CN103743587A - 海洋环境与动载耦合试验设备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋环境与动载耦合试验设备系统，其包括：（1）海洋环境模拟环境箱设备；及（2）电液伺服动静试验机，所述电液伺服动静试验机包括对试件施加动力荷载的试验机加载头、动力荷载控制电路，还包括用于对所述盐水喷洒装置提供盐水及压缩空气的电控柜，电控柜与所述盐水喷洒装置之间通过气管和水管连接；试件由夹持件固定于所述海洋环境模拟环境箱箱体内试样支座上，在盐水浸泡、盐水涨落、盐水喷雾的不同环境下由电液伺服试验机加载压缩、拉伸及弯曲变形荷载。本发明可以为试验试件同时提供动态荷载及盐水浸泡、盐水涨落及盐雾喷洒环境，可模拟海洋水下区、水位变动区及浪溅区等海洋环境条件下海工结构服役的特点。

Description

海洋环境与动载耦合试验设备系统

技术领域

本发明涉及一种海洋环境与动载耦合试验设备系统，可模拟海工结构处于海洋腐蚀环境与动荷载同时作用的实际服役情况，可用于跨海桥梁、海港码头结构构件实际服役状态的模拟试验，可作为海工结构安全性与耐久性评价的试验设备，可应用于海工结构领域的科研、生产与鉴定。

背景技术

目前国内建造了大量跨海桥梁与海港码头，随着使用年限的增加，这些结构在海洋环境与荷载共同作用下大都出现了钢筋锈蚀、构件断裂等局部损伤，部分结构甚至出现了结构局部倒塌、整体滑移等严重的破坏情况。海工结构的局部及整体破坏给国家造成了巨大经济损失，结构过早失效的根本原因主要是海工结构在承受外载荷的同时还经历着海洋环境作用。多因素共同作用时，对混凝土的破坏作用并不是各单一因素作用的简单叠加，各因素产生的交互作用使得实际服役中的混凝土破坏过程复杂化，也使得从单一因素作用条件下研究所得结论和经验公式具有一定的局限性。因此，开展海洋环境与动载耦合作用对海工混凝土耐久性的影响研究具有现实意义。

从国内外研究现状来看，考虑荷载与环境耦合作用下的混凝土耐久性研究已经得到业界的重视，许多大学和科研机构都开展了此方面的研究工作，我国在这方面的研究基本与国外同步，也取得了不少研究成果。但总体来说，无论国内还是国外，研究人员对多因素作用下的结构耐久性破坏大都集中的理论分析方面，缺乏相关试验成果，这是由于耦合作用的加载试验装置设计复杂造成的。目前少量的试验成果多集中在静载荷与环境因素的耦合作用，至于疲劳载荷与环境因素耦合作用的研究报道就更少，且多以间接方式–交替作用来研究循环载荷与腐蚀介质对结构的影响。因此，此类研究仍处于起步阶段，从现有研究资料来看，目前该类试验方面存在以下问题：

（1）目前研究没有考虑工程结构的实际服役情况，仅仅从理论研究角度设计荷载试验，部分海水环境浸泡或喷洒是在卸载以后进行的，或者交替进行的，没能充分考虑荷载与环境侵蚀的耦合效应；

（2）研究仅限于室内试验，缺乏对实际工程长期耐久性的了解，多数研究成果仅得出外加应力水平对混凝土抗氯离子渗透性能的定性表述，无法建立快速试验与实际工程长期耐久性之间的定量关系。

总体来说，现有试验方法不能代表实际工程状态，研究成果尚需进一步深化才能用于指导实际工程的设计施工，还需开展更为系统、详细的研究工作。因此，本专利针对这一技术难题，发明一种海洋环境与动载耦合试验设备系统，以实现对海工混凝土实际服役状态的真实模拟，专利主要根据是系统并全面的开展混凝土耐久性研究的前提条件。

发明内容

本发明的目的是为了开发和研制一种适合海洋工程构件在海洋环境和动载同时作用下的耦合试验设备系统。本发明的目的是通过下述技术方案实现的:

海洋环境与动载耦合试验设备系统，其包括：

（1）海洋环境模拟环境箱设备，所述海洋环境模拟环境箱设备包括环境箱及盐水喷洒装置，所述盐水喷洒装置包括设置于环境箱箱体内的盐水喷洒喷头，环境箱箱体内设置有溢流口及排水口；及

（2）电液伺服动静试验机，所述电液伺服动静试验机包括对试件施加动力荷载的试验机加载头、动力荷载控制电路，还包括用于对所述盐水喷洒装置提供盐水及压缩空气的电控柜，电控柜与所述盐水喷洒装置之间通过气管和水管连接；

