CN106644725A - 环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法，利用加载水箱的重量加载作用于混凝土梁两端，使得梁顶面中部形成负弯矩区，加载水箱和储水箱之间通过微型抽水机交替抽水作业，使得加载水箱的重量发生周期性变化，实现对混凝土梁的重复加载，在混凝土梁的负弯矩区段设置槽体，其中装有含腐蚀物质的溶液，该溶液经负弯矩区渗入混凝土梁，可实现腐蚀环境和重复荷载的耦合作用，实验过程中，持续监测混凝土梁的位移量和荷载量，直至混凝土梁破坏。本发明可模拟混凝土梁的实际服役环境，研究混凝土梁结构在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

Description

环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法，特别是涉及一种检测混凝土梁在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下长期性能的实验装置及方法，属于水利水电工程、土木工程技术领域。

背景技术

水利基础设施中的吊车梁、闸门工作桥、码头排架、PCCP管道，近海和除冰盐环境中的混凝土铁路和公路桥梁，在承受移动重复荷载作用的同时，还受到环境中二氧化碳、氯离子、硫酸根离子等物质的长期侵蚀，结构病害不断，混凝土梁的使用寿命大幅降低，存在巨大的安全隐患。

近年来，我国混凝土公路桥梁结构垮塌破坏事故频发，在腐蚀环境和重复荷载的共同作用下，混凝土梁的服役时间远小于设计寿命，为保证工程质量，特别需要一种能够研究实际环境中混凝土梁服役寿命的实验装置及方法，通过室内实验研究混凝土梁结构在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据，降低实际工程运行管理带来的风险。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法，该实验装置能够模拟多种腐蚀环境，模拟力学重复加载作用，研究混凝土梁在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，包括：

混凝土梁、用于容置含有腐蚀物质的溶液的槽体、底座、加载水箱、储水箱、位移传感器、测力传感器，

该底座通过支座支撑于该混凝土梁中部，该混凝土梁两端分别吊设有该加载水箱，混凝土梁上设有位移传感器和测力传感器，该混凝土梁的顶面中部设有该槽体，该槽体中的溶液可渗入该混凝土梁；

该加载水箱与储水箱中分别设置第一、第二抽水机，通过两个抽水机的交替抽水作业，控制两个水箱中水量的变化。

所述第一、第二抽水机上分别设有用于控制抽水机抽水频率的第一、第二定时器。

该实验装置设置于温度、湿度可控的室内环境中。

所述槽体的侧壁与所述混凝土梁中部形成的负弯矩区段相粘接。

基于上述实验装置检测混凝土梁长期性能的实验方法，包括：

混凝土梁上相应位置设置位移传感器和测力传感器，将混凝土梁的中部对应放置于底座上，其顶面中部固定槽体，

将两个空的加载水箱分别吊设于混凝土梁的两端，保持混凝土梁的平衡，通过位移传感器和测力传感器获得混凝土梁的初始位移量和荷载量；

向槽体中加入含腐蚀物质的溶液；

根据预设的重复加载频率设置第一、第二定时器，根据预设的重复加载幅值确定加载水箱内的水位高度，通过第一、第二定时器控制第一、第二抽水机的交替抽水作业，实现混凝土梁的重复加载过程，实验过程中，持续监测混凝土梁的位移量和荷载量、环境温度和湿度；

当混凝土梁的位移量和应变量突然增大时，实验结束。

实验过程中，当所述槽体中的溶液液面下降至一定高度时，向所述槽体补充所述含腐蚀物质的溶液，每隔一定时间测定溶液内各物质的浓度。

所述含腐蚀物质的溶液根据实际工程服役水环境中的氯离子浓度、硫酸根离子浓度、pH值参数进行配置。

所述混凝土梁根据实际工程设定梁所用材料的配合比，采用相似模型的方法，设定梁的截面、尺寸和承载力，浇筑混凝土梁，在室温+90％湿度环境条件下养护至试验龄期。

本发明的优点在于：

本发明的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法，该实验装置能够模拟实际的腐蚀环境，同时模拟力学重复加载作用，通过控制环境温、湿度模拟实际工程环境，于实验过程中监测混凝土梁的位移、应变过程，研究混凝土梁在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是本发明的装置进行腐蚀环境和重复荷载作用的实验方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明公开的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，包括实验用的混凝土梁1、容置含有腐蚀物质的溶液的槽体2、底座6、加载水箱7、储水箱10、微型抽水机、位移传感器、测力传感器等，底座6通过两个支座3支撑于混凝土梁1中部，混凝土梁1两端分别通过支撑轴4、垫板5吊设有加载水箱7，混凝土梁1的两端部及对应两个支座3的位置分别设有位移传感器14，混凝土梁1上对应两个支撑轴4的位置设有测力传感器9；

