CN102466586B - 钢筋混凝土耐久性试验用疲劳加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土耐久性试验用疲劳加载装置，包括触摸屏、控制器、电动液压泵、电磁换向阀和加载组件；加载组件一挡板内侧固定一液压千斤顶，另一挡板内侧固定一压力传感器，之间平行放置数块可滑动的滑板和由四点弯曲垫板与橡胶盒组成的试件盒，试件盒内放试件；触摸屏、控制器、压力传感器、电动液压泵和电磁换向阀通过数据线连接，液压千斤顶通过管路与电磁换向阀和电动液压泵连通。本发明装置可以模拟实际工程中疲劳荷载、化学侵蚀、干湿循环或冻融循环共同作用于混凝土构件的真实工况，从而使实验室测得的数据更具有工程参考价值。

Description

钢筋混凝土耐久性试验用疲劳加载装置

技术领域

本发明涉及多因素耦合作用下实验室和工程中钢筋混凝土耐久性能的研究及测试，更具体涉及一种冻融循环与盐溶液侵蚀耦合作用下钢筋混凝土疲劳加载装置。适用于考虑冻融循环与侵蚀性盐溶液条件下钢筋混凝土的疲劳测试试验。

背景技术

在服役条件下钢筋混凝土在许多场合都承受疲劳荷载的作用，特别是公路路面、桥面、铁路轨枕、机场道面等对钢筋混凝土材料的疲劳性能都有很高的要求。同时，疲劳荷载也会促进侵蚀性介质对钢筋混凝土腐蚀损伤的积累，从而加速钢筋混凝土材料的疲劳破坏。研究表明，疲劳破坏是钢筋混凝土材料破坏的主要形式之一。

疲劳的一个明显特性是与时间的相关性非常密切，现有公路混凝土的疲劳试验或分析，一般在空气中进行，采用的是一种荷载损伤积累与时间无关的试验，省去了时间对其损伤程度的影响，这样可以在试验时适当地提高加载频率以缩短试验时间。但由于疲劳对时间的依赖性，分析和试验所用荷载谱不但要给出荷载谷、峰值的大小，而且还必须给出荷载由峰(谷)值到达谷(峰)值的时间增量，如果有荷载保持时间，必须把荷载及其保持时间加入到荷载谱中，不能像处理常规疲劳荷载那样把持久荷载简单地忽略不计。

由于疲劳对时间的依赖性，尽管在多种因素的耦合作用下，这种试验的周期也很长，如果采用人工加载和卸载将是一项劳动量非常大，并且也难以保证按照设计荷载谱的要求进行加载的准确性。

因此，如何有效的模拟出服役条件下钢筋混凝土在多种因素耦合作用下的疲劳损伤过程，将直接影响到试验结果的可信度，并最终影响到依据这些试验参数而设计和施工的钢筋混凝土结构的安全性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供了一种冻融循环与盐溶液侵蚀条件下钢筋混凝土耐久性试验用疲劳加载装置。

本发明采用技术方案为：一种混凝土耐久性试验用疲劳加载装置，包括触摸屏、控制器、电动液压泵、电磁换向阀和加载组件；所述加载组件包括固定的左右挡板，其中一挡板内侧固定一液压千斤顶，另一挡板内侧固定一压力传感器，压力传感器和液压千斤顶之间平行放置数块可滑动的滑板和由四点弯曲垫板与橡胶盒组成的试件盒，试件盒内放试件；所述触摸屏与控制器数据线连接，压力传感器与控制器数据线连接，控制器与电动液压泵和电磁换向阀数据线连接，液压千斤顶通过管路与电磁换向阀和电动液压泵连通。

