底面及蓄水槽的底部布設(shè)不銹鋼網(wǎng)；并在保水區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)與防水材料之間填充吸水海綿；
[0017]所述的不銹鋼網(wǎng)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
[0018]本發(fā)明試驗(yàn)裝置的工作過程和原理是:
[0019]將高強(qiáng)傳力螺紋拉桿兩端的錨固螺栓擰緊，使左加載橫梁、右加載橫梁錨固在待測的隧道襯砌構(gòu)件左右兩側(cè)的下部。將腐蝕液灌入蓄水槽中，對(duì)第一種技術(shù)方案的裝置，腐蝕液即經(jīng)隧道襯砌構(gòu)件的頂面向下滲透，在隧道襯砌構(gòu)件頂部附近形成頂面腐蝕區(qū)；對(duì)第二種技術(shù)方案的裝置則在腐蝕液即經(jīng)隧道襯砌構(gòu)件的頂面、側(cè)面、底面向隧道襯砌構(gòu)件內(nèi)部滲透，在隧道襯砌構(gòu)件周圍形成全向腐蝕區(qū)。
[0020]隨后，數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)控制液壓千斤頂向右加載橫梁施加載荷，隧道襯砌構(gòu)件下部的左右兩側(cè)即受到中軸線以下的偏心擠壓(彎矩載荷)，其載荷值的大小由壓力傳感器實(shí)時(shí)測出并反饋給數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)。同時(shí)，穩(wěn)流直流電源啟動(dòng)，直流電流依次通過穩(wěn)流直流電源的陽極、隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋、頂面腐蝕區(qū)(第一種方案)或全向腐蝕區(qū)(第二種方案)的腐蝕液，腐蝕區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)流向穩(wěn)流直流電源的陰極，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕回路，從而在承載狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道襯砌構(gòu)件的加速腐蝕試驗(yàn)。
[0021 ]在加速腐蝕試驗(yàn)過程中，應(yīng)變片和位移計(jì)實(shí)時(shí)測出隧道襯砌構(gòu)件的應(yīng)變和變形位移;并可通過鋼筋銹蝕儀測試出隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋銹蝕劣化程度，通過超聲無損探測儀探測出構(gòu)件內(nèi)部的損傷演化過程，通過裂縫深度寬度測試儀記錄待加載腐蝕構(gòu)件裂縫開展變化過程。試驗(yàn)完成后，通過對(duì)載荷值、腐蝕液種類、應(yīng)變、位移、鋼筋銹蝕程度、裂縫開展變化的分析、處理即可得出隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律，從而為隧道工程的設(shè)計(jì)、維護(hù)提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]由螺紋拉桿，左、右加載橫梁，自反力梁和液壓千斤頂組成的加載裝置通過由彎矩、軸力導(dǎo)入的方式，對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行可控加載，真實(shí)地模擬運(yùn)營期隧道襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。同時(shí)，由穩(wěn)流直流電源、頂面腐蝕區(qū)或全向腐蝕區(qū)的腐蝕液，腐蝕液內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)及隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋組成的電化學(xué)加速腐蝕系統(tǒng)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加速腐蝕劣化。應(yīng)變片、位移計(jì)、壓力傳感器等實(shí)時(shí)測出隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變、變形位移等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)。
[0024]總之。本發(fā)明的試驗(yàn)環(huán)境為荷載、侵蝕共同作用的環(huán)境，它與隧道襯砌結(jié)構(gòu)真實(shí)的地下環(huán)境更接近，能更準(zhǔn)確的反映真實(shí)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律;從而能為隧道工程的設(shè)計(jì)、維護(hù)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0026