本發(fā)明涉及土木工程試驗技術及金屬材料腐蝕領域，具體是預應力錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)及其試驗方法。

背景技術：

70年代后，在我國各類巖土工程錨固類結(jié)構(gòu)中大量使用了錨索，在做永久支護的工程中，其使用壽命成了備受關注的問題，而對使用壽命最大的威脅便是腐蝕。錨固結(jié)構(gòu)中錨索一般都施加預應力，且所施加預應力有越來越高的趨勢。錨固結(jié)構(gòu)在高應力和腐蝕協(xié)同作用下形成應力腐蝕。國內(nèi)眾多科研院所先后對預應力錨索應力腐蝕進行了試驗研究，取得了大量的成果：其一，《土木建筑與環(huán)境工程》2009年第6期介紹了一種錨索腐蝕試驗，通過在錨索外包裹一層參鹽混凝土對錨索進行腐蝕試驗，該試驗主要針對錨索腐蝕后的斷裂抗力和破壞形貌進行研究，無法實現(xiàn)不同應力和腐蝕環(huán)境下的應力腐蝕特征研究；其二，《巖土力學與工程學報》2010年第12期介紹了一種利用腐蝕試驗槽對錨索進行腐蝕的試驗，將錨索置于混凝土槽中進行張拉或不張拉，加入配制好的腐蝕性土進行腐蝕試驗。該試驗可以模擬不同應力條件下的錨索腐蝕特征，但受制于混凝土強度，無法進行高應力條件下的應力腐蝕試驗，同時腐蝕性土中成分較復雜，無法對單一因素進行腐蝕特征研究。其三，《巖土力學與工程學報》2015年第增1期介紹了一種腐蝕損傷試驗系統(tǒng)，由腐蝕試驗槽、腐蝕液盛放裝置、張拉設備和測試系統(tǒng)等組成。腐蝕試驗槽為鋼筋混凝土反力架，腐蝕液盛放采用PVC管，張拉采用千斤頂。該試驗可以對不同應力、不同腐蝕因素和腐蝕時間進行模擬，但使用千斤頂張拉，張拉后錨索張拉力損失具有隨機性，難以精確，且腐蝕液與混凝土接觸，容易發(fā)生滲漏，與混凝土材料發(fā)生反應等問題。綜合分析上述試驗系統(tǒng)，皆存在諸多的不足之處，包括：第一，加載的張拉力無法精確控制，存在隨機性；第二，腐蝕溶液難以保證不受污染和因素單一；第三，試驗設計相對復雜，進行重復試驗困難，成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種試驗系統(tǒng)及方法，能夠準確、方便、真實的測試預應力錨索在不同應力狀態(tài)下不同環(huán)境中的腐蝕特征，并且可以根據(jù)試驗需求調(diào)整應力大小和溶液特性，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種內(nèi)平衡式預應力錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)，包括固定端支撐鋼板、加載端支撐鋼板、加載活動鋼板、張拉結(jié)構(gòu)支撐鋼管、加載螺栓、加載螺母、加載活動鋼板固定鎖扣、固定鎖扣螺栓、固定鎖扣螺母、腐蝕溶液容器、腐蝕溶液容器蓋、腐蝕容器支撐板、腐蝕溶液容器管箍、管箍錨固螺絲、固定端錨頭、張拉端錨頭、壓力傳感器以及試驗錨索。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的固定端支撐鋼板與加載端支撐鋼板在四個角通過四根無縫鋼管焊接連接；所述的加載活動鋼板四角設圓孔套于支撐鋼管上并能沿鋼管軸向自由移動；所述的加載活動鋼板和加載端支撐鋼板通過螺栓穿過圓孔將兩塊鋼板連接；所述的加載活動鋼板固定鎖扣套于無縫鋼管上；所述的腐蝕溶液容器與腐蝕溶液容器蓋采用粘膠并加密封膠連接以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器蓋中心設孔以允許錨索通過，與錨索采用橡膠柔性填縫劑填充以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器置于腐蝕容器支撐板上，通過腐蝕溶液容器管箍和管箍錨固螺絲固定于腐蝕容器支撐板，腐蝕容器支撐板與支撐鋼管焊接相連；試驗錨索通過固定端錨頭、張拉端錨頭固定于固定端支撐鋼板和加載活動鋼板之間。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的固定端支撐鋼板是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其中心設直徑25mm圓孔以允許錨索通過；所述加載端支撐鋼板是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其中心設直徑120mm圓孔以允許錨索及張拉端錨頭通過。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的加載活動鋼板是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其四角設直徑44mm圓孔套于支撐鋼管上并能沿鋼管軸向自由移動；加載活動鋼板中心設直徑25mm圓孔允許錨索通過。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的加載活動鋼板和加載端支撐鋼板，在其中心位置，沿直徑240mm的圓周均勻布置有8個直徑為18mm的圓孔，通過8個長度為200mm的M18螺栓穿過圓孔將兩塊鋼板連接。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的加載活動鋼板固定鎖扣通過旋轉(zhuǎn)螺栓上的螺母可固定于支撐鋼管上，達到固定加載活動鋼板位置的目的。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的腐蝕溶液容器(10)是由直徑250mm長度500mm的PVC管組成，管兩側(cè)采用PVC管堵頭或清掃口作為腐蝕溶液容器蓋；腐蝕溶液容器與腐蝕溶液容器蓋采用粘膠并加密封膠連接以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器蓋與錨索采用橡膠柔性填縫劑填充以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器置于腐蝕容器支撐板上，通過腐蝕溶液容器管箍和管箍錨固螺絲固定于支撐板；腐蝕容器支撐板與支撐鋼管焊接相連；腐蝕溶液容器上設有加注溶液孔和觀測孔。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述的試驗錨索通過固定端錨頭和張拉端錨頭固定于固定端支撐鋼板和加載活動鋼板，固定端錨頭與固定端支撐鋼板之間設壓力傳感器以測量試驗錨索所受張拉力。

