一種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置及試驗方法，屬于工程結(jié)構(gòu)耐久性領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期暴露在具有腐蝕介質(zhì)的惡劣環(huán)境中，在有害離子的侵蝕下，不僅使得鋼筋有效面積減小及力學(xué)性能的劣化，還將導(dǎo)致鋼筋與混凝土間粘結(jié)性能的減弱，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的降低。而研究鋼筋混凝土的粘結(jié)性能在銹蝕及疲勞荷載耦合作用下的疲勞性能是正確評價并延長疲勞荷載下鋼筋混凝土構(gòu)件使用壽命的基本前提。
[0003]針對鋼筋與混凝土粘結(jié)性能在腐蝕和疲勞耦合作用下的疲勞性能，由于加載裝置的限制，目前多采用分步作用進(jìn)行研究。首先對構(gòu)件進(jìn)行腐蝕，待其達(dá)到規(guī)定銹蝕程度后，再對其粘結(jié)疲勞性能進(jìn)行研究;或者先對構(gòu)件進(jìn)行一定次數(shù)的疲勞試驗，然后再進(jìn)行腐蝕試驗，最后對其粘結(jié)性能進(jìn)行研究。以上研究方法存在如下2個問題:
1、鋼筋銹蝕過程先于施加試驗荷載，而在實際工程中，銹蝕是在結(jié)構(gòu)受荷過程中發(fā)生的，兩種影響共同作用可能會加速結(jié)構(gòu)的劣化。
[0004]2、在銹蝕過程中，疲勞荷載與銹蝕對鋼筋與混凝土粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的不利影響沒有考慮，疲勞荷載與銹蝕的共同作用都是影響鋼筋與混凝土粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的因素，鑒于使用中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都是負(fù)載工作的，需要考慮疲勞荷載及銹蝕對粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的影響。硬件條件的限制也是導(dǎo)致耦合作用無法深入開展的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有裝置無法實現(xiàn)鋼筋混凝土構(gòu)件腐蝕與拉拔同步作用的缺陷的不足，本發(fā)明旨在提供一種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，該試驗裝置可以有效模擬鋼筋混凝土在腐蝕介質(zhì)和拉拔疲勞耦合作用下的拉拔及疲勞試驗。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，其結(jié)構(gòu)特點是，包括通過立柱支撐且水平設(shè)置的限位板，固定在限位板上用于模擬干濕循環(huán)環(huán)境的腐蝕箱，該腐蝕箱內(nèi)用于安放鋼筋混凝土和腐蝕介質(zhì)，所述限位板中部開有供鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過的通孔，且在通孔處設(shè)有防滲裝置，在限位板下方或腐蝕箱上方設(shè)有使鋼筋混凝土的鋼筋自由端軸向下拉的疲勞拉壓裝置;所述腐蝕箱內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電片，該導(dǎo)電片和鋼筋混凝土的鋼筋分別通過相應(yīng)的導(dǎo)線與直流電流儀電連接。
[0007]由此，通過同時對鋼筋混凝土粘結(jié)段進(jìn)行拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗，既可模擬鋼筋混凝土構(gòu)件的軸向疲勞加載，又可模擬鋼筋混凝土的拉拔試驗，同時可模擬干濕循環(huán)及浸沒等腐蝕環(huán)境，可以廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)及材料的耐久性研究。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可以對本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述疲勞拉壓裝置為固定在橫梁上的疲勞加載裝置，水平布置的壓板，連接柱和底板;所述橫梁由支撐柱支撐，且該橫梁位于壓板上方;所述壓板和底板通過穿過限位板的連接柱固定相連，所述疲勞加載裝置的壓頭與所述壓板壓力接觸，所述底板與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連;所述腐蝕箱位于限位板與壓板之間。由此，啟動疲勞加載裝置，設(shè)置疲勞荷載的循環(huán)次數(shù)、應(yīng)力比、應(yīng)力水平、加載頻率后，疲勞加載裝置的壓力通過壓板傳遞給底板，底板下移從而沿軸向下拉所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端，達(dá)到疲勞加載的目的，實現(xiàn)了彎壓疲勞荷載向拉伸疲勞荷載的轉(zhuǎn)變。
[0009]作為一種固定的具體方式，所述底板上開有底板孔，鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過底板孔后通過夾片錨固在所述底板上。
[0010]為了使鋼筋自由端所受的拉應(yīng)力更加均勻，所述連接柱為多根，且多根連接柱的底端均勻設(shè)置在底板與鋼筋自由端固定連接處的四周。
[0011]作為另一種替換形式，所述疲勞拉壓裝置為設(shè)置在限位板下方的拉伸機(jī)，該拉伸機(jī)的拉伸端與所述鋼筋混凝土的鋼筋自由端固定相連。由此，直接在鋼筋混凝土的鋼筋自由端下方通過拉伸機(jī)直接軸向下拉鋼筋自由端。
