一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置。所述钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置包括通过立柱支撑且水平设置的限位板，固定在限位板上用于模拟干湿循环环境的腐蚀箱，该腐蚀箱内用于安放钢筋混凝土和腐蚀介质，所述限位板中部开有供钢筋混凝土的钢筋自由端穿过的通孔，且在通孔处设有防渗装置，在限位板下方或腐蚀箱上方设有使钢筋混凝土的钢筋自由端轴向下拉的疲劳拉压装置；所述腐蚀箱内设有导电片，该导电片和钢筋混凝土的钢筋分别通过相应的导线与直流电流仪电连接。本实用新型可以模拟有害离子侵蚀与疲劳耦合作用下材料的耐久性试验。
【专利说明】
一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀絹合试验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，属于工程结构耐久性领域。
【背景技术】
[0002]钢筋混凝土结构长期暴露在具有腐蚀介质的恶劣环境中，在有害离子的侵蚀下，不仅使得钢筋有效面积减小及力学性能的劣化，还将导致钢筋与混凝土间粘结性能的减弱，最终导致混凝土结构耐久性能的降低。而研究钢筋混凝土的粘结性能在锈蚀及疲劳荷载耦合作用下的疲劳性能是正确评价并延长疲劳荷载下钢筋混凝土构件使用寿命的基本前提。
[0003]针对钢筋与混凝土粘结性能在腐蚀和疲劳耦合作用下的疲劳性能，由于加载装置的限制，目前多采用分步作用进行研究。首先对构件进行腐蚀，待其达到规定锈蚀程度后，再对其粘结疲劳性能进行研究;或者先对构件进行一定次数的疲劳试验，然后再进行腐蚀试验，最后对其粘结性能进行研究。以上研究方法存在如下2个问题:
[0004]1、钢筋锈蚀过程先于施加试验荷载，而在实际工程中，锈蚀是在结构受荷过程中发生的，两种影响共同作用可能会加速结构的劣化。
[0005]2、在锈蚀过程中，疲劳荷载与锈蚀对钢筋与混凝土粘结疲劳强度的不利影响没有考虑，疲劳荷载与锈蚀的共同作用都是影响钢筋与混凝土粘结疲劳强度的因素，鉴于使用中的钢筋混凝土结构都是负载工作的，需要考虑疲劳荷载及锈蚀对粘结疲劳强度的影响。硬件条件的限制也是导致耦合作用无法深入开展的主要原因。
【实用新型内容】
[0006]为了克服现有装置无法实现钢筋混凝土构件腐蚀与拉拔同步作用的缺陷的不足，本实用新型旨在提供一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，该试验装置可以有效模拟钢筋混凝土在腐蚀介质和拉拔疲劳耦合作用下的拉拔及疲劳试验。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:
[0008]—种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其结构特点是，包括通过立柱支撑且水平设置的限位板，固定在限位板上用于模拟干湿循环环境的腐蚀箱，该腐蚀箱内用于安放钢筋混凝土和腐蚀介质，所述限位板中部开有供钢筋混凝土的钢筋自由端穿过的通孔，且在通孔处设有防渗装置，在限位板下方或腐蚀箱上方设有使钢筋混凝土的钢筋自由端轴向下拉的疲劳拉压装置;所述腐蚀箱内设有导电片，该导电片和钢筋混凝土的钢筋分别通过相应的导线与直流电流仪电连接。
[0009]由此，通过同时对钢筋混凝土粘结段进行拉拔疲劳与腐蚀耦合试验，既可模拟钢筋混凝土构件的轴向疲劳加载，又可模拟钢筋混凝土的拉拔试验，同时可模拟干湿循环及浸没等腐蚀环境，可以广泛用于混凝土结构及材料的耐久性研究。
[0010]根据本实用新型的实施例，还可以对本实用新型作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案:
[0011]优选地，根据本实用新型的实施例，所述疲劳拉压装置包括固定在横梁上的疲劳加载装置，水平布置的压板，连接柱和底板;所述横梁由支撑柱支撑，且该横梁位于压板上方;所述压板和底板通过穿过限位板的连接柱固定相连，所述疲劳加载装置的压头与所述压板压力接触，所述底板与所述钢筋混凝土的钢筋自由端固定相连;所述腐蚀箱位于限位板与压板之间。由此，启动疲劳加载装置，设置疲劳荷载的循环次数、应力比、应力水平、加载频率后，疲劳加载装置的压力通过压板传递给底板，底板下移从而沿轴向下拉所述钢筋混凝土的钢筋自由端，达到疲劳加载的目的，实现了弯压疲劳荷载向拉伸疲劳荷载的转变。
