结构载荷与气候耦合环境模拟实验室的制作方法

本发明涉及钢筋混凝土性能实验装置技术领域，具体而言，涉及结构载荷与气候耦合环境模拟实验室。

背景技术

建筑结构载荷耐久性能的优劣往往决定着工程结构的服役行为和寿命。20世纪90年代初，国外有大量建筑工程因建筑结构载荷耐久性问题而丧失使用功能，带来巨额经济损失，全世界每年用于工程修复和重建费用高达数千亿美元。我国当时正处在高速发展时期，一批重点工程正在兴建和筹划，每年建筑材料用量巨大，提高建筑结构载荷耐久性，在我国同样重要和紧迫。

建筑结构的服役环境复杂多变，任何单一的环境因素或力学荷载都可能造成建筑结构设计性能的降低，而多种因素的协同作用会使这一过程变得更加错综复杂和难以预测。

多环境耦合作用的破坏速度和程度远大于单一因素作用。原有的基于单一环境因素的耐久性评价和寿命预测方法并不安全，建筑结构在服役时存在达不到设计年限、提前遭到破坏的风险。

要想在建筑结构耐久性的破坏机理及评价上有所突破，科学设备的开发与方法必须有所突破。然而，目前的研究仍存在力学加载不够稳定，测试参数单一、精度低、不连续，测试过程受人为因素影响，关键性能不稳定，设备无法实现工业化生产等问题。与此同时，随着建筑结构工程的设计理论、材料性能及施工水平的不断进步，工程的设计寿命也在不断延长，但工程设计寿命能否在恶劣的自然环境与长期存在的力学荷载的共同考验下实现，亟须建立相关的工程实际状态的结构荷载与环境耦合作用实验室进行评估。

因此，提供一种能够进行多环境耦合实验的结构载荷与气候耦合环境模拟实验室成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构载荷与气候耦合环境模拟实验室，以缓解现有技术中无法进行多环境耦合实验的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种结构载荷与气候耦合环境模拟实验室，包括控制系统、实验室舱体、力学模拟组件和自然环境模拟系统；

所述力学模拟组件和所述自然环境模拟系统均与所述控制系统连接；

所述力学模拟组件和所述自然环境模拟系统均与所属实验室舱体连接；

所述力学模拟组件包括用于对待测工件施压的反力架、用于承载待测工件的承重基座、用于测量所述反力架位移距离的位移传感器和用于测量所述反力架对待测工件施加压力的测力传感器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统包括用于改变所述实验室舱体内温度的温度模拟组件；

所述温度模拟组件包括制冷机构和加热机构；

所述制冷机构包括制冷机组、表冷器、内循环风机和温度传感器；

所述加热机构包括加热器、内循环风机和所述温度传感器；

所述温度传感器与所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统包括用于改变所述实验室舱体内湿度的湿度模拟组件；

所述湿度模拟组件包括超声波加湿器、纯水机组和湿度传感器；

所述湿度传感器与所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括用于改变所述实验室舱体内风速的风速模拟组件；

所述风速模拟组件包括模拟风机、变频器、整流罩、蜂窝器和风速传感器；

所述风速传感器与所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括用于在所述实验室舱体内模拟降雨的降雨模拟组件；

所述降雨模拟组件包括纯水机、泵、变频器、喷淋喷头和雨量传感器；

所述雨量传感器与所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括用于在所述实验室舱体内模拟降雪的降雪模拟组件；

所述降雪模拟组件包括制冷系统、纯水机组、板式换热器、压缩空气、降雪喷头。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括紫外辐射模拟组件；

所述紫外辐射模拟组件包括紫外灯、红外灯支架和紫外传感器；

所述紫外传感器与所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括co2气体模拟系统组件；

所述co2气体模拟系统组件包括co2气体罐、减压阀、co2传感器和内循环风机；

所述co2传感器所述控制系统连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括盐雾模拟组件；

所述盐雾模拟组件包括盐雾水箱、泵、变频器和盐雾喷头。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，上述自然环境模拟系统还包括盐类浸泡模拟组件；

所述盐类浸泡模拟组件包括盐类浸泡池。

有益效果：

本发明实施例提供了一种结构载荷与气候耦合环境模拟实验室，包括控制系统、实验室舱体、力学模拟组件和自然环境模拟系统；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与控制系统连接；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与所属实验室舱体连接；力学模拟组件包括用于对待测工件施压的反力架、用于承载待测工件的承重基座、用于测量反力架位移距离的位移传感器和用于测量反力架对待测工件施加压力的测力传感器。通过力学模拟组件和自然环境模拟系统能够模拟实际的气候耦合环境，同时模拟力学重复加载作用，通过控制环境的高低温、湿度、风速、淋雨、降雪、盐雾、紫外辐射、co2气体模拟实际工程环境。于实验过程中检测钢筋混凝土实验件的载荷、锈蚀率、耐久性变化过程，研究钢筋混凝土在气候耦合环境和重复载荷作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的结构载荷与气候耦合环境模拟实验室的结构示意图。