所述左右挡板的四个角上各设有一个带螺纹的孔，通过大丝杠连接固定。

加载组件中左右挡板6A、6B之间上部固定两根水平的定位杆，下部水平固定一承托板，所述试件盒放置在该承托板上并限位于两定位杆之间。

所述滑板上端设两圆孔，通过该圆孔穿过两定位杆而悬挂在定位杆上。

四点弯曲垫板卡放在橡胶盒的左、右两侧壁，四点弯曲垫板的半圆辊面接触试件的非成型面。

该混凝土耐久性试验用疲劳加载装置还包括一快速冻融循环仪箱体，其中装有冷冻液，所述加载组件装入其中并浸泡在冷冻液中。

所述橡胶盒上端敞口，其中装有侵蚀性盐溶液，试件浸泡在该侵蚀性盐溶液中。

所述电动液压泵出液口通过胶管与三通电磁阀连接。

所述三通电磁阀进口通过胶管与电动液压泵连接，常开出口和常闭出口通过胶管与液压千斤顶连接。

本发明混凝土耐久性试验用疲劳加载装置，左右挡板上的四个角上各设有一个带螺纹的孔，通过四根大丝杠连接左右挡板，右挡板上固定液压千斤顶，液压千斤顶通过胶管与三通电磁换向阀相连接，三通电磁换向阀的进口端与电动液压泵的输出端相连接，所述的电动液压泵与可编程序控制器PLC输出端相连，可编程序控制器输入端与触摸屏相连接，另一端与压力传感器相连；压力传感器和液压千斤顶之间放置滑板和由四点弯曲垫板与橡胶盒组成的试件盒，100mm×100mm×400mm的钢筋混凝土试件和侵蚀性盐溶液放置于试件盒中，为确保试件位于两块四点弯曲垫板之间，使用定位杆和承托板固定试件的位置，施加荷载后试件盒之间通过四点弯曲垫板和滑板相接触，整个系统中的加载部分放置于快速冻融循环试验仪箱体中，以满足冻融循环的环境条件。该外部环境条件可以根据试验设计进行选择，在这里选择的是比较普遍的冻融循环条件。

应用所述的一种冻融循环与盐溶液侵蚀条件下钢筋混凝土智能液压加载装置，其步骤为：

第一步，将100mm×100mm×400mm的钢筋混凝土试件放入橡胶盒中并加入试验所需浓度的侵蚀性盐溶液，试件的非成型面与四点弯曲垫板的半圆辊接触；

第二步，接通系统电源，在触摸屏上输入要施加的疲劳荷载历程，设定好系统的精度范围，确定后开始施加荷载；

第三步，启动电动液压泵施加的同时，电磁换向阀的常开出口4A是打开的，常闭出口4B是关闭的，电动液压泵输出的液压油经4A使液压千斤顶动作并带动滑板滑行，与四点弯曲垫板接触后，带动在承托板上的试件盒滑行，使得试件盒中的试件依次受力，最后一块滑板与压力传感器接触后，压力传感器将测得的压力数值传给可编程序控制器PLC做计算，直至达到目标设定值时自动停止电动液压泵动作，完成加载并进行保压，达到保压时间后，电磁换向阀开始动作，此时常开出口4A关闭，常闭出口4A打开，液压油经常闭出口4B回流到电动液压泵的油缸内，完成泄压，保压一段时间后，又开始加压。如此反复按照设定的疲劳加载历程进行加载、保压、卸载、保压的周期性动作；

第四步，将加载组件部分放入到快速冻融循环试验箱中进行冻融循环，直至达到目标试验时间，关闭智能液压加载装置系统电源，待液压千斤顶归位后取出试件进行其它试验参数的测量。

本发明的疲劳加载装置可以根据试验需要调节疲劳加载的荷载谱，自动化程度高，操作方便，控制精度高，大大减少了人工进行疲劳加载的工作量，可以模拟钢筋混凝土在服役条件下的疲劳损伤情况，尤其适合于冻融循环和盐溶液侵蚀作用下钢筋混凝土的疲劳试验，通过模拟钢筋混凝土的实际服役条件可使试验得到的试验参数更加真实可靠。

本发明主要有以下几个优点：

1.施加疲劳荷载精确高。采用闭环控制，荷载的误差范围可控制在±2％以内；

2.疲劳加载的历程可调。可以设定荷载由峰(谷)值到达谷(峰)值的时间增量以及荷载保持时间，提高了适应不同疲劳加载要求的能力，可以方便的模拟钢筋混凝土的服役工况；

3.良好的可观察性。试验人员可以通过触摸屏上的显示，观察试件在疲劳加载过程中的荷载变化情况，监测试件的疲劳损伤历史；

4.加载量程范围大，可用于测试不同标号钢筋混凝土试件。电动液压泵可以输出0-100KN的荷载，适应范围广；

5.自动化程度高，劳动强度小。操作步骤少，操作人员容易上手，能够24小时工作，不需人工加载，大大减小了劳动强度；

6.疲劳加载装置具备良好的抗腐蚀性能。加载装置和部件均采用不锈钢制造，大大提高了抗腐蚀能力。

附图说明

图1为本发明冻融循环与盐溶液侵蚀性条件下钢筋混凝土疲劳加载装置的结构示意图。

图2为图1中疲劳加载组件的结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为疲劳荷载谱。

图中：1-触摸屏，2-可编程序控制器PLC，3-电动液压泵，4-三通电磁换向阀，4A-电磁换向阀常开出口，4B-电磁换向阀常闭出口，5-快速冻融循环仪箱体，6-加载组件，6A、6B-左右挡板，7-液压千斤顶，8-滑板，9-橡胶盒，10-大丝杠，11-定位杆，12-压力传感器，13承托板，14-四点弯曲垫板，15-试件，16-四点弯曲垫板上的半圆辊。图1中，虚线表示为数据线连接，实线表示为管路连通。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的具体实施方式。