[0012]作为一种固定的具体方式，所述底板上开有底板孔，钢筋混凝土的钢筋自由端穿过底板孔后通过夹片锚固在所述底板上。
[0013]为了使钢筋自由端所受的拉应力更加均匀，所述连接柱为多根，且多根连接柱的底端均匀设置在底板与钢筋自由端固定连接处的四周。
[0014]作为另一种替换形式，所述疲劳拉压装置为设置在限位板下方的拉伸机，该拉伸机的拉伸端与所述钢筋混凝土的钢筋自由端固定相连。由此，直接在钢筋混凝土的钢筋自由端下方通过拉伸机直接轴向下拉钢筋自由端。
[0015]优选地，为了更好地模拟干湿循环环境，所述腐蚀箱通过阀门分割为储液箱和浸泡箱上下两层，且储液箱和浸泡箱之间通过带栗的导管连通;所述导电片设置在浸泡箱内。
[0016]为了方便控制储液箱和浸泡箱之间的通闭，所述阀门包括带孔的金属阀板，通过弹簧固定在阀板上下表面上的两个电磁铁;两个电磁铁中，一个电磁铁设置在阀板的孔的正上方，另一个电磁铁设置在阀板的孔的正下方。
[0017]为了更好地模拟干湿循环环境，所述栗与一计时装置相连。
[0018]优选地，所述防渗装置为防渗活塞，该防渗活塞包括可滑动钢圈、紧密连接在钢圈内外侧的弹性橡胶，以及连接在弹性橡胶上的弹簧。
[0019]利用上述钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置对钢筋混凝土进行耦合试验的方法包括如下步骤:
[0020]S1、安装好钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置后，将钢筋混凝土置放于腐蚀箱内，同时使钢筋混凝土的钢筋自由端穿过腐蚀箱底部及限位板的通孔，并固定好防渗装置；
[0021]S2、将导线分别与钢筋和导电板连接，钢筋作为阳极、导电板作为阴极分别接入直流电流仪；
[0022]S3、将配置好的腐蚀溶液装入腐蚀箱内，并开启腐蚀循环系统对钢筋混凝土进行腐蚀，同时启动疲劳拉压装置轴向下拉钢筋，模拟对钢筋混凝土的疲劳与腐蚀的耦合作用。
[0023]由此，按照由下而上的顺序拼接固定试验装置，然后钢筋混凝土试件置放于腐蚀箱中部，使得钢筋自由端穿过腐蚀箱底部及限位板中部的孔洞，并将钢筋自由端用夹片锚固于钢板二中部。待防渗活塞固定好后，将导线分别与钢筋和不锈钢板连接，钢筋作为阳极、不锈钢板作为阴极分别接入直流电流仪;开启储液箱阀门，将配置好的腐蚀溶液装入浸泡箱，关闭储液箱阀门。最后在疲劳加载控制器上输入疲劳荷载大小、加载频率;开始加载的同时，开启腐蚀循环系统，以模拟疲劳与腐蚀的耦合作用。
[0024]总之，本实用新型既可模拟钢筋混凝土粘结段的腐蚀与疲劳同步加载，也可模拟钢筋混凝土拉伸疲劳单独加载，可有效模拟两种材料的真实服役状态;本实用新型可以模拟有害离子侵蚀与疲劳耦合作用下材料的耐久性试验。
[0025]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0026]1、本实用新型结构简单，便于拆卸和拼装，荷载转换装置的设置实现了弯压疲劳荷载向拉伸疲劳荷载的转变；
[0027]2、既可模拟钢筋混凝土构件的轴向疲劳加载，又可模拟钢筋混凝土的拉拔试验；
[0028]3、可模拟干湿循环及浸没等腐蚀环境，可以广泛用于混凝土结构及材料的耐久性研究。此外本实用新型的各控制操作均在控制系统上进行，具有智能控制程度高，操作简单等优点。
[0029]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
【附图说明】
[0030]图1是本实用新型一个实施例的结构原理图；
[0031]图2为图1的俯视图；
[0032]图3为本发名的腐蚀循环系统结构示意图；
[0033]图4为本实用新型的腐蚀循环系统自动阀门结构示意图；
[0034]图5为图4的俯视图；
[0035]图6为本实用新型防渗活塞结构示意图；
