CN103743626A - 一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，由加载组件、箱体、蓄能罐、氮气瓶和工业计算机组成，加载组件置于箱体中，加载组件一端与工业计算机相连，另一端与蓄能罐相连；蓄能罐一端与氮气瓶相连，另一端与工业计算机相连；加载组件由反力架、平放于反力架上的试件盒、内置于试件盒的钢筋混凝土梁、设于钢筋混凝土梁上方的分配梁、依次安装在分配梁顶端的千斤顶和传力板组成。本发明具有如下优点：①具备良好的抗腐蚀性能；②能够自由控制弯曲荷载；③应用范围大；④自动化程度高；⑤试验相似性高。采用本发明提供的测试方法所得到的数据与真实环境相似性高，评价指标丰富，测试数据较精准，具有科学评估价值。

Description

一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及混凝土结构的耐久性测试技术领域，具体涉及一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置及测试方法。

背景技术

近年来，我国沿海地区正在大规模的建设基础设施，对经济发展起到拉动作用。特别是大型交通基础设施的开发和利用，是一个区域经济发达程度的重要指标之一。目前，大型交通基础设施仍以钢筋混凝土结构为主体。耐久性则支配着钢筋混凝土结构的整个服役过程，在长期使用过程中，由于耐久性不足，导致结构的过早失效甚至彻底损坏，产生的后果非常严重，不容忽视。

根据科学调查显示，在20世纪90年前我国修建的海港工程，一般使用10～20年就会出现严重的耐久性问题，80%以上的港口工程基本都发生了严重的耐久性问题，结构的使用寿命基本达不到设计要求。位于水位变动区的构件的耐久性问题较为突出。而且，随着我国经济的发展，现役桥梁、港口等基础设施都面临着超载的问题，外部荷载逐年增加，这也大大降低了结构的可靠度。国家每年都要花费巨额资金投入到基础设施的维护、维修和加固改造上，给国家的经济带来了巨大的损失。

众所周知，在服役条件下钢筋混凝土材料的耐久性能是一个非常复杂的问题，在正负温度变化频繁的地区，影响钢筋混凝土材料耐久性能的主要因素是冻融循环、盐溶液侵蚀、水位变动以及服役条件下的弯曲荷载。如，在我国北方的沿海地区，大型基础设施面临的主要耐久性问题就是冻融问题、盐冻问题等。而传统的研究仅局限于单一因素作用下的耐久性研究，这种单一因素的研究结果并不能够全面、客观地反映钢筋混凝土梁在真实环境下（即综合考虑在冻融循环、盐溶液侵蚀、水位变动以及弯曲荷载的耦合作用下）的耐久性能。

因此，在钢筋混凝土梁的耐久性测试实验中，如何有效地模拟钢筋混凝土梁在服役条件下的损伤因素，将直接影响到实验结果的真实度和可信度，并最终影响到钢筋混凝土梁的安全性和服役寿命的判断。

CN201681017U的中国实用新型专利（申请号200920246437.8，申请日2009.10.22）公开了一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，是由上加载板、加载螺杆、螺帽、垫片、闭泡绝热保温材料、下加载板、钢筋混凝土梁、梁端支座组成；加载螺杆穿过上加载板和下加载板上的圆孔，由螺帽将上加载板和下加载板固定在钢筋混凝土梁上，螺帽与上、下加载板之间设置有垫片，上加载板和下加载板之间设置有钢筋混凝土梁，两钢筋混凝土梁之间设置有梁端支座。该技术方案的不足之处在于：①该装置由于是通过旋紧螺栓向上、下加载板施加压力，经上、下加载板将压力传递到梁上的，因此冻融过程中钢筋混凝土梁所受到的荷载是不可调控的；②该装置随冻融试验的进行，混凝土表面逐渐脱落，截面尺寸越来越小，会降低螺栓对钢筋混凝土梁的荷载，而真实环境下荷载会逐年增加甚至超载，即与真实环境不符；③由于冰的融化有上下顺序，该装置上、下两根钢筋混凝土梁的损伤程度也会有很大差异。

CN102466596B的中国发明专利申请（申请号201010544511.1，申请日2010.11.12）公开了一种混凝土耐久性试验用恒定加载压力的装置，包括触摸屏、控制器、电动液压泵、蓄能罐、加载组件和快速冻融循环仪箱体，其中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；液压千斤顶通过三通管与电动液压泵和蓄能罐连通。该技术方案虽然考虑了荷载问题，但其不足之处在于：①该装置的钢筋混凝土梁采用竖放方式，而非平放，由于冻融过程中冰的融化有上下顺序，因此竖放会造成土梁的上、下部冻融损伤有很大差异，与真实环境不符；②该装置的加载组件部分，试件盒选用四点弯曲垫板，无法自由调节支座的间距，使得加载组件的应用范围受到了极大限制。

