專利名稱：一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，屬于混凝 土耐久性測試技術(shù)領(lǐng)域。該裝置主要用于建筑、橋梁、水利和交通工程。
背景技術(shù)：
耐久性支配著混凝土結(jié)構(gòu)的整個服役過程，結(jié)構(gòu)耐久性不足所造成的后果非常嚴 重。近四五十年來，國內(nèi)外都有大量混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了因耐久性不足而過早失效甚至徹底 損壞的現(xiàn)象。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足造成的后果是非常嚴重的。美國1975年由 于腐蝕引起的損失達700億美元，1985年則達168億美元；目前，整個混凝土工程的價值約 為萬億美元，而今后每年用于維修或重建的費用預(yù)計將高達3000億美元。我國基礎(chǔ)設(shè)施建 設(shè)起步較歐美國家晚，但時值今日，也發(fā)現(xiàn)了許多耐久性問題。建設(shè)部科技發(fā)展司混凝土結(jié) 構(gòu)耐久性綜合調(diào)查組，對北京、西寧、貴陽和杭州的一些建筑物進行了調(diào)查，其結(jié)果表明，建 國初期的建筑均已達到必須大修的狀態(tài)，現(xiàn)有大多數(shù)工業(yè)建筑不能滿足安全、經(jīng)濟使用50 年的要求，一般使用25-30年就需大修加固。對于我國這樣一個發(fā)展中國家來說，解決耐久 性問題，延長工程壽命，降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)總造價是最大的節(jié)約。之前針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的試驗室加速模擬試驗研究，多數(shù)是模擬單一因 素獨立作用在混凝土或鋼筋之上，通過特定的耐久性指標來判斷其損傷速度、程度及壽命 評估。部分試驗研究了雙因素損傷的規(guī)律，但是和單一因素的研究一樣，這些報導(dǎo)對于材 料、結(jié)構(gòu)性能的變化規(guī)律都停留在定性的水平上。然而，實際工程中同時作用于鋼筋混凝土 建筑物、構(gòu)筑物的各種劣化因素之間并非“各自為政”，而是相互聯(lián)系、相互影響、相互促進 或抑制，具有一定的復(fù)合效應(yīng)。為了研究復(fù)雜環(huán)境作用與荷載耦合作用下混凝土構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的耐久性問題，就必 須提出一套可以考慮多個因素同時作用的耐久性試驗系統(tǒng)。為此必須解決一個關(guān)鍵的技術(shù) 問題對處于環(huán)境作用系統(tǒng)中的混凝土構(gòu)件持續(xù)施加荷載，且保證荷載不會隨環(huán)境作用而變化。目前準對荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件耐久性試驗的研究較少，分析之后發(fā)現(xiàn)，其 主要原因是現(xiàn)有的試驗室模擬加速劣化試驗機全部都是針對單一因素下混凝土材料耐久 性試驗進行設(shè)計的，缺少能夠在試驗過程中連續(xù)、準確的施加荷載的設(shè)計考慮。上述缺陷導(dǎo) 致耐久性試驗多圍繞單一因素展開，對于多因素，特別是考慮環(huán)境與荷載共同作用的試驗 很難實施。因此，研制一種適用于多因素環(huán)境作用下，能夠持續(xù)、恒定地為鋼筋混凝土構(gòu)件 施加荷載的，且制作工藝簡便的加載裝置具有重要的應(yīng)用價值，應(yīng)用前景廣闊。