所述內(nèi)平衡式預應力錨索應力腐蝕試驗方法，包括以下步驟：

1)將試驗錨索依次穿過固定端支撐鋼板、腐蝕溶液容器、腐蝕溶液容器蓋以及加載活動鋼板，在固定端支撐鋼板外側(cè)試驗錨索上安裝壓力傳感器，通過固定端錨頭和張拉端錨頭將試驗錨索固定；

2)將腐蝕溶液容器置于腐蝕容器支撐板上，用腐蝕溶液容器管箍和管箍錨固螺絲將腐蝕溶液容器固定于腐蝕容器支撐板上；

3)通過均勻緊固8顆加載螺母對錨索進行張拉，同時監(jiān)測壓力傳感器達到預設拉力值停止；

4)將4個活動鋼板固定鎖扣移至加載活動鋼板處，鎖緊固定鎖扣螺栓以固定加載活動鋼板的位置；

5)向腐蝕溶液容器中加入腐蝕溶液，同時監(jiān)測壓力傳感器進行應力腐蝕試驗。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設計合理、運行高效；通過加固螺栓對錨索進行張拉，可以均勻準確的施加拉力，對不同的設計拉力條件下的應力腐蝕進行研究，方便模擬不同拉力下的錨索應力腐蝕特征；通過壓力傳感器對拉應力進行實時監(jiān)測，可以研究腐蝕條件下錨索內(nèi)應力變化；通過鎖緊固定鎖扣可以固定張拉端錨頭的位置，模擬實際工程中錨索的錨固段情況，確保錨索內(nèi)穩(wěn)定的應力狀態(tài)；通過改變腐蝕溶液的酸堿性、離子類別和濃度以及進行試驗的時間，可以模擬實際工程中錨索的工作環(huán)境，測試不同環(huán)境條件下的錨索應力腐蝕特征。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中內(nèi)平衡式錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)正面示意圖。

圖2為本發(fā)明中內(nèi)平衡式錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)左視圖。

圖3為本發(fā)明中內(nèi)平衡式錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)右視圖。

圖4為圖1中A-A剖面圖。

圖5為圖1中B-B剖面圖。

圖6為圖1中C-C剖面圖。

圖7為圖1中D-D剖面圖。

圖8為圖1中E-E剖面圖。

圖9為活動鋼板固定鎖扣(14)側(cè)視圖。

其中，1-試驗錨索；2-固定端錨頭；3-壓力傳感器；4-固定端支撐鋼板；5-加載活動鋼板；6-加載端支撐鋼板；7-張拉結(jié)構(gòu)支撐鋼管；8-張拉端錨頭；9-腐蝕容器支撐板；10-腐蝕溶液容器；11-腐蝕溶液容器蓋；12-加載螺栓；13-加載螺母；14-加載活動鋼板固定鎖扣；15-固定鎖扣螺栓；16-加載端支撐鋼板中心圓孔；17-加載活動鋼板四角圓孔；18-加載活動鋼板中心圓孔；19-固定鎖扣螺母；20-固定端支撐鋼板中心圓孔；21-腐蝕溶液容器管箍；22-管箍錨固螺絲。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚完整的描述。應該了解，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1～9，本發(fā)明實施例中，一種內(nèi)平衡式預應力錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)，包括固定端支撐鋼板4，加載端支撐鋼板6，加載活動鋼板5，張拉結(jié)構(gòu)支撐鋼管7，加載螺栓12，加載螺母13，加載活動鋼板固定鎖扣14，固定鎖扣螺栓15，固定鎖扣螺母19，腐蝕溶液容器10，腐蝕溶液容器蓋11，腐蝕容器支撐板9，腐蝕溶液容器管箍21，管箍錨固螺絲22，固定端錨頭2，張拉端錨頭8，壓力傳感器3，以及試驗錨索1。