参见图1所示，本发明冻融循环与盐溶液侵蚀性条件下钢筋混凝土疲劳加载装置包括触摸屏1、控制器2、电动液压泵3、三通电磁换向阀4、快速冻融循环仪箱体5和加载组件6。其中：

触摸屏1是一个人机对话界面，与控制器2通过数据线连接，能够通过它将疲劳加载历程的要求输入到控制器2中，还能够在试验过程中实时观察疲劳荷载的变化情况；

控制器2为可编程序控制器PLC，是整个装置的计算中心，负责收集从加载组件6的压力传感器12(参见图2和图3)中接收信号，与触摸屏1中输入的数据做逻辑运算以及顺序控制，从而做出电磁换向阀4的4A和4B出口通断和电动液压泵3是否动作的命令；

电动液压泵3与加载组件6中的液压千斤顶7(参见图2和图3)通过管路连通，经电磁换向阀4向液压千斤顶7提供液压油的装置；电动液压泵3还与控制器2通过数据线连接，受到可编程序控制器PLC 2的控制进行开启或关闭；

电磁换向阀4是负责液压油路通断的，相当于是一个加载和卸载的开关，安装在电动液压泵3和液压千斤顶7的连接管路上，其具有一个入口和常开出口4A、常闭出口4B；电磁换向阀4还受到可编程序控制器PLC 2的控制，在进行加载时，三通电磁换向阀4的常开出口4A打开，常闭出口4B关闭，电动液压泵3输出端的液压油通过三通电磁换向阀4的常开出口4A打入液压千斤顶7的液压油缸，驱动液压千斤顶7动作；在泄压时，三通电磁换向阀4的常开出口4A关闭，常闭出口4B打开，液压千斤顶7液压油缸内的液压油通过常闭出口4B回流到电动液压泵3液压油缸内，完成泄压；

快速冻融循环仪箱体5提供一种实验环境，箱体中充满防冻液，加载组件6放置其中，能够起到快速的冻融循环作用；

加载组件6中放置受试钢筋混凝土试件15，并能持续向试件15施加疲劳荷载；加载组件6放置在快速冻融循环仪箱体5的防冻液中，可以实现冻融环境下试件15的加载；

具体的加载组件6可以为智能液压加载系统，参见图2和图3所示，它包括左右挡板6A、6B，连接在左右挡板6A、6B上的四根大丝杠10，右挡板6B内侧固定一液压千斤顶7，左挡板6A内侧固定一压力传感器12；压力传感器12和液压千斤顶7之间放置数块滑板8和由四点弯曲垫板14与橡胶盒9组成的试件盒，试件15和侵蚀性盐溶液装于试件盒中，试件15位于两块四点弯曲垫板14之间，试件盒的定位通过定位杆11和承托板13完成；其中：

左右挡板6A、6B的四个角上各设有一个带螺纹的孔，通过大丝杠10连接，起到支撑液压千斤顶7与压力传感器12并能够使试件15受力的作用；

液压千斤顶7是动力元件，通过油管与三通电磁换向阀4的常开出口4A和常闭出口4B相连，负责荷载输出；

压力传感器12负责采集压力信号，将试件15的受力数值通过数据线传输到可编程序控制器PLC 2上；

定位杆11为两根，是光滑的圆杆，固定在左右挡板6A、6B之间并位于上端大丝杠10的下方；

滑板8上端设两圆孔，通过该圆孔穿过两定位杆11而悬挂在定位杆11上(滑板8下部自由)，滑板8能够左右移动，在液压千斤顶7动作后向左移动，进而推动四点弯曲垫板14及半圆辊面16和橡胶盒及其中的试件15向左移动，直至接触压力传感器12使其能够测得输出的荷载值；

橡胶盒9上端敞口，其中放置试件15、四点弯曲垫板14和盛放侵蚀性盐溶液，四点弯曲垫板14卡放在在橡胶盒9内的左、右两侧壁，中间放试件15，四点弯曲垫板14的半圆辊面16接触试件15的非成型面，需要时注入侵蚀性盐溶液浸泡试件15；以此形成试件盒；

四根大丝杠10将左右挡板6A、6B连接在一起，也是受拉杆；

承托板13为一块表面光滑的平板，固定在左右挡板6A、6B之间并位于下端大丝杠10的下方，主要承托橡胶盒9及附着其上的四点弯曲垫板14和试件15，保证试件盒在同一水平面上；试件盒的上端卡放在两根定位杆11之间，保证一组试件在一条直线上，受力后不会歪斜；