發(fā)明內(nèi)容1、目的針對目前混凝土構(gòu)件耐久性試驗技術(shù)中的缺陷和不足，本實用新型的目 地是為了提供一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，它利用螺桿、螺帽加 載原理和加載裝置隔水隔熱處理工藝，研制一種能夠持續(xù)、恒定地為鋼筋混凝土構(gòu)件施加荷載，且制作工藝簡便的鋼筋混凝土構(gòu)件凍融循環(huán)_荷載耦合耐久性試驗持載裝置。2、技術(shù)方案見圖1，本實用新型一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持 載裝置，它是由上加載板、加載螺桿、螺帽、墊片、閉泡絕熱保溫材料、下加載板、鋼筋混凝 土梁、梁端支座組成；加載螺桿穿過上加載板和下加載板上的圓孔，由螺帽將上加載板和下 加載板固定在鋼筋混凝土梁上，螺帽與上、下加載板之間設(shè)置有墊片，上加載板和下加載板 之間設(shè)置有鋼筋混凝土梁，兩鋼筋混凝土梁之間設(shè)置有梁端支座。所述上加載板、下加載板，是厚度10mm-50mm的普通鋼板或不銹鋼板，其長寬尺寸 和板上所開的四個圓孔，可根據(jù)鋼筋混凝土梁尺寸調(diào)整，數(shù)量各2塊；所述加載螺桿，是用普通圓鋼或不銹鋼攻絲而成，其直徑為10-30mm，其長度可根 據(jù)鋼筋混凝土梁截面尺寸調(diào)整，數(shù)量4根；所述螺帽、墊片，是與加載螺桿材質(zhì)相同并配套的標準連接件，在市場選購或加
工，數(shù)量各4套；所述閉泡絕熱保溫材料，是以三元乙丙橡膠為原料加工的絕熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù) 為 0. 03-0. 04 瓦 / 米.K ；所述鋼筋混凝土梁，是用常規(guī)方法澆筑的鋼筋混凝土待測試驗梁，尺寸可根據(jù)試 驗設(shè)計調(diào)整，梁配筋、混凝土的類型、等級不限；所述梁端支座，是普通圓鋼或不銹鋼車削加工而成，其外形是圓形長條狀，其直 徑、長度根據(jù)鋼筋混凝土梁截面尺寸調(diào)整，數(shù)量2根。在上述裝置中，所有的金屬配件外表面均勻涂裹一層環(huán)氧樹脂，涂層厚度為3mm， 以解決加載裝置因環(huán)境敏感而引起的銹蝕的問題；然后，在環(huán)氧樹脂涂層外包覆一層閉泡 絕熱保溫絕熱材料，以解決試驗環(huán)境溫差而引起的金屬配件熱脹冷縮問題，該閉泡絕熱保 溫材料的包覆厚度一般為30mm。該裝置是通過旋緊螺栓向上、下加載板施加壓力，經(jīng)上、下加載板將壓力傳遞到鋼 筋混凝土梁上的。施加荷載的同時要測定鋼筋混凝土梁底鋼筋的應(yīng)變，通過應(yīng)變值換算得 出荷載的大小，以便控制持載水平。3、優(yōu)點及功效本實用新型一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝 置，它與現(xiàn)有技術(shù)比，其特點是1、加載裝置環(huán)境敏感問題的解決本加載裝置如采用普通鋼材加工制造，如遇到干濕交替、鹽凍、化學侵蝕等試驗環(huán) 境，容易誘發(fā)銹蝕。一旦發(fā)生銹蝕，裝置中配件的尺寸、材性都會發(fā)生變化，進而引起持載應(yīng) 力損失。本實用新型解決途徑是在裝置中的所有金屬配件外表面均勻涂裹薄環(huán)氧樹脂一 層，用以防止水、空氣、化學侵蝕離子的滲入。2、加載裝置溫度敏感問題的解決本加載裝置為普通鋼材加工制造，如遇試驗環(huán)境溫差，必然發(fā)生膨脹或收縮，從而 引發(fā)裝置尺寸突變，進而引起持載應(yīng)力損失。本實用新型的解決途徑是在各配件環(huán)氧樹脂 包覆層外加裹30mm厚的閉泡絕熱材料。有益效果如下1、應(yīng)用的普適性滿足任意尺寸構(gòu)件、任意應(yīng)力比的加載需要。且可以利用現(xiàn)有的 試驗室模擬加速試驗設(shè)備，如凍融試驗機、碳化箱等進行鋼筋混凝土的耐久性試驗。[0023]2、防腐蝕措施得當，防止了持載裝置在試驗過程中發(fā)生銹蝕而引起持載損失的情 況發(fā)生。3、不受溫度影響，裝置持載水平恒定平穩(wěn)，試驗結(jié)果準確可靠。
圖Ia本實用新型結(jié)構(gòu)正視圖圖Ib本實用新型結(jié)構(gòu)左視圖圖2本實用新型實施例1的正截面破壞梁的荷載-撓度曲線示意圖圖3本實用新型實施例2的斜截面破壞梁的荷載_撓度曲線示意圖圖中符號說明如下1上加載板；2加載螺桿；3螺帽；4墊片；5閉泡絕熱保溫材料；6下加載板；7鋼筋混凝土梁；8鋼筋混凝土梁；9梁端支座；具體實施方式