试件由夹持件固定于所述海洋环境模拟环境箱箱体内的试件支座上，在盐水浸泡、盐水涨落、盐水喷雾的不同环境下由电液伺服试验机加载压缩、拉伸及弯曲变形荷载。

作为本发明中的海洋环境与动载耦合试验设备系统，通过海洋环境模拟环境箱设备及动载加载设备的配合，可实现海洋环境下的加载试验，较为真实的海工结构的实际服役情况。

所述电液伺服动静试验机通过动力荷载控制电路可对试验机加载头施加正弦、方波、三角波、单调波和简单正弦叠加波荷载。

所述电液伺服动静试验机通过动力荷载控制电路设置所述环境箱箱体内水面涨落潮、喷洒盐雾的间歇喷洒周期或连续喷洒操作、涨落周期、喷雾压力及喷雾时间。从而模拟出更多样及更真实的海洋环境，喷雾时间及周期可随意设定；盐雾喷洒分布均匀，盐雾沉降自由调节。

所述电液伺服动静试验机最大静态试验力为±500kN，最大动态试验力为±400kN，频率范围为0.01～20hz，作动器行程为±75mm，精度为示值的±1%。

所述环境箱箱体内还设置有盐雾沉降量测量装置及液位控制装置，以准确测量盐雾的沉隆量及液位的控制。

所述环境箱箱体为密封结构，箱盖采用双开铰链“门”开启方式采用自动气弹簧；开孔处采用伸缩式护罩密封；“门框”用硅橡胶条密封；此外，两侧“门”上采用防雾玻璃作为观察窗。

所述环境箱箱体的侧面安装盐水和盐雾凝结水的喷洒孔，并预留引线孔，试件上安设有应变片并环境箱外的测试仪器通过连接线相连，连接线从所述引线孔穿出环境箱；引线孔配备螺旋塞，螺旋塞作用为连接线穿出后可堵塞缺口。

所述环境箱箱体内底面开有两条平行型槽作为试件支座的滑行轨道。

所述环境箱底部装配有底轮，可沿轨道滑入电液伺服动静试验机下方，并通过螺栓连接固定环境箱与电液伺服动静试验机的相对位置。通过此种方式将箱体底板承受的载荷传至电液伺服动静试验机底部支座上。

本试验设备及系统简单易行、安全可靠、加载精度高、密封型强，特别适合于海工混凝土结构在海洋环境和动载共同作用下的试验。

附图说明

图1海洋环境与动载耦合试验设备系统示意图。

图2海洋环境箱内部结构示意图。

电控柜1  油源2  主机3  环境箱4  双开铰链门4.1  伸缩式护罩4.2喷洒孔4.3  引线孔4.4  盐雾沉降量测量装置4.5  底轮4.6  底轮轨道5  橫梁6  立柱7

具体实施方式

如图1所示的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其包括海洋环境模拟环境箱设备及电液伺服动静试验机。

所述海洋环境模拟环境箱设备包括环境箱4及盐水喷洒装置，如图2所示，环境箱4为大致为长方体的箱体，为密封箱形式。箱体采用不锈钢钢板，四面有角钢支撑，其具有上盖，该上盖采用双开铰链门4.1形式，即上盖由两个铰链门相向开启及闭合，开启或闭合方式通过自动气弹簧实现；双开铰链门的开孔处采用伸缩式护罩4.2密封，双开铰链门的框架采用硅橡胶条密封，两侧的门则采用防雾玻璃作为观察窗。环境箱箱体侧壁设置有盐雾沉降量测量装置4.5及液位控制装置。环境箱箱体的侧壁还安装有盐水和盐雾凝结水的喷洒孔4.3，喷洒孔4.3设置有多个，例如10～15个，均布于箱体内侧壁。箱体侧壁预留引线孔4.4；试件上的应变片与测试仪器（如测试试件应变的动态测试仪）通过连接线相连，连接线从环境箱内经由引线孔穿出，引线孔配备螺旋塞，在连接线穿出后可堵塞缺口。环境箱箱体内侧壁靠下位置设置有溢流口，底部设置有排水口。环境箱箱体内底面开有两条平行型槽作为试件支座的滑行轨道。试件由夹持件固定于所述环境箱箱体内，在盐水浸泡、盐水涨落、盐水喷雾的不同环境下由电液伺服试验机加载压缩、拉伸及弯曲变形荷载。

环境箱底部装配有底轮4.6，可沿轨道滑入电液伺服动静试验机下方，并通过螺栓连接固定环境箱与电液伺服动静试验机的相对位置。

所述盐水喷洒装置包括设置于环境箱箱体内的盐水喷洒喷头及连接于箱体外的盐水、压缩空气管路。

所述电液伺服动静试验机包括主机3、电控柜1、油源2。主机3固定于机架上，机架上设置有底轮轨道5，供环境箱底轮行走。主机3设置有对试件施加动力荷载的试验机加载头和动力荷载控制电路，电控柜于对所述盐水喷洒装置提供盐水及压缩空气，电控柜与所述盐水喷洒喷头之间通过气管和水管连接。油源供应至液压装置，驱动试验机加载头做出压缩、拉伸、弯曲等动作。

