一种可加载海洋潮汐环境模拟系统的制作方法

本发明涉及人工环境实验设备领域，具体是一种可加载海洋潮汐环境模拟系统。

背景技术：

由于受海洋氯化物的腐蚀作用，海港工程、跨海大桥等海工混凝土结构的耐久性问题突出，特别是海洋潮汐区的耐久性劣化问题更加突出，主要原因在于由于海水干湿循环作用，增强了表层混凝土的对流传输效应，加速了氯离子的侵蚀速度，同时干湿循环作用为钢筋锈蚀提供了充足的水分和氧气，使得钢筋锈蚀可以一直持续下去直到混凝土表面开裂发生耐久性失效。因此，研究海洋潮汐区混凝土的耐久性劣化机制尤为重要。由于自然暴露环境试验的周期比较长，往往需要耗费几年甚至几十年时间，所以国内外普遍采用室内加速模拟环境试验。

目前，国内外现有的室内模拟试验主要依托于盐雾环境模拟系统，但是盐雾环境模拟系统无法合理模拟海洋潮汐区的干湿循环作。因此，为了研究揭示海洋潮汐区混凝土的耐久性劣化机制，有必要建设人工海洋潮汐环境模拟系统。

然而，现有技术中的海洋潮汐环境模拟系统，譬如中国专利cn101871877b公开了一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，其虽然通过设置主腐蚀工作室和辅助腐蚀工作室，可以实现潮汐环境的模拟；但是，由于该试验装置只有通过设置加热管来对主腐蚀工作室内的海水温度进行控制，即只能对实验海水进行升温操作，无法实现对实验海水进行降温操作，故难以对实验海水的温度进行准确的控制，从而无法更准确地模拟海洋的自然腐蚀环境条件。由于cn101871877b公开的一种用于模拟海洋潮汐环境的自动化试验装置，无法进行有效的控温以及没有设置反力荷载装置，所以通过使用该装置进行混凝土结构的腐蚀模拟试验，无法有效考虑荷载和潮汐腐蚀环境的耦合作用，从而无法准确地模拟自然腐蚀环境条件混凝土构件的实际工况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可加载海洋潮汐环境模拟系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种可加载海洋潮汐环境模拟系统，包括潮汐模拟槽、蓄水槽、水泵机组、控制器、温度控制机构以及设置在潮汐模拟槽内的反力架，所述的温度控制机构和水泵机组均与控制器进行电性连接，所述的潮汐模拟槽通过水泵机组与蓄水槽形成循环回路，所述的温度控制机构包括用于降低潮汐模拟槽内海水温度的制冷组件以及用于提高潮汐模拟槽内海水温度的加热组件，所述的制冷组件通过水泵机组与潮汐模拟槽形成循环回路。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的加热组件包括若干组加热管，所述的加热管设置在潮汐模拟槽内。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的潮汐模拟槽上设有第一进水管和第二进水管，所述的蓄水槽上设有第二进水管和第一出水管，所述的第一出水管通过水泵机组与第一进水管相连通，所述的第二出水管通过水泵机组与第二进水管相连通。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的潮汐模拟槽上还设有第三出水管和第三进水管，所述的第三出水管与制冷组件相连通，所述的制冷组件通过水泵机组与第三进水管相连通。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的水泵机组包括进水水泵、出水水泵和内循环水泵，所述的进水水泵与第一进水管相连通，所述的出水水泵与第二进水管相连通，所述的内循环水泵与第三进水管相连通。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的潮汐模拟槽内设有用于控制潮汐模拟槽内海水水位的液位传感器，所述的液位传感器与控制器进行电性连接。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的海洋潮汐环境模拟系统还包括与控制器进行电性连接的光照机构，所述的光照机构包括若干组照明灯，所述的照明灯设置在潮汐模拟槽的上方。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的海洋潮汐环境模拟系统还包括与控制器进行电性连接的吹风机构，所述的吹风机构包括若干组鼓风机，所述的鼓风机设置在潮汐模拟槽的顶部。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的反力架包括千斤顶和压力传感器，所述的千斤顶安装在千斤顶底座上，所述的千斤顶底座设置在安装板上，所述的安装板通过若干组第二螺杆与顶架相连，所述的第二螺杆上螺纹连接有第二螺母；所述的安装板还通过若干组第一螺杆与底架相连，所述的第一螺杆上螺纹连接有第一螺母；所述的压力传感器设在在顶架的底部，且位于千斤顶的正上方。

本发明实施例采用的另一种优选方案，所述的千斤顶底座与加力杆相连，所述的加力杆上套有螺套，所述的螺套与安装板进行滑动配合，并与螺母盘进行螺纹连接；所述的螺母盘与安装板进行转动配合。

