CN105628599B - 研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置及方法 - Google Patents

研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置及方法 Download PDF

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Abstract

研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置及方法，属于结构工程技术领域。装置，由加载机构、腐蚀机构和测量机构组成；加载机构包括两块承载板，在两块承载板之间设置有拉杆，在拉杆上设置有拉紧螺母；腐蚀机构包括腐蚀槽、阴极板及外接直流电源，腐蚀槽设置在下部承载板上，在腐蚀槽与下部承载板之间设置有第一绝缘层，在腐蚀槽底部设置有预制孔；阴极板设置在腐蚀槽内，在腐蚀槽与阴极板之间设置有第二绝缘层；外接直流电源的负极与阴极板相连，正极与钢管砼轴拉构件的钢管相连；测量机构包括荷载传感器和机械式千分表。方法：步骤一：进行初始加载阶段试验；步骤二：进行电化学腐蚀与长期加载阶段试验；步骤三：进行破坏加载阶段试验。

Description

研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置及方法
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，特别是涉及一种用于研究钢管砼轴拉构件在长期荷载及电化学腐蚀环境下性能的试验装置及方法。
背景技术
钢管砼属于组合结构的一种，是指在钢管中填充混凝土且两种材料共同受力而形成的结构。按钢管的布置可分为实心钢管砼、中空夹层钢管砼和离心式钢管砼等；按截面形状可分为圆形、方/矩形、多边形和异形钢管砼等。钢管砼在实际工程中往往承受较大的荷载，同时还要受到周围环境中腐蚀性液体或气体等的腐蚀作用，上述问题在工程设计与应用中不容忽视，有必要进行研究。
为了研究钢管砼轴拉构件在轴拉力和腐蚀共同作用下的受力性能，必然涉及到相应的试验装置及方法。目前，现有的试验装置及方法只能单独对钢管砼轴拉构件的长期荷载作用或者电化学腐蚀作用进行试验，不能同时对钢管砼轴拉构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用进行试验。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置及方法，本发明可同时实现对钢管砼轴拉构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用的试验。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置，由加载机构、腐蚀机构和测量机构三部分组成；
所述加载机构包括两块承载板，在两块承载板之间设置有若干根拉杆，在所述拉杆上设置有拉紧螺母；
所述腐蚀机构包括腐蚀槽、阴极板及外接直流电源，所述腐蚀槽设置在下部的承载板上，在腐蚀槽与下部的承载板之间设置有第一绝缘层，在腐蚀槽的底部设置有预制孔；所述阴极板为环形结构，其套装在腐蚀槽内的钢管砼轴拉构件外面，阴极板与钢管砼轴拉构件之间留有间隙，在腐蚀槽与阴极板之间设置有第二绝缘层；所述外接直流电源的负极与阴极板相连接，正极与钢管砼轴拉构件的钢管相连接；
所述测量机构包括荷载传感器和机械式千分表，所述荷载传感器套装在拉紧螺母与承载板之间的拉杆外面，机械式千分表设置在两块承载板之间。
采用所述的研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置的方法，包括如下步骤：