图标：1－控制系统；2－实验室舱体；3－反力架；4－浸泡池；5－制冷机组；6－表冷器；7－加热器；8－内循环风机；9－预冷水箱；10－超声波加湿器；11－纯水机组；12－淋雨喷头；13－板式换热器；14－降雪喷头；15－盐雾水箱；16－盐雾喷头；17－空压机；18－浸泡系统；19－紫外灯；20－co2气体罐；21－温度传感器；22－湿度传感器；23－风速传感器；24－co2传感器；25－雨量传感器；26－位移传感器；27－测力传感器；28－紫外传感器；29－实验件；30－基座；31－模拟风机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参考图1所示：

本发明实施例提供了一种结构载荷与气候耦合环境模拟实验室，包括控制系统1、实验室舱体2、力学模拟组件和自然环境模拟系统；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与控制系统1连接；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与所属实验室舱体2连接；力学模拟组件包括用于对待测工件施压的反力架3、用于承载待测工件的承重基座30、用于测量反力架3位移距离的位移传感器26和用于测量反力架3对待测工件施加压力的测力传感器27。

本发明实施例提供了一种结构载荷与气候耦合环境模拟实验室，包括控制系统1、实验室舱体2、力学模拟组件和自然环境模拟系统；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与控制系统1连接；力学模拟组件和自然环境模拟系统均与所属实验室舱体2连接；力学模拟组件包括用于对待测工件施压的反力架3、用于承载待测工件的承重基座30、用于测量反力架3位移距离的位移传感器26和用于测量反力架3对待测工件施加压力的测力传感器27。通过力学模拟组件和自然环境模拟系统能够模拟实际的气候耦合环境，同时模拟力学重复加载作用，通过控制环境的高低温、湿度、风速、淋雨、降雪、盐雾、紫外辐射、co2气体模拟实际工程环境。于实验过程中检测钢筋混凝土实验件29的载荷、锈蚀率、耐久性变化过程，研究钢筋混凝土在气候耦合环境和重复载荷作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统包括用于改变实验室舱体2内温度的温度模拟组件；温度模拟组件包括制冷机构和加热机构；制冷机构包括制冷机组5、表冷器6、内循环风机8和温度传感器21；加热机构包括加热器7、内循环风机8和温度传感器21；温度传感器21与控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统包括用于改变实验室舱体2内湿度的湿度模拟组件；湿度模拟组件包括超声波加湿器10、纯水机组11和湿度传感器22；湿度传感器22与控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括用于改变实验室舱体2内风速的风速模拟组件；风速模拟组件包括模拟风机31、变频器、整流罩、蜂窝器和风速传感器23；风速传感器23与控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括用于在实验室舱体2内模拟降雨的降雨模拟组件；降雨模拟组件纯水机、泵、变频器、喷淋喷头和雨量传感器25；雨量传感器25与控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括用于在实验室舱体2内模拟降雪的降雪模拟组件；降雪模拟组件包括制冷系统、纯水机组11、板式换热器13、压缩空气、降雪喷头14。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括紫外辐射模拟组件；紫外辐射模拟组件包括紫外灯19、红外灯支架和紫外传感器28；紫外传感器28与控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括co2气体模拟系统组件；co2气体模拟系统组件包括co2气体罐20、减压阀、co2传感器24和内循环风机8；co2传感器24控制系统1连接。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括盐雾模拟组件；盐雾模拟组件包括盐雾水箱15、泵、变频器和盐雾喷头16。

本实施例的可选方案中，自然环境模拟系统还包括盐类浸泡模拟组件；盐类浸泡模拟组件包括盐类浸泡池4。

本发明实施例的技术方案包括：控制系统1、环境模拟舱体、反力架3、盐类浸泡池4、制冷机组5、表冷器6、电加热、内循环风机8、预冷水箱9、超声波加湿器10、纯水机组11、淋雨喷头12、板式换热器13、降雪喷头14、盐雾水箱15、盐雾喷头16、空压机17、浸泡系统18、紫外灯19、co2气体罐20、温度传感器21、湿度传感器22、风速传感器23、co2传感器24、雨量传感器25、位移传感器26、测力传感器27、紫外传感器28、实验件29、基座30、模拟风机31。钢筋混凝土实验件29上部的反力架3位于舱体外部顶端，其反力支架的缸体可由舱体顶部伸入到舱体内部实验件29表面；控制系统1、制冷机组5、电加热、内循环风机8、预冷水箱9、超声波加湿器10、纯水机组11、板式换热器13、盐雾水箱15、空压机17、co2气体罐20、位于实验室外壁；浸泡池4、表冷器6、淋雨喷头12、降雪喷头14、盐雾喷头16、紫外灯19、温度传感器21、湿度传感器22、风速传感器23、co2传感器24、雨量传感器25、位移传感器26、测力传感器27、紫外传感器28、模拟风机31位于实验室内部。

