用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载装置及方法与流程

本发明涉及混凝土耐久性测试技术领域，特别涉及一种用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载装置及方法。

背景技术：

传统的用于研究混凝土耐久性问题时施加荷载的试验装置及加载方法，或由于加载范围太小，或由于加载装置本身结构复杂且设计不合理，或由于加载精度不佳及加载不均匀，或由于加载装置易于锈蚀，造成加载装置及相应的加载方法适用性差，得出的试验数据不准确，大大影响了试验结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载装置及方法，该装置及方法结构设计合理、简单，加载均匀、准确，加载效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载装置，包括沿纵向设置于左、右两侧的两个凹型拉杆，至少两个混凝土棱柱体自下而上依次叠放并横跨于两个凹型拉杆的凹部上，上、下两相邻的混凝土棱柱体之间沿纵向设置有两根第一钢棒，每个凹型拉杆两上端部分别自下而上依次套设有凹型压紧垫圈、垫圈式压力传感器、压簧和螺纹紧固件，所述凹型压紧垫圈与最上部的混凝土棱柱体之间沿纵向设置有第二钢棒，以在所述螺纹紧固件向下锁紧时，压簧经垫圈式压力传感器、凹型压紧垫圈、第二钢棒向混凝土棱柱体准确施加荷载。

进一步的，在所述压簧的上下端均设有压紧垫圈，以保证压簧垂直均匀压缩，传力均匀；套设于凹型拉杆两上端部的凹型压紧垫圈连接为一体，以保证凹型拉杆两个竖向杆件之间的间距及凹型拉杆的垂直性。

进一步的，自下而上，第（2n-1）个混凝土棱柱体与第2n个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于两个凹型拉杆所在平面之间的三等分处，第2n个混凝土棱柱体与第（2n+1）个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于两个凹型拉杆所在平面上，其中n为大于0的整数；如果混凝土棱柱体共有偶数根，则所述第二钢棒设置于所述凹型拉杆所在平面上，如果混凝土棱柱体共有奇数根，则所述第二钢棒设置于两个凹型拉杆所在平面之间的三等分处，且所述第二钢棒和凹型压紧垫圈之间设有刚性传力横梁，以向所述第二钢棒传递所述凹型压紧垫圈施加的压力。

进一步的，所述垫圈式压力传感器与微机控制单元相连接，以检测压簧施加的荷载值，确保混凝土棱柱体所受的荷载值满足要求。

进一步的，所述混凝土棱柱体在与同一第一钢棒或第二钢棒接触的表面上设置有至少两个压电式测力传感器，且所述压电式测力传感器沿纵向均布于所述混凝土棱柱体与同一第一钢棒或第二钢棒接触的表面上，所述压电式测力传感器与微机控制单元相连接，以检测各接触位置的受力大小是否一致，从而校正第一钢棒和第二钢棒的位置。

进一步的，所述凹型拉杆由圆柱形钢棒弯折形成。

本发明还提供了一种用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载方法，包括以下步骤：

（1）将养护到规定龄期的混凝土棱柱体进行划线定位：确定凹型拉杆和第二钢棒放置位置，在混凝土棱柱体上沿宽度方向画出两条第一直线；对两条第一直线之间的混凝土棱柱体三等分，并沿三等分线画出第二直线，从而确定第一钢棒放置位置；

（2）沿纵向平行设置两个凹型拉杆，并将画完线的混凝土棱柱体横跨于两个凹型拉杆的凹部上，且使凹型拉杆与第一直线在同一平面上；

（3）在所述混凝土棱柱体上沿纵向设置第一钢棒，然后在所述第一钢棒上设置另一混凝土棱柱体；采用相同方法依次叠放第一钢棒和混凝土棱柱体，直至所有混凝土棱柱体叠放完成；所述第一钢棒的设置方法为：自下而上，第（2n-1）个混凝土棱柱体与第2n个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于所述第二直线处，第2n个混凝土棱柱体与第（2n+1）个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于所述第一直线处，其中n为大于0的整数；

（4）在最上部的混凝土棱柱体上侧沿纵向设置第二钢棒，所述第二钢棒的设置方法为：如果混凝土棱柱体共有偶数根，则所述第二钢棒设置于所述第一直线处；如果混凝土棱柱体共有奇数根，则所述第二钢棒设置于所述第二直线处，且在所述第二钢棒和凹型压紧垫圈之间设置刚性传力横梁，以向所述第二钢棒传递所述凹型压紧垫圈施加的压力；然后在每个凹型拉杆两上端部套入连接为一体的凹型压紧垫圈，以通过所述第二钢棒压住最上部的混凝土棱柱体；

（5）在每个凹型拉杆两上端部分别套入垫圈式压力传感器、压紧垫圈、压簧和压紧垫圈，并旋入螺纹紧固件向下锁紧；

（6）将所述垫圈式压力传感器连接至微机控制单元，以通过所述垫圈式压力传感器检测压簧施加的荷载值大小并调整钢棒位置；旋转螺纹紧固件，调节压簧的压缩量，以施加设定大小的荷载；