步骤一：进行初始加载阶段试验，
步骤A：将钢管砼轴拉构件的下端与下部的承载板焊接在一起；
步骤B：通过预制孔将钢管砼轴拉构件的上端穿过腐蚀槽，并将腐蚀槽放置在下部的承载板上，在腐蚀槽与下部的承载板之间设置第一绝缘层；
步骤C：将钢管砼轴拉构件的上端与上部的承载板焊接在一起；
步骤D：将具有拉紧螺母的若干根拉杆分别安装在两块承载板之间，在拉紧螺母与承载板之间的拉杆外面套装有荷载传感器；
步骤E：在两块承载板之间设置机械式千分表；
步骤F：分别旋紧各拉紧螺母进行加载，直至达到设定荷载，同时记录每级荷载及其对应的拉伸量；
步骤二：进行电化学腐蚀与长期加载阶段试验，
步骤A：保持初始加载值不变，首先在钢管砼轴拉构件与腐蚀槽之间进行密封和绝缘处理；
步骤B：将阴极板套装在腐蚀槽内的钢管砼轴拉构件外面，所述阴极板与钢管砼轴拉构件之间留有间隙，在阴极板与腐蚀槽之间设置第二绝缘层；
步骤C：向腐蚀槽内注入腐蚀液，将外接直流电源的负极与阴极板相连接，其正极与钢管砼轴拉构件的钢管相连接；接通外接直流电源开始腐蚀，在腐蚀期间定期记录荷载及其对应的拉伸量直至达到腐蚀与长期加载期限；
步骤三：进行破坏加载阶段试验，
步骤A：抽出腐蚀液，拆除外接直流电源、腐蚀槽和阴极板；
步骤B：将剩余部分的底端通过底端固定装置固定，并通过连接装置将其顶端与拉力机连接在一起；
步骤C：对钢管砼轴拉构件做一次性破坏加载试验，同时记录荷载及其对应的拉伸量；
步骤四：根据以上三个阶段试验测得的数据，绘制钢管砼轴拉构件的轴拉力-拉伸量受力全过程曲线。
本发明的有益效果：
1.本发明可同时实现对钢管砼轴拉构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用的试验；
2.本发明采用电化学腐蚀，腐蚀速度高于自然环境腐蚀，可以加快试验进度；
3.本发明通过初始加载阶段、电化学腐蚀与长期加载阶段和破坏加载阶段所得试验数据可以绘制出钢管砼轴拉构件的轴拉力-拉伸量受力全过程曲线。
附图说明
图1为本发明进行初始加载阶段试验所使用的装置的结构示意图；
图2为本发明进行电化学腐蚀与长期加载阶段试验所使用的装置的结构示意图；
图3为本发明进行破坏加载阶段试验所使用的装置的结构示意图；
图4为某一方截面实心钢管砼轴拉构件轴拉力-拉伸量受力全过程曲线图；
图中：1-钢管砼轴拉构件，2a-下承载板，2b-上承载板，3a-腐蚀槽底板，3b-腐蚀槽侧壁，4a-第一绝缘层，4b-第二绝缘层，4c-第三绝缘层，5-阴极板，6-拉杆，7-荷载传感器，8a-上螺母，8b-下螺母，9-机械式千分表，10-腐蚀液，11-外接直流电源，12-腐蚀槽底板与侧壁连接处，13-螺栓，14-连接装置，15-拉力机，16-底端固定装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～图3所示，一种研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置，由加载机构、腐蚀机构和测量机构三部分组成。
所述加载机构包括下承载板2a，在下承载板2a的上方设置有上承载板2b，在所述上承载板2b和下承载板2a上分别设置有安装孔，四根拉杆6通过所述安装孔安装在上承载板2b与下承载板2a之间；在每根拉杆6上均设置有拉紧螺母，所述拉紧螺母由上螺母8a和下螺母8b组成，上螺母8a设置在拉杆6的上部，下螺母8b设置在拉杆6的下部。
所述腐蚀机构包括腐蚀槽、阴极板5及外接直流电源11，所述腐蚀槽由腐蚀槽底板3a和腐蚀槽侧壁3b两部分组成，腐蚀槽底板3a与腐蚀槽侧壁3b通过螺栓13相连接；所述腐蚀槽设置在下承载板2a上，在腐蚀槽与下承载板2a之间设置有第一绝缘层4a，在腐蚀槽底板3a的底部设置有预制孔。所述阴极板5为环形结构，其套装在腐蚀槽内的钢管砼轴拉构件1外面，所述阴极板5与钢管砼轴拉构件1不接触，即阴极板5与钢管砼轴拉构件1之间留有间隙，在腐蚀槽与阴极板5之间设置有第二绝缘层4b；所述外接直流电源11的负极与阴极板5相连接，正极与钢管砼轴拉构件1的钢管相连接。
