一種鋼筋混凝土粘結(jié)段拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)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(yàn)裝置及試驗(yàn)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(zhǎng)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(píng)價(jià)并延長(zhǎng)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(duì)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(duì)構(gòu)件進(jìn)行腐蝕，待其達(dá)到規(guī)定銹蝕程度后，再對(duì)其粘結(jié)疲勞性能進(jìn)行研究;或者先對(duì)構(gòu)件進(jìn)行一定次數(shù)的疲勞試驗(yàn)，然后再進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，最后對(duì)其粘結(jié)性能進(jìn)行研究。以上研究方法存在如下2個(gè)問(wèn)題:
1、鋼筋銹蝕過(guò)程先于施加試驗(yàn)荷載，而在實(shí)際工程中，銹蝕是在結(jié)構(gòu)受荷過(guò)程中發(fā)生的，兩種影響共同作用可能會(huì)加速結(jié)構(gòu)的劣化。
[0004]2、在銹蝕過(guò)程中，疲勞荷載與銹蝕對(duì)鋼筋與混凝土粘結(jié)疲勞強(qiáng)度的不利影響沒(méi)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(duì)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(wú)法深入開(kāi)展的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有裝置無(wú)法實(shí)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(yàn)裝置，該試驗(yàn)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(yàn)。
[0006]為了實(shí)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(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括通過(guò)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(kāi)有供鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過(guò)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(guò)相應(yīng)的導(dǎo)線與直流電流儀電連接。
[0007]由此，通過(guò)同時(shí)對(duì)鋼筋混凝土粘結(jié)段進(jìn)行拉拔疲勞與腐蝕耦合試驗(yàn)，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(yàn)，同時(shí)可模擬干濕循環(huán)及浸沒(méi)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(shí)施例，還可以對(duì)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(shí)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(guò)穿過(guò)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(dòng)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(guò)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(shí)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(kāi)有底板孔，鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過(guò)底板孔后通過(guò)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(guò)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(guò)閥門(mén)分割為儲(chǔ)液箱和浸泡箱上下兩層，且儲(chǔ)液箱和浸泡箱之間通過(guò)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(chǔ)液箱和浸泡箱之間的通閉，所述閥門(mén)包括帶孔的金屬閥板，通過(guò)彈簧固定在閥板上下表面上的兩個(gè)電磁鐵;兩個(gè)電磁鐵中，一個(gè)電磁鐵設(shè)置在閥板的孔的正上方，另一個(gè)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(jì)時(shí)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(dòng)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(gè)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(yàn)裝置對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行耦合試驗(yàn)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(yàn)裝置后，將鋼筋混凝土置放于腐蝕箱內(nèi)，同時(shí)使鋼筋混凝土的鋼筋自由端穿過(guò)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(yáng)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(kāi)啟腐蝕循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行腐蝕，同時(shí)啟動(dòng)疲勞拉壓裝置軸向下拉鋼筋，模擬對(duì)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(yàn)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(guò)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(yáng)極、不銹鋼板作為陰極分別接入直流電流儀;開(kāi)啟儲(chǔ)液箱閥門(mén)，將配置好的腐蝕溶液裝入浸泡箱，關(guān)閉儲(chǔ)液箱閥門(mén)。最后在疲勞加載控制器上輸入疲勞荷載大小、加載頻率;開(kāi)始加載的同時(shí)，開(kāi)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(dú)加載，可有效模擬兩種材料的真實(shí)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(yàn)。
[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(jiǎn)單，便于拆卸和拼裝，荷載轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)置實(shí)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(yàn)；
3、可模擬干濕循環(huán)及浸沒(méi)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0020]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(dòng)閥門(mén)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(shí)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(yàn)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(jì)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(gè)立柱5通過(guò)螺栓與鋼板一2連接，并且穿過(guò)作為限位板的鋼板二3通過(guò)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(gè)立柱6通過(guò)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(gè)立柱6頂端，鋼板二 3中心處開(kāi)孔，試件鋼筋由此孔穿過(guò)，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(guò)螺栓固定于橫梁9中部，橫梁9兩端通過(guò)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(jì)時(shí)器、導(dǎo)管、閥門(mén)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)