CN203053796U的中国实用新型专利（申请号201320063720.3，申请日2013.02.01）公开了一种钢筋混凝土梁冻融试验加载装置，包括一反力架，反力架上平放有开口向上的试件盒，试件盒内放置有钢筋混凝土梁，钢筋混凝土梁上设有分配梁；分配梁的顶端安装有千斤顶，千斤顶的上方设有传力板，该传力板的两端分别与反力架的侧部相连。该技术方案的不足之处在于：①该装置通过反力架上的吊装孔完成吊装，倘若需要多个反力架同时作业进行耐久性测试实验，则该装置的吊装受力不均匀，无法满足作业要求；②该装置不能控制试件盒中的水位，无法考虑实际环境中水位变动的因素；③该装置自动化程度低，操作性不强，测试指标不足。

综上所述，如何提供一种试验装置，能有效模拟钢筋混凝土梁在服役条件下的损伤因素，科学、客观地进行钢筋混凝土梁的耐久性测试实验，是本领域技术人员急需解决的技术难关。

发明内容

本发明提供了一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，可以自由控制弯曲荷载大小且自动测试；本发明还提供了一种基于该装置的冻融耐久性测试方法，能够综合考虑冻融循环、盐溶液侵蚀、水位变动以及服役条件下的弯曲荷载影响因素，与真实环境下的服役状况相似性极高，解决了上述背景技术中所提到的相关现有技术的缺陷。

本发明所采用的技术方案具体如下：

一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，由加载组件、箱体、蓄能罐、氮气瓶和工业计算机组成，加载组件置于箱体中，加载组件一端与工业计算机相连，另一端与蓄能罐相连；蓄能罐一端与氮气瓶相连，另一端与工业计算机相连；加载组件由反力架、平放于反力架上的试件盒、内置于试件盒的钢筋混凝土梁、设于钢筋混凝土梁上方的分配梁、依次安装在分配梁顶端的千斤顶和传力板组成；其中，试件盒的外侧设有吊装孔，内侧设有供水管路；钢筋混凝土梁浇筑前插有温度传感器。

优选的，反力架为开口向上的盒状结构，该结构由底板、垂直于底板的两块长板和两块短板组成，且长板与短板互相垂直；传力板两端与两块长板分别相连。

优选的，两块长板，对称设有开槽。

优选的，传力板包括一不锈钢的钢板，钢板上固定有支承辊，支承辊的两端分别与开槽活动连接。

优选的，加载组件一端与工业计算机用数据线连接，另一端与蓄能罐用胶管连接；蓄能罐一端与氮气瓶用胶管连接，另一端与工业计算机用数据线连接。

优选的，分配梁为开口向上的盒状结构，分配梁的底部设有均匀分布的28个固定孔。

优选的，钢筋混凝土梁与分配梁之间设有分配梁支座，该分配梁支座由半圆辊、垂直于半圆辊的固定轴组成，且固定轴贯穿固定孔与分配梁相连。

本发明还提供了一种基于上述装置的钢筋混凝土梁冻融耐久性的测试方法，主要包括如下步骤：

1）浇筑钢筋混凝土梁，埋入温度传感器，进行标准养护；

2）将养护好的钢筋混凝土梁吊入试件盒中，调节钢筋混凝土梁的跨度并对中；然后将试件盒吊入反力架内，再将反力架吊入箱体中；

3）在钢筋混凝土梁上标记受力处，于标记处放置分配梁支座，并把分配梁架设在分配梁支座上；

4）将传力板插入反力架的开槽内，调节千斤顶的位置并对中；试件盒内的供水管路加水或盐溶液，并调节水位；

5）计算钢筋混凝土梁的荷载数值，调整蓄能罐中压力让千斤顶对钢筋混凝土梁施加相应的荷载力，启动测试机器，实时监测钢筋混凝土梁的中心温度、荷载力；

6）测试结束后，取出钢筋混凝土梁，经静力试验测试荷载—挠度关系曲线，并判断对钢筋混凝土梁耐久性的影响。

优选的，所述的步骤1）～5）中，钢筋混凝土梁的中心温度通过与温度传感器相连的工业计算机显示。

优选的，所述的步骤5）中，采用工业计算机控制蓄能罐让千斤顶对钢筋混凝土施加荷载力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）具备良好的抗腐蚀性能。本发明提供的装置，其部件均采用不锈钢制造，大大提高了抗腐蚀能力，延长了产品的使用寿命。