[0012]優(yōu)選地，為了更好地模擬干濕循環(huán)環(huán)境，所述腐蝕箱通過閥門分割為儲液箱和浸泡箱上下兩層，且儲液箱和浸泡箱之間通過帶栗的導(dǎo)管連通;所述導(dǎo)電片設(shè)置在浸泡箱內(nèi)。
[0013]為了方便控制儲液箱和浸泡箱之間的通閉，所述閥門包括帶孔的金屬閥板，通過彈簧固定在閥板上下表面上的兩個電磁鐵;兩個電磁鐵中，一個電磁鐵設(shè)置在閥板的孔的正上方，另一個電磁鐵設(shè)置在閥板的孔的正下方。
[0014]為了更好地模擬干濕循環(huán)環(huán)境，所述栗與一計時裝置相連。
[0015]優(yōu)選地，所述防滲裝置為防滲活塞，該防滲活塞包括可滑動鋼圈、緊密連接在鋼圈內(nèi)外側(cè)的彈性橡膠，以及連接在彈性橡膠上的彈簧。
[0016]基于同一個發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種利用上述鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置對鋼筋混凝土進(jìn)行耦合試驗的方法，其特征在于，包括如下步驟:
51、安裝好鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置后，將鋼筋混凝土置放于腐蝕箱內(nèi)，同時使鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過腐蝕箱底部及限位板的通孔，并固定好防滲裝置；
52、將導(dǎo)線分別與鋼筋和導(dǎo)電板連接，鋼筋作為陽極、導(dǎo)電板作為陰極分別接入直流電流儀；
53、將配置好的腐蝕溶液裝入腐蝕箱內(nèi)，并開啟腐蝕循環(huán)系統(tǒng)對鋼筋混凝土進(jìn)行腐蝕，同時啟動疲勞拉壓裝置軸向下拉鋼筋，模擬對鋼筋混凝土的疲勞與腐蝕的耦合作用。
[0017]由此，按照由下而上的順序拼接固定試驗裝置，然后鋼筋混凝土試件置放于腐蝕箱中部，使得鋼筋自由端穿過腐蝕箱底部及限位板中部的孔洞，并將鋼筋自由端用夾片錨固于鋼板二中部。待防滲活塞固定好后，將導(dǎo)線分別與鋼筋和不銹鋼板連接，鋼筋作為陽極、不銹鋼板作為陰極分別接入直流電流儀;開啟儲液箱閥門，將配置好的腐蝕溶液裝入浸泡箱，關(guān)閉儲液箱閥門。最后在疲勞加載控制器上輸入疲勞荷載大小、加載頻率;開始加載的同時，開啟腐蝕循環(huán)系統(tǒng)，以模擬疲勞與腐蝕的耦合作用。
[0018]總之，本發(fā)明既可模擬鋼筋混凝土粘結(jié)段的腐蝕與疲勞同步加載，也可模擬鋼筋混凝土拉伸疲勞單獨加載，可有效模擬兩種材料的真實服役狀態(tài);本發(fā)明可以模擬有害離子侵蝕與疲勞耦合作用下材料的耐久性試驗。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，便于拆卸和拼裝，荷載轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)置實現(xiàn)了彎壓疲勞荷載向拉伸疲勞荷載的轉(zhuǎn)變；
2、既可模擬鋼筋混凝土構(gòu)件的軸向疲勞加載，又可模擬鋼筋混凝土的拉拔試驗；
3、可模擬干濕循環(huán)及浸沒等腐蝕環(huán)境，可以廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)及材料的耐久性研究。此外本發(fā)明的各控制操作均在控制系統(tǒng)上進(jìn)行，具有智能控制程度高，操作簡單等優(yōu)點。
[0020]
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為本發(fā)名的腐蝕循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的腐蝕循環(huán)系統(tǒng)自動閥門結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖4的俯視圖；
圖6為本發(fā)明防滲活塞結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明鋼筋自由端錨固裝置示意圖。
[0022]在圖中。
【具體實施方式】
[0023]—種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗裝置，包括支承鋼架、疲勞加載裝置、鋼筋混凝土加速腐蝕循環(huán)裝置、控制裝置。彎壓疲勞加載系統(tǒng)位于拉拔裝置及環(huán)境模擬裝置的上方，彎壓疲勞加載系統(tǒng)由疲勞加載控制器控制，環(huán)境模擬裝置與計算機(jī)相連。所述支承鋼架由上下兩部分組成。上部結(jié)構(gòu)由四根立柱5、作為壓板的鋼板一 2、作為底板的鋼板三4組成。四根立柱5呈正四邊形排列，各個立柱5通過螺栓與鋼板一2連接，并且穿過作為限位板的鋼板二3通過螺栓與鋼板三4連接。下部結(jié)構(gòu)由四根立柱6、鋼板二3組成；四根立柱6呈正四邊形排列，各個立柱6通過地腳螺栓與地錨連接，固定在地面上。鋼板三4位于鋼板二3的下方，其四角固結(jié)在四根立柱5上;鋼板二 3的四角固結(jié)在四個立柱6頂端，鋼板二 3中心處開孔，試件鋼筋由此孔穿過，與鋼板三4連接。所述的加載系統(tǒng)由疲勞加載裝置I，橫梁9及兩支撐柱10組成。疲勞加載裝置通過螺栓固定于橫梁9中部，橫梁9兩端通過螺栓與支撐柱10上端固結(jié)，支撐柱10下端固定于地面。所述腐蝕循環(huán)系統(tǒng)由腐蝕箱、不銹鋼板、直流電流儀、栗、計時器、導(dǎo)管、閥門組成。腐蝕箱8置于鋼板二3上方，腐蝕箱內(nèi)部盛有腐蝕介質(zhì)