本发明实施例的提供的上述技术方案，相比于现有技术，具有以下技术效果：

（1）本发明实施例提供的海洋潮汐环境模拟系统，通过设置进水水泵和出水水泵使潮汐模拟槽与蓄水槽之间形成循环回路，便可通过进水水泵和出水水泵来控制潮汐模拟槽内海水的涨潮和落潮，从而可以模拟海洋的潮汐现象。

（2）本发明实施例还通过设置内循环水泵，使潮汐模拟槽与制冷组件和加热组件形成内循环回路，便可对潮汐模拟槽内的海水进行有效的控温操作，在配合加热管的情况下，可以准确地控制潮汐模拟槽内海水的温度，从而可以更加准确地模拟海洋的自然腐蚀环境条件。

（3）本发明实施例还通过设置带有照明灯的日照机构，以及通过设置带有鼓风机的吹风机构，便可通过照明灯和鼓风机来模拟海洋的日晒和海风环境，从而可以进一步准确地模拟海洋的自然腐蚀环境条件。所以，本发明实施例提供的海洋潮汐环境模拟系统与反力架进行配合工作，可以有效考虑荷载和潮汐腐蚀环境的耦合作用，从而更加准确地模拟自然腐蚀环境条件混凝土构件的实际工况，即可真正实现海洋混凝土结构的腐蚀模拟试验。

附图说明

图1为实施例1提供的一种可加载海洋潮汐环境模拟系统的结构示意图。

图2为实施例1提供的潮汐模拟槽的俯视图。

图3为实施例1提供的一种可加载海洋潮汐环境模拟系统的侧视图。

图4为实施例2提供的潮汐模拟槽的俯视图。

图5为实施例2提供的一种可加载海洋潮汐环境模拟系统的控制结构图。

图6为实施例3提供的反力架的结构示意图。

图7为图6中a-a面剖视图。

图中：1-潮汐模拟槽、2-蓄水槽、3-电气设备箱、4-水泵机组、5-制冷组件、6-加热管、7-控制器、8-温度传感器、9-照明灯、10-鼓风机、11-第一进水管、12-第二出水管、13-排水管、14-截止阀、15-第三出水管、16-第三进水管、17-第二进水管、18-第一出水管、19-进水水泵、20-出水水泵、21-内循环水泵、22-防尘网、23-液位传感器、24-反力架、25-底架、26-安装板、27-千斤顶、28-第一螺杆、29-第一螺母、31-压力传感器、32-第二螺杆、33-顶架、34-第二螺母、35-加力杆、36-千斤顶底座、37-滚珠、38-滚道盘、39-螺母盘、40-把手、41-限位板、42-螺套。

具体实施方式

下面的具体实施例是结合本说明书中提供的附图对本申请的技术方案作出的具体、清楚的描述。其中，说明书的附图只是为了用于将本申请的技术方案呈现得更加清楚明了，并不代表实际生产或使用中的形状或大小，以及也不能将附图的标记作为所涉及的权利要求的限制。

另外，在本申请的描述中，所采用到的术语应当作广义的理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据实际的具体情况来理解术语的具体含义。譬如，本申请中所采用的术语“安装”可以定义为可拆卸的固定安装或者是不可拆卸的固定安装等；所采用的术语“设置”和“设有”，可以定义为接触式设置或者未接触式设置等；所采用的术语“连接”和“相连”可以定义为固定连接或者可活动连接的机械连接，也可定义为电性连接等；所采用的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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；所采用的方位词术语均是以附图为参考或者根据以实际情况以及公知常识所定义的方向为准。

实施例1

参照附图1-3，该实施例提供了一种可加载海洋潮汐环境模拟系统，包括潮汐模拟槽1、蓄水槽2、电气设备箱3、水泵机组4、控制器7、温度控制机构以及设置在潮汐模拟槽1内的反力架24。反力架24可以现有技术中反力架，用于对样品进行加载实验。其中，潮汐模拟槽1和蓄水槽2均为长方体结构，且潮汐模拟槽1的宽度、长度和高度分别为2m、4m、1.6m，体积为12.80m³；蓄水槽2的宽度、长度和高度均与潮汐模拟槽1的相同。另外，潮汐模拟槽1和蓄水槽2均为整体现浇式钢筋混凝土结构，且其表层均经过防腐蚀处理，以保证整个系统的使用寿命。

另外，所述的温度控制机构和水泵机组4均与控制器7进行电性连接，所述的水泵机组4和控制器7均安装在电气设备箱3内，所述的电气设备箱3上设有防尘网22；其中，控制器7为现有技术中常见的控制器，可以是多种类型的控制器的结合，具体的，控制器7可包括市售型号为temi990的可编程触摸屏式控制器。通过控制器7的设置，可以自动控制温度控制机构和水泵机组4等电气设备的运行，并自动控制照明灯9，鼓风机10的开启和关闭以及运行时间；通过控制器7，还可以对涨潮落潮时间进行控制，对海水温度进行设定，对光照强度和时间进行设定，对鼓风机工作风速和工作时间进行设定；可对整个电器机组的工作规律进行编程设定。。