（7）将加载完毕的整个装置放入特定的环境试验箱中，进行耐久性测试。

进一步的，在步骤（2）中，在叠放所述第一钢棒和混凝土棱柱体前，在所述混凝土棱柱体与第一钢棒接触的表面上设置压电式测力传感器；在步骤（3）中，在设置第二钢棒前，在所述混凝土棱柱体与第二钢棒接触的表面上也设置压电式测力传感器；所述压电式测力传感器与微机控制单元相连接，以检测各接触位置的受力大小；然后根据各接触位置的受力大小，调节不同螺纹紧固件的旋紧程度与钢棒位置，在混凝土棱柱体上施加均匀的荷载，使得可以测试到混凝土纯压或纯拉状态下的耐久性。。

进一步的，在步骤（7）中，通过所述微机控制单元监测在耐久性测试过程中混凝土棱柱体受力的变化。

进一步的，在步骤（6）中，根据公式F= K* l，其中F为所需施加的荷载值，K为压簧的弹性系数，l为压簧的压缩量，调节压簧的压缩量，从而通过调节压簧的压缩量在混凝土棱柱体上施加均匀的荷载。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过测力传感器的检测或调节压簧的压缩量，实现压簧的精确压缩位移，做到准确的位移加载；由于耐久性试验中需要考虑长期初始荷载如抗碳化、抗氯离子渗透等试验，该加载装置及方法原理简明，操作简便，成本低廉，重复使用率高，体积小巧，由于温度引起的误差很小，加载效果明显，达到自身的自平衡，可以满足短期内大批量的耐久性试验；本发明加载系统性能可靠，在整个试验过程中基本没有出现应力松驰的现象。

附图说明

图1是本发明一实施例的加载装置结构正视示意图。

图2是图1对应的结构侧视示意图。

图3是本发明另一实施例的加载装置结构正视示意图。

图4是本发明实施例中垫圈式压力传感器、压电式测力传感器与微机控制单元的电路连接示意图。

图中：1-凹型拉杆，2-混凝土棱柱体，3-第一钢棒，4-凹型压紧垫圈，5-压簧，6-螺纹紧固件，7-第二钢棒，8-垫圈式压力传感器，9-压紧垫圈，10-微机控制单元，11-凹型拉杆的凹部，12-压电式测力传感器，13-刚性传力横梁。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、2所示，本发明用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载装置，包括沿纵向设置于左、右两侧的两个凹型拉杆1，至少两个混凝土棱柱体2自下而上依次叠放并横跨于两个凹型拉杆1的凹部11上，上、下两相邻的混凝土棱柱体2之间沿纵向设置有两根第一钢棒3，每个凹型拉杆1两上端部分别自下而上依次套设有凹型压紧垫圈4、垫圈式压力传感器8、压簧5和螺纹紧固件6，凹型压紧垫圈4与最上部的混凝土棱柱体2之间沿纵向设置有第二钢棒7，以在螺纹紧固件6向下锁紧时，压簧5经垫圈式压力传感器8、凹型压紧垫圈4、第二钢棒7向混凝土棱柱体2准确施加荷载。

其中，第一钢棒3和第二钢棒7的设置方法为：自下而上，第（2n-1）个混凝土棱柱体与第2n个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于两个凹型拉杆所在平面之间的三等分处，第2n个混凝土棱柱体与第（2n+1）个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于两个凹型拉杆所在平面上，其中n为大于0的整数。如果混凝土棱柱体2共有偶数根，则第二钢棒7设置于凹型拉杆1所在平面上。如图3所示，如果混凝土棱柱体2共有奇数根，则第二钢棒7设置于两个凹型拉杆1所在平面之间的三等分处，此时在第二钢棒7和凹型压紧垫圈4之间设置刚性传力横梁13，以向第二钢棒7传递凹型压紧垫圈4施加的压力。在本发明较佳实施例中，考虑到刚性传力横梁的造价问题，将混凝土棱柱体的个数限制为偶数个，以免除刚性传力横梁。

在本实施例中，在压簧5的上下端均设有压紧垫圈9，以保证压簧5垂直均匀压缩，传力均匀；套设于凹型拉杆1两上端部的凹型压紧垫圈4连接为一体，以保证凹型拉杆1两个竖向杆件之间的间距及凹型拉杆的垂直性。

为了提高加载的精确性和均匀性，如图4所示，垫圈式压力传感器8与微机控制单元10相连接，以检测压簧5施加的荷载值，确保混凝土棱柱体2所受的荷载值满足要求。此外，混凝土棱柱体2在与第一钢棒3或第二钢棒7接触的表面上设置有压电式测力传感器12。较佳地，混凝土棱柱体2在与同一第一钢棒3或第二钢棒7接触的表面上设置有至少两个压电式测力传感器12，且压电式测力传感器12沿纵向均布于混凝土棱柱体2与同一第一钢棒3或第二钢棒7接触的表面上。如图4所示，压电式测力传感器12也与微机控制单元9相连接，以检测各接触位置的受力大小是否一致，从而校正第一钢棒和第二钢棒的位置，确保在上述两条三等分线（即下述的第二直线）之间的混凝土所受荷载为纯压或纯拉。