具体的，如果要实施模拟结构载荷+低温+湿度实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启制冷机组5、表冷器6、纯水机组11、超声波加湿器10、内循环风机8，可研究结构载荷+低温+湿度共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+高温+湿度实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启加热器7、纯水机组11、超声波加湿器10、内循环风机8，可研究结构载荷+高温+湿度共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+吹风+降雪耦合实验：将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启制冷机组5、表冷器6、内循环风机8，首先降低实验舱体部温度在0℃以下。在开启纯水机组11出来的纯净水经过板式换热器13大约降低到2－3℃，在通过降雪喷头14喷入到实验室舱体2内发生相变，以实现降雪过程。同时开启模拟风机31，可研究结构载荷+吹风+降雪耦合实验共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+紫外辐射+co2耦合实验：将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启紫外灯19和co2气体罐20，通过调整紫外灯19的开闭数量和co2气体释放速度，可研究结构载荷+紫外辐射+co2耦合实验共同作用下对实验件29的影响

如果要实施模拟结构载荷+淋雨+co2耦合实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启纯水机组11、淋雨喷头12和co2气体罐20，通过调整淋雨泵的转速和co2气体释放速度，可研究结构载荷+淋雨+co2耦合实验对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+co2+盐雾耦合实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启盐雾水箱15、盐雾喷头16和co2气体罐20，通过调整盐雾泵的转速和co2气体释放速度，可研究结构载荷+co2+盐雾耦合实验。

如果要实施模拟结构载荷+降雪+盐雾+吹风耦合实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启制冷机组5、表冷器6、内循环风机8，首先降低实验舱体部温度在0℃以下。在开启纯水机组11出来的纯净水经过板式换热器13大约降低到2－3℃，在通过降雪喷头14喷入到实验室舱体2内发生相变，以实现降雪过程。同时开启模拟风机31、盐雾水箱15和盐雾喷头16，通过调整模拟风机31电机转速和盐雾泵转速，可研究结构载荷+降雪+盐雾+吹风耦合实验共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+淋雨+吹风耦合实验；将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。同时开启纯水机组11和降雨喷头，模拟风机31，通过调整降雨水泵和模拟风机31的转速，可研究结构载荷+淋雨+吹风耦合实验共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+太阳辐射+co2+吹风耦合实验：将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。同时开启紫外灯19、co2气体罐20和模拟风机31，通过调整紫外灯19开启数量，co2气体释放速度和模拟风机31点击转速，可研究结构载荷+淋雨+吹风耦合实验共同作用下对实验件29的影响。

如果要实施模拟结构载荷+降雪+盐雾+co2+吹风耦合实验：将钢筋混凝土实验件29放置于实验室地板承重基座30上，反力架3放置于钢筋混凝土实验件29的正上方，通过调整反力架3缸体升降位置，可调整反力支架对实验件29施加力的大小。开启制冷机组5、表冷器6、内循环风机8，首先降低实验舱体部温度在0℃以下。在开启纯水机组11出来的纯净水经过板式换热器13大约降低到2－3℃，在通过降雪喷头14喷入到实验室舱体2内发生相变，以实现降雪过程。同时开启模拟风机31并调整电机转速以调整风速。开启co2气体罐20通过调整释放气体速度大小以控制实验室内的co2浓度。盐雾水箱15和盐雾喷头16通过调整盐雾泵转速以实现实验室不同盐雾量的要求。可研究结构载荷+降雪+盐雾+co2+吹风耦合实验共同作用下对实验件29的影响。

本发明实施例提供的装置不受实验件29种类、材质的限制，不仅能满足钢筋混凝土实验件29的实验需求，同时也能满足任意尺寸、形状、材质、任意荷载比的加载需要；

可以直接对钢筋混凝土实验件29(即不卸掉使用荷载的情况下)进行连续的应力－应变、荷载－挠度、剩余承载力等力学性能测试，能够真实反映荷载和环境耦合作用对各种结构全寿命服役性能和剩余承载力的影响，充分保证试验结果揭示各种结构的全过程破坏机理和反映结构在实际工作状态下的损伤失效过程。

集于多种不同环境模拟为一体的实验室，解决了单一环境参数对实验研究的弊端，为科学实验的准确性提供一定帮助。

集于多种不环境模拟为一体的实验室，整体结构紧凑，相对成本较低。

本发明实施例提供的结构载荷与气候耦合环境模拟实验室能够模拟实际的气候耦合环境，同时模拟力学重复加载作用，通过控制环境的高低温、湿度、风速、淋雨、降雪、盐雾、紫外辐射、co2气体模拟实际工程环境。于实验过程中检测钢筋混凝土实验件29的载荷、锈蚀率、耐久性变化过程，研究钢筋混凝土在气候耦合环境和重复载荷作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。