具体的，所述的水泵机组4包括进水水泵19、出水水泵20和内循环水泵21，进水水泵19、出水水泵20和内循环水泵21均可选用市售型号为50zx15-12、功率为1.5kw的自吸式防腐蚀离心水泵。所述的潮汐模拟槽1上设有第一进水管11、第二出水管12和排水管13，所述的排水管13上设有截止阀14，用于排出潮汐模拟槽1内的废水，以便进行更换海水；所述的蓄水槽2上设有第二进水管17和第一出水管18，所述的第一出水管18通过进水水泵19与第一进水管11相连通，所述的第二出水管12通过出水水泵20与第二进水管17相连通，即所述的潮汐模拟槽1通过水泵机组4的进水水泵19、出水水泵20与蓄水槽2可以形成循环回路，通过启动进水水泵19或出水水泵20，可以将蓄水槽2内海水送入到潮汐模拟槽1内，或者可以将潮汐模拟槽1内的海水排到蓄水槽2内，以实现潮汐模拟槽1内海水的涨潮或落潮，从而可模拟海洋的潮汐环境。需要说明的是，潮汐模拟槽1的液位可以采用市售上下浮球式液位传感器控制，通过上下浮球控制上下液位，以期达到涨潮落潮的潮位控制。

进一步，为了便于控制潮汐模拟槽1内海水的温度，所述的温度控制机构包括温度传感器8、用于降低潮汐模拟槽1内海水温度的制冷组件5以及用于提高潮汐模拟槽1内海水温度的加热组件，温度传感器8可以设置多组，且温度传感器8安装在潮汐模拟槽1内。其中，温度传感器8为现有技术中的温度传感器，其用于采集潮汐模拟槽1内海水的温度，并将其反馈给控制器7，以便于准确地控制潮汐模拟槽1内海水的温度。另外，所述的制冷组件5通过水泵机组4与潮汐模拟槽1形成循环回路。

具体的，所述的加热组件包括若干组加热管6，所述的加热管6设置在潮汐模拟槽1内。通过加热管6的设置，可以对潮汐模拟槽1内的海水进行加热操作。另外，所述的潮汐模拟槽1上还设有第三出水管15和第三进水管16，所述的第三出水管15与制冷组件5相连通，所述的制冷组件5通过水泵机组4中的内循环水泵21与第三进水管16相连通。其中，制冷组件5安装在电气设备箱3内，其为现有技术中的制冷机，其包括制冷压缩机、冷凝器、制冷配件、蒸发器、蒸发器水箱以及膨胀阀等，制冷压缩机可选用市售型号为zr72的艾默生制冷压缩机，冷凝器为市售的风冷冷凝器。通过制冷组件5和内循环水泵21的设置，可以使潮汐模拟槽1内的海水进行内循环，并经过制冷组件5进行换热降温操作。

进一步，所述的海洋潮汐环境模拟系统还包括与控制器7进行电性连接的光照机构，所述的光照机构包括若干组照明灯9，所述的照明灯9设置在潮汐模拟槽1的上方。照明灯9可选用市售功率为750w的工业可调节照明灯，通过照明灯9的设置，可以模拟海洋太阳光光照，可以实现日光烘干的老化试验效果。

进一步，所述的海洋潮汐环境模拟系统还包括与控制器7进行电性连接的吹风机构，所述的吹风机构包括若干组鼓风机10，所述的鼓风机10设置在潮汐模拟槽1的顶部的四个边上。鼓风机10可选用市售的可调速不锈钢加热鼓风机，通过鼓风机10可模拟海洋的海风环境，以及可以对在潮汐模拟槽1内进行测试的样品进行热风烘干，从而更好地实现样品的干燥效果以及便于实现干湿循环条件。

实施例2

参照附图4，该实施例是在实施例1的基础上进行改进，具体的，所述的潮汐模拟槽1内设有用于控制潮汐模拟槽1内海水水位的液位传感器23，液位传感器23与控制器7进行电性连接。其中，液位传感器23为现有技术中常见的液位传感器，通过液位传感器23的设置，可以采集潮汐模拟槽1内海水的水位信息，并将其反馈给控制器7，控制器7可以根据液位传感器23反馈的信息来控制潮汐模拟槽1内海水的水位，从而可以防止出现加热管6干烧、海水溢出潮汐模拟槽1、影响鼓风机10工作等问题，以及可以更好地进行潮汐环境的模拟。