見圖la、圖lb，本實用新型一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝 置，它包括上加載板1、加載螺桿2、螺帽3、墊片4、閉泡絕熱保溫材料5、下加載板6、鋼筋 混凝土梁7、8、梁端支座9。其中加載螺桿2、上下加載板1、6和梁端支座9的材質(zhì)為HRB335 鋼加工。上下加載板1、6的厚度為30mm，以保證足夠的剛度。上、下加載板1、6上的4個孔 徑略大于加載螺桿2直徑即可。加載螺桿2可以選取圓鋼攻絲成型，在持載水平不高的情 況下也可以選擇通絲。先將上加載板1、加載螺桿2、螺帽3、下加載板6、鋼筋混凝土梁7、8、 梁端支座9表面涂抹一層環(huán)氧樹脂，固化24小時后，在樹脂薄層外包裹30mm的閉泡絕熱保 溫材料5。裝配時，先將兩根試驗梁疊加在一起，根據(jù)加載方案在兩梁之間端部預(yù)定位置各 放置一個梁端支座9。再將加載螺桿2穿過上加載板1，根據(jù)加載點位置放置在上鋼筋混凝 土梁7梁頂，由螺帽3將上加載板1壓在鋼筋混凝土上梁7上。下加載板從下鋼筋混凝土 梁8梁底穿過加載螺桿2，再用螺帽3將其壓在下鋼筋混凝土梁8梁底。螺帽3與上、下加 載板間1、6設(shè)置有墊片4。在將梁端支座9和上加載板1、下加載板6的位置調(diào)整好后，旋 緊螺帽3施加荷載。下面以具體實施例對本實用新型作進一步的說明。實施例1澆注鋼筋混凝土矩形截面梁試件共4組(每組2根)，4組梁的橫截面尺寸、跨 度、配筋和混凝土強度等級均相同。梁橫截面為bXh = 100X 150mm，梁長700mm，縱向 受拉筋和箍筋均采用6mm光圓鋼筋，鋼筋屈服強度300MPa、極限強度350MPa、彈性模量 2. 15 X IO5MPa0梁中配置2根受拉縱筋并在彎剪段配置間距為IOOmm的雙肢箍筋?；炷僚浔?Kg/m3)水泥(323)，砂(771)，石(1066)，水(156)，粉煤灰(68)，減 水劑(7. 4)。試件養(yǎng)護齡期為28天，其中帶模養(yǎng)護1天，拆模后在標準條件下養(yǎng)護，23天時將其 中4組試件在20士3°C的混合侵蝕性溶液中浸泡4天。完成養(yǎng)護后取其中一組梁作為參考 梁(不加載梁)，采用靜力試驗測得梁的正截面承載力。其余3組梁采用本實用新型進行加 載。加載水平分別為參考梁正截面承載力的20%、50%和70%。之后進行混合離子侵蝕_荷載-凍融耦合耐久性試驗。凍融機制按照我國《普通 混凝土長期性能和耐久性試驗方法》中的“快凍法”進行，混合侵蝕介質(zhì)用質(zhì)量分數(shù)為3%氯化鈉溶液和5%硫酸鈉溶液組成的混合溶液。經(jīng)過300次凍融循環(huán)后，將試件取出，卸去持載裝置，進行靜力試驗，測得各組梁 的剩余承載力。4組梁的荷載-撓度曲線見圖2(每組只選取一根梁的數(shù)據(jù))。觀察圖2曲 線可以發(fā)現(xiàn)，梁上持載水平對其剩余承載力的影響十分明顯，持載水平越高，承載力下降越 多，這就從一個角度證明了荷載對混凝土構(gòu)件耐久性的影響是不能忽略的。實施例2澆注鋼筋混凝土矩形截面梁試件共4組(每組2根)，4組梁的橫截面尺寸、跨度、 配筋和混凝土強度等級均相同。梁橫截面為bXh= 100X150mm，梁長700mm，縱向受拉筋 采用6mm光圓鋼筋，鋼筋屈服強度300Mpa、極限強度350MPa、彈性模量2. 15 X IO5MPa ；箍筋 采用4mm光圓鋼筋，鋼筋屈服強度210MPa、極限強度250MPa、彈性模量2. IXlO5MPa0梁中 配置2根受拉縱筋并在彎剪段配置間距為IOOmm的雙肢篩筋?；炷僚浔?Kg/m3)水泥(323)，砂(771)，石(1066)，水(156)，粉煤灰(68)，減 水劑(7. 4)。試件養(yǎng)護齡期為28天，其中帶模養(yǎng)護1天，拆模后在標準條件下養(yǎng)護，23天時將其 中3組試件在20士3°C的混合侵蝕性溶液中浸泡4天。完成養(yǎng)護后取其中一組梁作為參考 梁(不加載梁)，采用靜力試驗測得梁的斜截面承載力，剪跨比為2。其余3組梁采用本實 用新型進行加載。加載水平分別為參考梁斜截面承載力的10%、33%、50%。之后進行氯離子侵蝕_荷載-凍融耦合耐久性試驗。凍融機制按照我國《普通混 凝土長期性能和耐久性試驗方法》中的“快凍法”進行，氯離子侵蝕介質(zhì)用質(zhì)量分數(shù)為3. 5% 氯化鈉溶液。經(jīng)過300次凍融循環(huán)后，將試件取出，卸去持載裝置，進行靜力試驗，測得各組梁 的剩余承載力。