（2）能够自由控制弯曲荷载。在耐久性测试实验过程中，既可以实现持续加载，也可以实现变化加载，根据不同的试验要求可以主动调节荷载力大小，并确保本装置的受力平衡体系。

（3）应用范围大。本装置可用于跨度为0～2m的钢筋混凝土梁，并能用于测试不同混凝土标号的构件。而且千斤顶可以输出0～500kN的荷载，已满足大多数的冻融试验测试要求，适用范围广。

（4）自动化程度高，可操作性强。操作人员可通过工业计算机上的显示数据曲线，观察钢筋混凝土梁的温度和荷载变化情况。操作步骤少，操作人员容易上手，不需要人工加载。

（5）试验相似性高。本装置中的试件盒是水平放置的，既降低了钢筋混凝土梁的损伤差异性，又符合真实环境下钢筋混凝土梁的工作状况；

（6）本测试方法可根据试验要求在装置的供水管路中添加水或盐溶液，并控制水位，能够综合考虑冻融循环、盐溶液侵蚀、水位变动以及服役条件下的弯曲荷载影响因素。

（7）测试指标丰富，本测试方法通过测试试验过程中温度、荷载力，以及试验后钢筋混凝土梁的荷载—挠度曲线。测试指标多，而且测试数据较精准，具有科学评估价值。

附图说明

图1为本发明用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置的示意图。

图2为图1中加载组件部分的正视图。

图3为图1中加载组件部分的俯视图。

图4为图1中加载组件部分的剖视图。

图5为本发明冻融耐久性测试中温度与荷载随时间变化曲线示意图。

图6为本发明冻融耐久性测试后钢筋混凝土梁的荷载-挠度曲线示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的阐述，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，由加载组件1、箱体2、蓄能罐3、氮气瓶4和工业计算机5组成。加载组件1由反力架6、试件盒12、钢筋混凝土梁8、分配梁9、分配梁支座10、千斤顶11和传力板7组成，反力架6上平放有试件盒12，试件盒12内置钢筋混凝土梁8，钢筋混凝土梁8浇筑前就插有温度传感器13，温度传感器13与工业计算机5相连以便于实时监测温度变化；试件盒12的外侧设有吊装孔，试件盒12的内侧设有供水管路。

钢筋混凝土梁8上设有分配梁9，分配梁9为开口向上的盒状结构，由五块钢板焊接形成，分配梁9的底部开有二十八个固定孔，二十八个固定孔呈两排对称分布（即每排十四个）；分配梁9的顶端安装有千斤顶11，千斤顶11为液压千斤顶，通过胶管与蓄能罐3相连；千斤顶11的上方设有传力板7；氮气瓶4可为蓄能罐3提供压力。

如图3和图4所示，具体而言，反力架6为开口向上的盒状结构，该结构由一块底板601、垂直于底板的两块长板602和两块短板603组成，且长板602与短板603互相垂直，底板601、长板602和短板603均为不锈钢的钢板（钢板的厚度为8～20mm）；两块长板602对称设有开槽。

传力板7包括一不锈钢的钢板701（钢板的厚度为8～20mm），钢板701上焊接有支承辊702，支承辊702的两端分别与前述长板602上的开槽活动连接；根据实际情况，支承辊702与开槽之间的连接方式可以选择为螺纹连接、轴销连接、铆合连接等多种连接方式，只要满足能将传力板7固定在反力架6的两块长板602之间即可。

钢筋混凝土梁8与分配梁9之间设有分配梁支座10，分配梁支座10是由用不锈钢车削加工而成的半圆辊、垂直于半圆辊的固定轴组成，且固定轴贯穿固定孔与分配梁9相连，通过固定轴与不同的固定孔相配合来固定，从而达到调节分配梁支座10间距的功能。

本发明还提供了一种基于上述装置的钢筋混凝土梁冻融耐久性的测试方法，主要包括如下步骤：

1）：浇筑钢筋混凝土梁8，钢筋混凝土梁8共浇筑四根，浇筑前预先埋入温度传感器13，标准养护二十四天后，在水中浸泡四天；

2）：将养护好的钢筋混凝土梁8吊入试件盒12中，调节钢筋混凝土梁8的跨度并对中；然后将试件盒12吊入反力架6内，再将反力架6吊入箱体2中；

3）：在钢筋混凝土梁8的顶面按四等份间距标记受力处，于标记处放置两个分配梁支座10，并把分配梁9架设在分配梁支座10上；

4）：将传力板7插入反力架6的开槽内，调节千斤顶11的位置并对中；向试件盒12内的供水管路加水；

5）：计算钢筋混凝土梁8的荷载数值，调整蓄能罐3中压力让千斤顶11对钢筋混凝土梁8施加相应的荷载力，启动测试机器开始构件的耐久性试验，实时监测钢筋混凝土梁8的中心温度、荷载力；