另外，参照附图5，所述的制冷组件5、加热管6、温度传感器8、照明灯9、鼓风机10、进水水泵19、出水水泵20、内循环水泵21和液位传感器23均与控制器7进行电性连接，以形成自动控制系统。通过控制器7便可完成海洋潮汐环境的模拟实验，具体的，该模拟系统在使用时，先往潮汐模拟槽1和蓄水槽2内注入海水；接着，通过控制器7可以控制进水水泵19和出水水泵20的运行时间，以实现潮汐模拟槽1内海水的潮汐现象；然后，控制器7根据温度传感器8反馈的温度，可以控制制冷组件5或加热管6对海水进行降温或升温操作，以模拟海洋的温度环境；另外，还可以通过控制器7控制照明灯9进行光照以及和控制鼓风机10进行吹风，以模拟海洋的日晒和海风环境。

实施例3

参照附图6-7，该实施例是在实施例1-2的基础上，对反力架24进行改进。具体的，所述的反力架24包括千斤顶27和压力传感器31，所述的千斤顶27安装在千斤顶底座36上，所述的千斤顶底座36设置在安装板26上，所述的安装板26通过若干组第二螺杆32与顶架33相连，所述的第二螺杆32上螺纹连接有第二螺母34；所述的安装板26还通过若干组第一螺杆28与底架25相连，所述的第一螺杆28上螺纹连接有第一螺母29；所述的压力传感器31设在在顶架33的底部，且位于千斤顶27的正上方。通过第一螺杆28和第二螺杆32可以使反力架24实现自平衡，无需地表反力的情况下即可对样品进行加载试验。另外，由于该反力架为便移式自平衡反力架，反力架自身与地面并无锚固螺栓固定，故便于移动反力架24，便于移动反力架24，通过吊车可以将反力架24从潮汐模拟槽1内吊出去，从而可以进行无荷载浸泡实验以及可以节省潮汐模拟槽1的宝贵空间。

进一步，所述的千斤顶底座36与加力杆35相连，所述的加力杆35上套有螺套42，所述的螺套42与安装板26进行滑动配合，并与螺母盘39进行螺纹连接；所述的螺母盘39与安装板26进行转动配合，所述的加力杆35与安装板26之间还设有限位板41。具体的，螺母盘39上固定连接有把手40，所述的螺母盘39底部设有若干组滚珠37，所述的滚珠37与安装板26上的滚道盘38进行滚动配合，通过在滚道盘38加润滑油，便于转动螺母盘39，螺母盘39的转动可以带动加力杆35以及千斤顶底座36上的千斤顶27进行升降，从而可以调整千斤顶27的位置，以实现反力架24操作空间的灵活变化和满足不同尺寸样品的测试需求。需要说明的是，反力架24的整体框架是采用316l不锈钢制作的，且涂刷有zs711-无机防腐蚀涂料，涂料厚度不低于300μm，从而可以保证反力架24的防腐性能，以延长反力架24的使用寿命。

结合实施例1-3，该模拟系统可以与反力架24配合进行实验，从而可以在自然海洋腐蚀环境条件开展混凝土的支点反力测试，以及可以开展混凝土构件的轴向压力持荷等测试。另外，当不需要反力架测试时，可由吊车将反力架24整体从潮汐模拟槽1吊出，从而不会占用潮汐模拟槽1宝贵的空间。通过潮汐模拟槽1与反力架24的配合工作，可以有效考虑荷载和潮汐腐蚀环境的耦合作用，从而更加准确地模拟自然腐蚀环境条件混凝土构件的实际工况，即可真正实现在役海洋混凝土结构的腐蚀模拟试验。

综上所述，本发明实施例提供的可加载海洋潮汐环境模拟系统，通过设置进水水泵19和出水水泵20使潮汐模拟槽1与蓄水槽2之间形成循环回路，便可通过进水水泵19和出水水泵20来控制潮汐模拟槽1内海水的涨潮和落潮，从而可以模拟海洋的潮汐现象。本发明实施例还通过设置内循环水泵21，使潮汐模拟槽1与制冷组件5形成内循环回路，便可通过制冷组件5对潮汐模拟槽1内的海水进行降温操作，在配合加热管6的情况下，可以准确地控制潮汐模拟槽1内海水的温度，从而可以更加准确地模拟海洋的自然腐蚀环境条件。

另外，本发明还通过设置带有照明灯9的日照机构，以及通过设置带有鼓风机10的吹风机构，便可通过照明灯9和鼓风机10来模拟海洋的日晒和海风环境，从而可以进一步准确地模拟海洋的自然腐蚀环境条件。

需要说明的是，上述实施例只是针对本申请的技术方案和技术特征进行具体、清楚的描述。而对于本领域技术人员而言，属于现有技术或者公知常识的方案或特征，在上面实施例中就不作详细地描述了。

当然，本申请的技术方案不只局限于上述的实施例，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，从而可以形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。