四組梁的荷載_撓度曲線見圖3(每組只選取一根梁的數(shù)據(jù))。觀察曲線易 知，荷載作用對混凝土梁斜截面承載力的影響顯著，持載水平越高，梁的承載力下降越多。 由此得出的結(jié)論是荷載是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗研究中一個不可忽略的重要因素。通過以上兩個實施例，證實了該裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，它不受試驗環(huán)境溫差和 敏感的影響，裝置持載水平恒定平穩(wěn)，試驗結(jié)果準確可靠。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，不能以此限定本實用新型實施的 范圍，凡依本實用新型申請專利范圍及發(fā)明說明書內(nèi)容所作的簡單修飾，皆應(yīng)在本實用新 型專利涵蓋范圍之列。
權(quán)利要求一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特征在于該裝置是由上加載板、加載螺桿、螺帽、墊片、閉泡絕熱保溫材料、下加載板、鋼筋混凝土梁、梁端支座組成；加載螺桿穿過上加載板和下加載板上的圓孔，由螺帽將上加載板和下加載板固定在鋼筋混凝土梁上，螺帽與上、下加載板之間設(shè)置有墊片，上加載板和下加載板之間設(shè)置有鋼筋混凝土梁，兩鋼筋混凝土梁之間設(shè)置有梁端支座；所述上加載板、下加載板，是普通鋼板、不銹鋼板制作；所述加載螺桿，是用普通圓鋼、不銹鋼攻絲而成；所述螺帽、墊片，是與加載螺桿材質(zhì)相同并配套的標準連接件；所述閉泡絕熱保溫材料，是以三元乙丙橡膠為原料加工的絕熱材料；所述梁端支座，是普通圓鋼、不銹鋼車削加工而成；在上述裝置中，所有的金屬配件外表面均勻涂裹一層環(huán)氧樹脂，然后，在環(huán)氧樹脂涂層外包覆一層閉泡絕熱保溫絕熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特 征在于該上加載板、下加載板的厚度為10mm-50mm，數(shù)量各2塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特 征在于該加載螺桿的直徑為10-30mm，數(shù)量4根。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特 征在于該螺帽、墊片的數(shù)量各4套。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特 征在于以三元乙丙橡膠為原料加工的絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 03-0. 04瓦/米.K。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，其特 征在于該梁端支座的數(shù)量為2根。
專利摘要本實用新型一種鋼筋混凝土梁凍融荷載耦合耐久性試驗持載裝置，它是由上加載板、加載螺桿、螺帽、墊片、閉泡絕熱保溫材料、下加載板、鋼筋混凝土梁、梁端支座組成；加載螺桿穿過上加載板和下加載板上的圓孔，由螺帽將上加載板和下加載板固定在鋼筋混凝土梁上，螺帽與上、下加載板之間設(shè)置有墊片，上加載板和下加載板之間設(shè)置有鋼筋混凝土梁，兩鋼筋混凝土梁之間設(shè)置有梁端支座。該裝置是通過旋緊螺栓向上、下加載板施加壓力，經(jīng)上、下加載板將壓力傳遞到梁上的。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，它不受試驗環(huán)境溫差和敏感的影響，裝置持載水平恒定平穩(wěn)，試驗結(jié)果準確可靠；在混凝土耐久性測試技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，它具有廣泛地實用價值和應(yīng)用前景。
文檔編號G01M99/00GK201681017SQ20092024643
公開日2010年12月22日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者刁波, 葉英華, 孫洋 申請人:北京航空航天大學