[0036]图7为本实用新型钢筋自由端锚固装置示意图。
【具体实施方式】
[0037]—种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，包括支承钢架、疲劳加载装置、钢筋混凝土加速腐蚀循环装置、控制装置。弯压疲劳加载系统位于拉拔装置及环境模拟装置的上方，弯压疲劳加载系统由疲劳加载控制器控制，环境模拟装置与计算机相连。所述支承钢架由上下两部分组成。上部结构由四根立柱5、作为压板的钢板一 2、作为底板的钢板三4组成。四根立柱5呈正四边形排列，各个立柱5通过螺栓与钢板一2连接，并且穿过作为限位板的钢板二3通过螺栓与钢板三4连接。下部结构由四根立柱6、钢板二3组成；四根立柱6呈正四边形排列，各个立柱6通过地脚螺栓与地锚连接，固定在地面上。钢板三4位于钢板二 3的下方，其四角固结在四根立柱5上;钢板二 3的四角固结在四个立柱6顶端，钢板二 3中心处开孔，试件钢筋由此孔穿过，与钢板三4连接。所述的加载系统由疲劳加载装置I，横梁9及两支撑柱10组成。疲劳加载装置通过螺栓固定于横梁9中部，横梁9两端通过螺栓与支撑柱10上端固结，支撑柱10下端固定于地面。所述腐蚀循环系统由腐蚀箱、不锈钢板、直流电流仪、栗、计时器、导管、阀门组成。腐蚀箱8置于钢板二 3上方，腐蚀箱内部盛有腐蚀介质，不锈钢片804固定于腐蚀箱底部;腐蚀箱8中部设置隔板，将腐蚀箱8分为上下两层，下层为浸泡箱，上层为储液箱。循环装置由栗、计时装置、导管及阀门组成。栗807和阀门802分别与计时装置相连，浸泡箱的腐蚀介质经导管栗入储液箱，以此模拟干湿循环环境。浸泡箱左侧上部开有导线引出孔，与钢筋相连的导线以及与不锈钢片相连的导线穿过此孔与直流电流仪的正负极相连;腐蚀箱8底部开孔，孔径中心轴线与钢板二 3孔径中心轴线重合，腐蚀箱底部中心孔洞出通过防渗活塞7密封。所述防渗装置为可滑动钢圈703、弹性橡胶702及弹簧701组合构件。弹簧701与弹性橡胶702相连，钢圈703与弹性橡胶紧密相连;防渗装置外围用防腐涂料包裹。
[0038]如图1所示，所述控制系统包括计算机14、疲劳加载控制器15。控制系统位于装置外部;直流电流仪13、计时装置12通过数据线与计算机相连;疲劳加载系统由疲劳加载控制器控制。计算机14接收计时器上的数据，来控制腐蚀循环的开始与结束;疲劳加载控制器控制疲劳荷载的循环次数、应力比、应力水平、加载频率。
[0039]本装置的基本参数包括:施加疲劳荷载量程为O?25kN，加载频率范围为O?15Hz，电流强度范围为O?5A，腐蚀箱的规格为长210mm，宽210mm，高230mm;腐蚀介质为有害离子溶液，不锈钢片的规格为长40mm，宽20mm，高20mm。
[0040]图3、4、5所示为腐蚀循环系统结构示意图，腐蚀箱8分为上下两部分，上部为储液箱801，下部为浸泡箱803 ο储液箱上部设有进水口，底部设有自动阀门，阀门802由带孔的不锈钢阀板8022、电磁铁8021和弹簧8023组成。浸泡箱左侧上部设有导线引出孔，在右侧下部设有出水口，导管806与栗相连，腐蚀介质由浸泡箱流出，经导管流入储液箱，完成腐蚀循环过程。腐蚀箱内部涂有防腐材料。
[0041]如图6所示，所述防渗活塞7由弹簧701、弹性橡胶702、钢圈703组成。弹簧与弹性橡胶相连，钢圈与弹性橡胶紧密相连。防渗活塞外部涂有防腐材料。
[0042]图7为本实用新型的夹片11的结构示意图，夹片11用于锚固钢筋混凝土自由端。
[0043]试验时，具体操作流程如下:
[0044]1、按照由下而上的顺序拼固定接试验装置，然后钢筋混凝土试件置放于腐蚀箱中部，使得钢筋自由端穿过腐蚀箱8底部及钢板三4中部的孔洞，并将钢筋自由端用夹片锚固于钢板二3中部。
[0045]2、防渗活塞7固定好后，将导线分别与钢筋和不锈钢板连接，钢筋作为阳极、不锈钢板作为阴极分别接入直流电流仪;开启储液箱阀门，将配置好的腐蚀溶液装入浸泡箱803，关闭储液箱阀门。
[0046]3、在疲劳加载控制器上输入疲劳荷载大小、加载频率。开始加载的同时，开启腐蚀循环系统，以模拟疲劳与腐蚀的耦合作用。
[0047]本实用新型的实验对象是钢筋混凝土，如果要进行拉伸，必须要分别固定混凝土和钢筋，由于夹头装置的限制，无法与混凝土固定，因此无法实现本实用新型对钢筋混凝土拉伸。