所述测量机构包括荷载传感器7和机械式千分表9，所述荷载传感器7套装在上螺母8a与上承载板2b之间的拉杆6外面，机械式千分表9设置在上承载板2b与下承载板2a之间。
本实施例以某一方截面实心钢管砼轴拉构件进行测试为例，实心钢管砼轴拉构件长度L＝560mm、外边长B＝140mm、钢管原始壁厚ts＝3.67mm、腐蚀厚度Δt＝1.11mm、腐蚀液浓度ρ＝3.5％、设计持载等级rb＝15％和腐蚀时间t＝120d。
该装置的试验方法按照试验阶段分为三个阶段，即：初始加载阶段、电化学腐蚀与长期加载阶段和破坏加载阶段。
采用所述的研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置的方法，包括如下步骤：
步骤一：进行初始加载阶段试验，如图1所示，
步骤A：将钢管砼轴拉构件1的下端与一块刚度足够大的下承载板2a对中之后焊接在一起；
步骤B：通过预制孔将钢管砼轴拉构件1的上端穿过腐蚀槽底板3a，并将腐蚀槽底板3a放置在下承载板2a上，在腐蚀槽底板3a与下承载板2a之间进行绝缘处理，即设置第一绝缘层4a；
步骤C：将钢管砼轴拉构件1的上端与另一块刚度足够大的上承载板2b对中之后焊接在一起；
步骤D：将四根拉杆6的上端分别安装在上承载板2b的四个安装孔内，每根拉杆6从下端穿入一个荷载传感器7，再依次拧入上螺母8a和下螺母8b；然后将四根拉杆6的下端分别落入下承载板2a的四个安装孔内，再分别旋紧上螺母8a和下螺母8b；
步骤E：在上承载板2b与下承载板2a之间预置机械式千分表9，用于测量上承载板2b与下承载板2a之间的相对位移；
步骤F：人工分别旋紧靠近荷载传感器7的上螺母8a进行加载，直至达到设定荷载，同时记录每级荷载及其对应的拉伸量；
步骤二：进行电化学腐蚀与长期加载阶段试验，如图2所示，
步骤A：保持初始加载值不变，首先在钢管砼轴拉构件1与腐蚀槽底板3a之间进行密封和绝缘处理，即设置第三绝缘层4c；
步骤B：将钢制的阴极板5套装在腐蚀槽底板3a内的钢管砼轴拉构件1外面，所述阴极板5与钢管砼轴拉构件1不接触，即阴极板5与钢管砼轴拉构件1之间留有间隙，在阴极板5与腐蚀槽底板3a之间进行绝缘处理，即设置第二绝缘层4b；将腐蚀槽侧壁3b与腐蚀槽底板3a用螺栓13连接，形成腐蚀槽，并在腐蚀槽底板与侧壁连接处12的腐蚀槽内侧涂抹密封胶，外侧涂抹环氧，防止腐蚀液外漏；
步骤C：向腐蚀槽内注入腐蚀液10，将外接直流电源11的负极与阴极板5相连接，其正极与钢管砼轴拉构件1的钢管相连接；接通外接直流电源11，以钢制的阴极板5为阴极，钢管砼轴拉构件1的钢管为阳极，开始腐蚀，在腐蚀期间定期记录荷载及其对应的拉伸量直至达到腐蚀与长期加载期限；
步骤三：进行破坏加载阶段试验，如图3所示，
步骤A：抽出腐蚀液10，拆除外接直流电源11、腐蚀槽和阴极板5以及各处的绝缘措施；
步骤B：将剩余部分的底端通过底端固定装置16进行固定，并通过连接装置14将其顶端与施加轴拉力的拉力机15连接在一起；
步骤C：对钢管砼轴拉构件1做一次性破坏加载试验，同时记录荷载及其对应的拉伸量；
步骤四：根据以上三个阶段试验测得的数据，绘制钢管砼轴拉构件的轴拉力-拉伸量受力全过程曲线。
试验结束后得到的轴拉力(N)-拉伸量(Δ)受力全过程曲线，如图4所示，其中细实线为初始加载阶段试验结果，粗实线为电化学腐蚀与长期加载阶段试验结果，虚线为破坏加载阶段试验结果。
本发明通过初始加载阶段、电化学腐蚀与长期加载阶段和破坏加载阶段试验，得到钢管砼轴拉构件在长期荷载下耐电化学腐蚀性能的研究数据。既适用于实心钢管砼、中空夹层钢管砼和离心式钢管砼等，也适用于圆形、方/矩形、多边形和异形钢管砼等。