所述的固定端支撐鋼板4與加載端支撐鋼板6在四個角通過四根無縫鋼管7焊接連接；所述的加載活動鋼板5四角設圓孔17套于支撐鋼管7上并能沿鋼管軸向自由移動；所述的加載活動鋼板5和加載端支撐鋼板6通過螺栓12穿過圓孔將兩塊鋼板連接；所述的加載活動鋼板固定鎖扣14套于無縫鋼管7上；所述的腐蝕溶液容器10與腐蝕溶液容器蓋11采用粘膠并加密封膠連接以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器蓋11中心設孔以允許錨索1通過，與錨索1采用橡膠柔性填縫劑填充以防止?jié)B漏；腐蝕溶液容器10置于腐蝕容器支撐板9上，通過腐蝕溶液容器管箍21和管箍錨固螺絲22固定于腐蝕容器支撐板9，腐蝕容器支撐板9與支撐鋼管7焊接相連；試驗錨索1通過固定端錨頭2、張拉端錨頭8固定于固定端支撐鋼板4和加載活動鋼板5之間；

所述的固定端支撐鋼板4是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其中心設直徑25mm圓孔20以允許錨索1通過。加載端支撐鋼板6是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其中心設直徑120mm圓孔16以允許錨索1及張拉端錨頭8通過。固定端支撐鋼板4與加載端支撐鋼板6在四個角通過4根外徑42mm無縫鋼管7焊接連接，達到支撐的作用。

所述的加載活動鋼板5是由邊長為400mm厚度為30mm正方形鋼板組成，其四角設直徑44mm圓孔17套于支撐鋼管7上，在緊固加載螺栓時沿鋼管軸向自由移動，加載活動鋼板5中心設直徑25mm圓孔18允許錨索1通過。

所述的加載活動鋼板5和加載端支撐鋼板6，在以其中心點為圓心沿直徑240mm的圓周均勻布置有8個直徑為18mm的圓孔，通過8個長度為200mm的M18螺栓12穿過圓孔將兩塊鋼板連接，通過緊固這些螺栓拉動加載活動鋼板5可以達到加載的目的。

所述的加載活動鋼板固定鎖扣14通過緊固螺栓15上的螺母19可固定于支撐鋼管7上，達到固定加載活動鋼板5位置的目的。

所述的腐蝕溶液容器10是由直徑250mm長度500mm的PVC管組成，管兩側(cè)采用PVC管堵頭或清掃口作為腐蝕溶液容器蓋11。腐蝕溶液容器10與腐蝕溶液容器蓋11采用粘膠并加密封膠連接以防止?jié)B漏。腐蝕溶液容器蓋11與錨索1采用橡膠柔性填縫劑填充以防止?jié)B漏。腐蝕溶液容器10置于腐蝕容器支撐板9上，腐蝕容器支撐板9與支撐鋼管7焊接相連。腐蝕溶液容器10上設有加注溶液孔和觀測孔，分別用來往容器中加入腐蝕溶液和觀測錨索腐蝕情況。

所述的試驗錨索1通過固定端錨頭2和張拉端錨頭8固定于固定端支撐鋼板4和加載活動鋼板5之間，固定端錨頭2與固定端支撐鋼板4之間設壓力傳感器3以測量試驗錨索1所受張拉力。

一種內(nèi)平衡式預應力錨索應力腐蝕試驗系統(tǒng)及其試驗方法，包括以下步驟：

1)將試驗錨索依次穿過固定端支撐鋼板4、腐蝕溶液容器10及腐蝕溶液容器蓋11以及加載活動鋼板5，在固定端支撐鋼板4外側(cè)試驗錨索上安裝壓力傳感器3，通過固定端錨頭2和張拉端錨頭8將試驗錨索1固定；

2)將腐蝕溶液容器10置于腐蝕容器支撐板9上，用管箍錨固螺絲22和腐蝕溶液容器管箍21將腐蝕溶液容器10固定于腐蝕容器支撐板9上；

3)通過均勻緊固8顆加載螺母13對錨索進行張拉，同時監(jiān)測壓力傳感器3達到預設拉力值停止；

4)將4個活動鋼板固定鎖扣14移至加載活動鋼板5處，鎖緊固定鎖扣螺栓15上的固定鎖扣螺母19，以固定加載活動鋼板5的位置；

5)向腐蝕溶液容器10中加入腐蝕溶液，同時監(jiān)測壓力傳感器3進行應力腐蝕試驗。

顯然，本發(fā)明不限于上述實施例的細節(jié)。上述實施例應被視為是示范性的，而非限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定，且包括落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化。權利要求中的任何附圖標記不應被視為對所涉及的權利要求具有限制性。

此外，本說明書應被視為一個整體，上述實施方式并非本發(fā)明唯一的獨立技術方案，實施例中的技術方案可經(jīng)適當組合調(diào)整，形成本領域技術人員可理解的其他實施方式。