[0048]综上所述，本实用新型的优点在于:1、结构简单，便于拆卸和拼装，荷载转换装置的设置实现了弯压疲劳荷载向拉伸疲劳荷载的转变;2、既可模拟钢筋混凝土构件的轴向疲劳加载，又可模拟钢筋混凝土的拉拔试验;3、可模拟干湿循环及浸没等腐蚀环境，可以广泛用于混凝土结构及材料的耐久性研究。此外本实用新型的各控制操作均在控制系统上进行，具有智能控制程度高，操作简单等优点。
[0049]上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，包括通过立柱(6)支撑且水平设置的限位板(3)，固定在限位板(3)上用于模拟干湿循环环境的腐蚀箱(8)，该腐蚀箱(8)内用于安放钢筋混凝土和腐蚀介质，所述限位板(3)中部开有供钢筋混凝土的钢筋自由端穿过的通孔，且在通孔处设有防渗装置，在限位板(3)下方或腐蚀箱(8)上方设有使钢筋混凝土的钢筋自由端轴向下拉的疲劳拉压装置;所述腐蚀箱(8)内设有导电片(804)，该导电片(804)和钢筋混凝土的钢筋分别通过相应的导线与直流电流仪(13)电连接。2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述疲劳拉压装置包括固定在横梁(9)上的疲劳加载装置(1)，水平布置的压板(2)，连接柱(5)和底板(4);所述横梁(9)由支撑柱(10)支撑，且该横梁(9)位于压板(2)上方;所述压板(2)和底板(4)通过穿过限位板(3)的连接柱(5)固定相连，所述疲劳加载装置(I)的压头与所述压板(2)压力接触，所述底板(4)与所述钢筋混凝土的钢筋自由端固定相连;所述腐蚀箱(8)位于限位板(3)与压板(2)之间。3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述底板(4)上开有底板孔，钢筋混凝土的钢筋自由端穿过底板孔后通过夹片(11)锚固在所述底板(4)上。4.根据权利要求2所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述连接柱(5)为多根，且多根连接柱(5)的底端均匀设置在底板(4)与钢筋自由端固定连接处的四周。5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述疲劳拉压装置为设置在限位板(3)下方的拉伸机，该拉伸机的拉伸端与所述钢筋混凝土的钢筋自由端固定相连。6.根据权利要求1-5之一所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述腐蚀箱(8)通过阀门(802)分割为储液箱(801)和浸泡箱(803)上下两层，且储液箱(801)和浸泡箱(803 )之间通过带栗(807 )的导管(806 )连通;所述导电片(804 )设置在浸泡箱(803)内。7.根据权利要求6所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述阀门(802)包括带孔的金属阀板(8022)，通过弹簧(8023)固定在阀板(8022)上下表面上的两个电磁铁(8021);两个电磁铁(8021)中，一个电磁铁(8021)设置在阀板(8022)的孔的正上方，另一个电磁铁(8021)设置在阀板(8022)的孔的正下方。8.根据权利要求6所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述栗(807)与一计时装置(12)相连。9.根据权利要求1-5之一所述的钢筋混凝土粘结段拉拔疲劳与腐蚀耦合试验装置，其特征在于，所述防渗装置为防渗活塞(7)，该防渗活塞(7)包括可滑动钢圈(703)、紧密连接在钢圈(703)内外侧的弹性橡胶(702)，以及连接在弹性橡胶(702)上的弹簧(701)。
【文档编号】G01N3/02GK205483787SQ201620172000
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月7日
【发明人】刘扬, 江楠, 姜鸿韬, 张海萍, 李德如
【申请人】长沙理工大学