Claims (1)

1.采用研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置进行测试的方法，所述研究钢管砼轴拉构件在荷载与腐蚀下性能的装置由加载机构、腐蚀机构和测量机构三部分组成；
所述加载机构包括两块承载板，在两块承载板之间设置有若干根拉杆，在所述拉杆上设置有拉紧螺母；
所述腐蚀机构包括腐蚀槽、阴极板及外接直流电源，所述腐蚀槽设置在下部的承载板上，在腐蚀槽与下部的承载板之间设置有第一绝缘层，在腐蚀槽的底部设置有预制孔；所述阴极板为环形结构，其套装在腐蚀槽内的钢管砼轴拉构件外面，阴极板与钢管砼轴拉构件之间留有间隙，在腐蚀槽与阴极板之间设置有第二绝缘层；所述外接直流电源的负极与阴极板相连接，正极与钢管砼轴拉构件的钢管相连接；
所述测量机构包括荷载传感器和机械式千分表，所述荷载传感器套装在拉紧螺母与承载板之间的拉杆外面，机械式千分表设置在两块承载板之间，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：进行初始加载阶段试验，
步骤A：将钢管砼轴拉构件的下端与下部的承载板焊接在一起；
步骤B：通过预制孔将钢管砼轴拉构件的上端穿过腐蚀槽，并将腐蚀槽放置在下部的承载板上，在腐蚀槽与下部的承载板之间设置第一绝缘层；
步骤C：将钢管砼轴拉构件的上端与上部的承载板焊接在一起；
步骤D：将具有拉紧螺母的若干根拉杆分别安装在两块承载板之间，在拉紧螺母与承载板之间的拉杆外面套装有荷载传感器；
步骤E：在两块承载板之间设置机械式千分表；
步骤F：分别旋紧各拉紧螺母进行加载，直至达到设定荷载，同时记录每级荷载及其对应的拉伸量；
步骤二：进行电化学腐蚀与长期加载阶段试验，
步骤A：保持初始加载值不变，首先在钢管砼轴拉构件与腐蚀槽之间进行密封和绝缘处理；
步骤B：将阴极板套装在腐蚀槽内的钢管砼轴拉构件外面，所述阴极板与钢管砼轴拉构件之间留有间隙，在阴极板与腐蚀槽之间设置第二绝缘层；
步骤C：向腐蚀槽内注入腐蚀液，将外接直流电源的负极与阴极板相连接，其正极与钢管砼轴拉构件的钢管相连接；接通外接直流电源开始腐蚀，在腐蚀期间定期记录荷载及其对应的拉伸量直至达到腐蚀与长期加载期限；
步骤三：进行破坏加载阶段试验，
步骤A：抽出腐蚀液，拆除外接直流电源、腐蚀槽和阴极板；
步骤B：将剩余部分的底端通过底端固定装置固定，并通过连接装置将其顶端与拉力机连接在一起；
步骤C：对钢管砼轴拉构件做一次性破坏加载试验，同时记录荷载及其对应的拉伸量；
步骤四：根据以上三个阶段试验测得的数据，绘制钢管砼轴拉构件的轴拉力-拉伸量受力全过程曲线。
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