所述电液伺服动静试验机通过动力荷载控制电路可对试验机加载头施加正弦、方波、三角波、单调波和简单正弦叠加波荷载，还可以设置所述环境箱箱体内水面涨落潮、喷洒盐雾的间歇喷洒周期或连续操作、涨落周期、喷雾压力及喷雾时间。所述电液伺服动静试验机最大静态试验力为±500kN，最大动态试验力为±400kN，频率范围为0.01～20hz，作动器行程为±75mm，精度为示值的±1%。

本技术按以下步骤进行动载与海洋环境耦合试验：

（1）试验前，由试验负责人检查盐水箱中的盐水量是否满足试验要求；盐雾机是否工作正常；环境箱中的喷水口是否打开；检查油管是否漏油（观察地面）。防止开机时，油管压力突然增大，液压油从缝隙喷射出来；

（2）试件入箱前，应将环境箱底轮恢复并滑出；入箱时采用吊机操作，缓缓将试件放入环境箱，避免试件与环境箱侧面发生碰撞；试件放入时注意支撑点的准确定位；

（3）试件加载前，将环境箱滑到主机下方，固定底轮并定位加载位置；

（4）调整动态测试仪，连接桥合线路，检查测试仪是否正常工作；

（5）启动电控柜前，必须先启动电脑及DOLI控制器，并设置试验相关参数，防止油泵失控；

（6）启动电源总开关，并在油泵启动前打开冷却水及风扇开关，防止机器过热；

（7）启动电控柜后，调整油泵压力，压力不小于12MPa，一般取为15MPa，防止压力过小时横梁6沿立柱7滑落；

（8）加载软件控制时，确保试验试件开始受力，然后调整荷载、频率等试验参数；合上环境箱上盖，然后打开喷洒装置，检查环境箱密封性能，并打开动态测试仪，准备加载；

（9）对试件动力加载过程中，现场负责人观察仪器运行是否正常，并定期检查盐水箱中盐水量，以保证试验期间盐雾连续喷洒；

（10）达到加载次数后，电液伺服动静试验机自动停止加载，此时关闭喷洒系统，将荷载卸载为0，并使横梁上升至距离试件顶面15cm以上；

（11）试验结束后，先按顺序关闭油泵、电控柜、冷却水开关、风扇开关、总开关；最后关闭电脑及DOLI控制器。

Claims (9)

1.海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于，包括： 

（1）海洋环境模拟环境箱设备，所述海洋环境模拟环境箱设备包括环境箱及盐水喷洒装置，所述盐水喷洒装置包括设置于环境箱箱体内的盐水喷洒喷头，环境箱箱体内设置有溢流口及排水口；及 

（2）电液伺服动静试验机，所述电液伺服动静试验机包括对试件施加动力荷载的试验机加载头、动力荷载控制电路，还包括用于对所述盐水喷洒装置提供盐水及压缩空气的电控柜，电控柜与所述盐水喷洒装置之间通过气管和水管连接； 

试件由夹持件固定于所述海洋环境模拟环境箱箱体内试样支座上，在盐水浸泡、盐水涨落、盐水喷雾的不同环境下由电液伺服试验机加载压缩、拉伸及弯曲变形荷载。 

2.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述电液伺服动静试验机通过动力荷载控制电路可对试验机加载头施加正弦、方波、三角波、单调波和简单正弦叠加波荷载。 

3.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述电液伺服动静试验机通过动力荷载控制电路设置所述环境箱箱体内水面涨落潮、喷洒盐雾的间歇喷洒周期或连续喷洒操作、涨落周期、喷雾压力及喷雾时间。 

4.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述电液伺服动静试验机最大静态试验力为±500kN，最大动态试验力为±400kN，频率范围为0.01～20hz，作动器行程为±75mm，精度为示值的±1%。 

5.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述环境箱箱体内还设置有盐雾沉降量测量装置及液位控制装置。 

6.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述环境箱箱体为密封结构，箱盖采用双开铰链“门”开启方式采用自动气弹簧；开孔处采用伸缩式护罩密封；“门框”用硅橡胶条密封；此外，两侧“门”上采用防雾玻璃作为观察窗。 

7.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述环境箱箱体的侧面安装盐水和盐雾凝结水的喷洒孔，并预留引线孔，试件上安设有应变片并环境箱外的测试仪器通过连接线相连，连接线从所述引线孔穿出环境箱；引线 孔配备螺旋塞，螺旋塞作用为连接线穿出后可堵塞缺口。 

8.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述环境箱箱体内底面开有两条平行型槽作为试件支座的滑行轨道。 

9.根据权利要求1所述的海洋环境与动载耦合试验设备系统，其特征在于：所述环境箱底部装配有底轮，可沿轨道滑入电液伺服动静试验机下方，并通过螺栓连接固定环境箱与电液伺服动静试验机的相对位置。