由于混凝土耐久性测试环境相对湿度基本在80%以上，或为NaCl或Na₂SO₄溶液盐雾环境，甚至是要求将构件浸泡在NaCl或Na₂SO₄溶液中的，所以对本发明加载装置及其检测设备均有防潮及防锈蚀要求。在本实施例中，垫圈式压力传感器8与压电式测力传感器12均为防腐防潮式传感器，以适应混凝土耐久性测试环境。本发明加载装置的材质均为经过特殊防锈蚀处理过的钢构件或不锈钢材质，以适应不同的试验测试环境，保证试验数据的可靠性。

在本实施例中，凹型拉杆1由圆柱形钢棒弯折形成，以保证加载。两相邻第一钢棒3之间的距离与第一钢棒3到凹型拉杆1所在平面的距离相等。第一钢棒3的直径为25mm。压簧5为汽车用模具弹簧，所述汽车用模具弹簧可承受30万次循环加载，根据汽车用模具弹簧的弹性系数（定数）和胡克定律计算汽车用模具弹簧的压缩值，精确到mm，可以控制加载力的大小。

本发明还提供了一种用于荷载耦合作用下混凝土耐久性试验的加载方法，包括以下步骤：

（1）将养护到规定龄期的混凝土棱柱体2进行划线定位：确定凹型拉杆1和第二钢棒7放置位置，在混凝土棱柱体2上沿宽度方向画出两条第一直线；对两条第一直线之间的混凝土棱柱体2三等分，并沿三等分线画出第二直线，从而确定第一钢棒3放置位置.

（2）沿纵向平行设置两个凹型拉杆1，并将画完线的混凝土棱柱体2横跨于两个凹型拉杆1的凹部11上，且使凹型拉杆1与第一直线在同一平面上。

（3）在混凝土棱柱体2上沿纵向设置第一钢棒3，然后在第一钢棒3上设置另一混凝土棱柱体2；采用相同方法依次叠放第一钢棒3和混凝土棱柱体2，直至所有混凝土棱柱体2叠放完成。第一钢棒3的设置方法为：自下而上，第（2n-1）个混凝土棱柱体与第2n个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于第二直线处，第2n个混凝土棱柱体与第（2n+1）个混凝土棱柱体之间的第一钢棒设置于第一直线处，其中n为大于0的整数。

（4）在最上部的混凝土棱柱体2上侧沿纵向设置第二钢棒7，第二钢棒7的设置方法为：如果混凝土棱柱体2共有偶数根，则第二钢棒7设置于第一直线处；如果混凝土棱柱体2共有奇数根，则第二钢棒7设置于第二直线处，且在第二钢棒7和凹型压紧垫圈4之间设置刚性传力横梁，以向第二钢棒7传递凹型压紧垫圈4施加的压力；然后在每个凹型拉杆1两上端部套入连接为一体的凹型压紧垫圈4，以通过第二钢棒7压住最上部的混凝土棱柱体2。

（5）在每个凹型拉杆1两上端部分别套入垫圈式压力传感器8、压紧垫圈9、压簧5和压紧垫圈9，并旋入螺纹紧固件6向下锁紧。

（6）将垫圈式压力传感器8连接至微机控制单元10，以通过垫圈式压力传感器8检测压簧5施加的荷载值大小并调整钢棒位置；旋转螺纹紧固件6，调节压簧5的压缩量，以施加设定大小的荷载。

（7）将加载完毕的整个装置放入特定的环境试验箱中，进行耐久性测试。

在本发明较佳实施例中，在步骤（2）中，在叠放第一钢棒3和混凝土棱柱体2前，在混凝土棱柱体2与第一钢棒3接触的表面上设置压电式测力传感器12；在步骤（3）中，在设置第二钢棒7前，在混凝土棱柱体2与第二钢棒7接触的表面上也设置压电式测力传感器12；压电式测力传感器12与微机控制单元10相连接，以检测各接触位置的受力大小；然后根据各接触位置的受力大小，调节不同螺纹紧固件6的旋紧程度与第一钢棒3、第二钢棒7的位置，从而通过改变不同压簧5的压缩量，在混凝土棱柱体2上施加均匀的荷载；在步骤（7）中，通过微机控制单元10监测在耐久性测试过程中混凝土棱柱体2受力的变化。

在本发明另一实施例中，也可根据公式F= K* l，其中F为所需施加的荷载值，K为压簧的弹性系数，l为压簧的压缩量，调节压簧的压缩量，从而通过调节压簧5的压缩量在混凝土棱柱体2上施加均匀的荷载。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。