6）测试结束后，取出钢筋混凝土梁8，经静力试验测试荷载—挠度关系曲线，并判断对钢筋混凝土梁耐久性的影响。

本发明中，根据冻融耐久性试验的测试需要，对试验梁进行配筋设计，以保证其抗剪承载能力高于抗弯承载能力，使其破坏模式为弯曲破坏模式。

本发明提供的测试方法中的四根钢筋混凝土梁8，其中一根梁用来进行静载试验获得梁正截面承载力（不冻梁），其余三根梁进行耐久性试验，试验测试次数为20次。加载水平分别为正截面承载力的0%（即不加载），20%和50%。

此外，钢筋混凝土梁8的中心温度通过温度传感器13感应（如图5所示），从图5中可以发现，在冻融耐久性试验过程中，钢筋混凝土梁8所受到的荷载一直保持稳定的水平。

经过20次后，将钢筋混凝土梁8取出，进行静力试验，测出各梁的极限承载力。从图6中可以发现，梁上持载水平对其剩余承载力有明显影响，持载水平越高，承载力下降越多。

Claims (10)

1.一种用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：由加载组件（1）、箱体（2）、蓄能罐（3）、氮气瓶（4）和工业计算机（5）组成，加载组件（1）置于箱体（2）中，加载组件（1）一端与工业计算机（5）相连，另一端与蓄能罐（3）相连；蓄能罐（3）一端与氮气瓶（4）相连，另一端与工业计算机（5）相连；所述的加载组件（1）由反力架（11）、平放于反力架（11）上的试件盒（12）、内置于试件盒（12）的钢筋混凝土梁（14）、设于钢筋混凝土梁（14）上方的分配梁（16）、依次安装在分配梁（16）顶端的千斤顶（17）和传力板（18）组成；其中，试件盒（12）的外侧设有吊装孔，内侧设有供水管路；钢筋混凝土梁（14）浇筑前插有温度传感器（19）。

2.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述的反力架（11）为开口向上的盒状结构，该结构由底板（111）、垂直于底板（111）的两块长板（112）和两块短板（113）组成，且长板（112）与短板（113）互相垂直；所述的传力板（18）两端与两块长板（112）分别相连。

3.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述的两块长板（112），对称设有开槽。

4.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述传力板（18）包括一钢板（181），钢板（181）上固定有支承辊（182），支承辊（182）的两端分别与所述的开槽活动连接。

5.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述的加载组件一端与工业计算机用数据线连接，另一端与蓄能罐用胶管连接；所述的蓄能罐一端与氮气瓶（4）用胶管连接，另一端与工业计算机（5）用数据线连接。

6.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述的分配梁（16）为开口向上的盒状结构，分配梁（16）的底部设有均匀分布的28个固定孔。

7.根据权利要求1或6所述的用于钢筋混凝土梁冻融耐久性试验装置，其特征在于：所述的钢筋混凝土梁（14）与分配梁（16）之间设有分配梁支座（15），该分配梁支座（15）由半圆辊、垂直于半圆辊的固定轴组成，且固定轴贯穿所述的固定孔与分配梁（16）相连。

8.一种钢筋混凝土梁冻融耐久性的测试方法，包括如下步骤：

1）浇筑钢筋混凝土梁，埋入温度传感器，进行标准养护；

2）将养护好的钢筋混凝土梁吊入试件盒中，调节钢筋混凝土梁的跨度并对中；然后将试件盒吊入反力架内，再将反力架吊入耐久性实验的测试机器中；

3）在钢筋混凝土梁上标记受力处，于标记处放置分配梁支座，并把分配梁架设在分配梁支座上；

4）将传力板插入反力架的开槽内，调节千斤顶的位置并对中；试件盒内的供水管路加水或盐溶液，并控制水位；

5）计算钢筋混凝土梁的荷载数值，调整蓄能罐中压力让千斤顶对钢筋混凝土梁施加相应的荷载力，启动测试机器，实时监测钢筋混凝土梁的中心温度、荷载力；

6）测试结束后，取出钢筋混凝土梁，经静力试验测试荷载—挠度关系曲线，并判断对钢筋混凝土梁耐久性的影响。

9.根据权利要求8所述的钢筋混凝土梁冻融耐久性的测试方法，其特征在于：所述的步骤1）～5）中，钢筋混凝土梁的中心温度通过与温度传感器相连的工业计算机显示。

10.根据权利要求8所述的钢筋混凝土梁冻融耐久性的测试方法，其特征在于：所述的步骤5）中，采用工业计算机控制蓄能罐让千斤顶对钢筋混凝土施加荷载力。

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