试件15是试验用的钢筋混凝土试件。

通过以上各部件组装得到加载组件6，将其装入快速冻融循环仪箱体5中，将压力传感器12与控制器2信号连接，液压千斤顶7与三通电磁换向阀4和电动液压泵3管路相连后形成本发明疲劳加载装置的一种具体实施方式。可以明确的是，在不需要模拟冻融环境时，可以省略使用快速冻融循环仪箱体5，即形成本发明另一实施方式；在不需要模拟盐溶液侵蚀环境时，橡胶盒9中不必加入侵蚀性盐溶液，即形成本发明再一实施方式。

一个典型的试验操作过程如下(参见图1)：

第一步，将带有四点弯曲垫板14的橡胶盒9放入两个滑板8之间，置于两根定位杆11内侧，并位于承托板13之上，将养护到规定龄期的100mm×100mm×400mm的钢筋混凝土试件15放入到橡胶盒9中并加入试验所需浓度的盐溶液，保证试件15的非成型面与四点弯曲垫板14的半圆辊面16接触；

第二步，接通系统电源，然后在触摸屏1上输入设计好的疲劳加载历程(见图4)和精度范围，检查系统各部分是否正常，确定后将自动启动电动液压泵3；

第三步，启动电动液压泵3进行加压的同时，电磁换向阀4的常开出口4A打开，常闭出口4B关闭，电动液压泵3输出的液压油经4A使液压千斤顶7动作并向左运动并带动滑板8向左滑行，与四点弯曲垫板14接触后，带动在承托板13上的橡胶盒9向左滑行，使得橡胶盒9中的试件15依次受力，最后最左侧的滑板8与压力传感器12接触后，压力传感器12将测得的荷载数值传给可编程序控制器PLC 2做计算，直至达到目标设定值时自动停止电动液压泵3动作，完成加载并进行保压，达到保压时间后，可编程序控制器PLC 2命令电磁换向阀4的常开出口4A关闭，常闭出口4B打开，液压油经常闭出口4B回流到电动液压泵3的油缸内，完成泄压；如此按照设定的疲劳加载历程反复进行加载、保压、卸载、保压的周期疲劳动作；

第四步，将加载组件6放入到快速冻融循环仪箱体5中以耦合服役环境进行冻融循环，直至达到目标试验时间，先切断智能液压加载装置系统的电源，待液压千斤顶7向右归位后取出试件15用于其他耐久性能参数的测量，至此试验完成。

Claims (10)

1.一种混凝土耐久性试验用疲劳加载装置，其特征在于：包括触摸屏、控制器、电动液压泵、三通电磁换向阀和加载组件；所述加载组件包括固定的左右挡板，其中一挡板内侧固定一液压千斤顶，另一挡板内侧固定一压力传感器，压力传感器和液压千斤顶之间平行放置数块可滑动的滑板和置于相邻滑板之间的由四点弯曲垫板与橡胶盒组成的试件盒，试件盒内放试件，所述试件位于两块四点弯曲垫板之间；所述触摸屏与控制器数据线连接，压力传感器与控制器数据线连接，控制器与电动液压泵和所述三通电磁换向阀数据线连接，液压千斤顶通过管路与所述三通电磁换向阀连接，所述三通电磁换向阀通过管路与电动液压泵连通。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述左右挡板的四个角上各设有一个带螺纹的孔，左右挡板通过四根大丝杠连接固定。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：加载组件中左右挡板(6A、6B)之间上部固定两根水平的定位杆，下部水平固定一承托板，所述试件盒放置在该承托板上并限位于两定位杆之间。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于：所述滑板上端设两圆孔，通过所述两圆孔穿过两定位杆而使所述滑板悬挂在定位杆上。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：四点弯曲垫板卡放在橡胶盒的左、右两侧壁，四点弯曲垫板的半圆辊面接触试件的非成型面。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于：还包括一快速冻融循环仪箱体，其中装有冷冻液，所述加载组件装入其中并浸泡在冷冻液中。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于：所述橡胶盒上端敞口，其中装有侵蚀性盐溶液，试件浸泡在该侵蚀性盐溶液中。

8.根据权利要求1至7任一所述装置，其特征在于：所述电动液压泵出液口通过胶管与所述三通电磁换向阀连接。

9.根据权利要求1至7任一所述装置，其特征在于：所述三通电磁换向阀进口通过胶管与电动液压泵连接，常开出口和常闭出口通过胶管与液压千斤顶连接。

10.根据权利要求8所述装置，其特征在于：所述三通电磁换向阀进口通过胶管与电动液压泵连接，常开出口和常闭出口通过胶管与液压千斤顶连接。

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