两个加载水箱7的重量分别通过对应的支撑轴4作用于混凝土梁1的两端，使得混凝土梁1顶面中部形成负弯矩区；加载水箱7与储水箱10相邻设置，加载水箱7与储水箱10中分别设置微型抽水机8、13，通过两个微型抽水机8、13的交替抽水工作，使得加载水箱7与储水箱10中的水量发生变化，通过加载水箱7的周期性重量变化，实现对混凝土梁1的重复加载作用；两个微型抽水机8、13上分别设有定时器12、11，调节两个定时器12、11，可对应控制两个微型抽水机8、13的抽水频率，实现重复加载频率的控制，同时，通过调节抽水机的抽水量可调节加载水箱7内的水体积，实现重复加载幅值的控制。

混凝土梁1顶面中部的负弯矩区设置槽体2，槽体2的侧壁与混凝土梁1的负弯矩区段粘接，槽体2的底部透水(如，底部安装滤网)，其中容置有含腐蚀物质的溶液，溶液经槽体2底部渗入混凝土梁1的负弯矩区，进一步渗入整个混凝土梁1。

考虑到混凝土梁的实际工程环境温湿度条件多变，本发明的实验装置布设于温湿度可监测、可控的室内环境中，实验过程中同步监测和控制室内环境温度和湿度，使得实验环境更接近于实际工程环境。

如图2所示，基于上述实验装置检测混凝土梁在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下长期性能的实验方法，包括步骤：

S1：依据实际工程调研结果，制作实验用的混凝土梁、配置含腐蚀物质的溶液、确定加载水箱的重复加载频率和幅值；

实验用的混凝土梁1根据实际工程设定梁所用材料的配合比，采用相似模型的方法，设定梁的截面、尺寸和承载力，浇筑混凝土梁，在室温+90％湿度环境条件下养护至试验龄期。

含腐蚀物质的溶液需要根据实际工程服役水环境中的氯离子浓度、硫酸根离子浓度、pH值等参数加以配置。

S2：搭建实验装置，进行实验；

具体实验步骤包括：

从养护环境中取出混凝土梁，混凝土梁上相应位置设置位移传感器和测力传感器，将其中部对应放置于底座6上，其顶面中部固定槽体2，

将两个空的加载水箱7吊设于混凝土梁的两端，保持混凝土梁的平衡，通过位移传感器和测力传感器获得此时混凝土梁的位移量和荷载量初值；

向槽体2中加入含腐蚀物质的溶液，注意溶液高度低于槽体高度；

根据确定的重复加载频率设置定时器11、12，开启储水箱10内的微型抽水机13，抽水过程中持续监测混凝土梁的位移量和荷载量；

根据确定的重复加载幅值，当加载水箱7内的水面达到预定高度时，定时器11自动关闭储水箱10内的微型抽水机13；开启加载水箱7内的微型抽水机8，将加载水箱7中的水抽回储水箱10，对混凝土梁卸载，抽水过程中持续监测混凝土梁的位移量和荷载量；

这样，通过定时器12、11控制微型抽水机8、13的交替抽水工作，实现对混凝土梁的自动重复加载，于此同时，槽体2中溶液不断渗入混凝土梁，整个实验过程中，持续监测混凝土梁的位移量、应变量，以及环境温度和湿度。

实验过程中，当槽体中的溶液下降至一定高度时，应适时向槽体中补充含腐蚀物质的溶液，同时，每隔一定时间测定溶液内各物质的浓度。

S3：实验过程中，当混凝土梁的位移量、荷载量突然增大时，实验结束，记录各项实验参数，分析实验结果。

整个实验过程中，持续监测混凝土梁的位移量、荷载量(绘制成曲线体现)，当其位移量突然增大时，说明已达到混凝土梁的服役寿命，停止实验，记录加载循环次数，记录混凝土梁的腐蚀疲劳寿命等实验参数，为理论研究和工程实践提供基础数据。

本发明公开的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置及方法，搭建混凝土梁的实际工程环境，能够模拟碳化、氯盐侵蚀、硫酸盐侵蚀等多种腐蚀环境，同时模拟力学重复加载作用，利用加载水箱的重量加载作用于混凝土梁两端，使得梁顶面中部形成负弯矩区，加载水箱和储水箱之间通过微型抽水机交替抽水作业，使得加载水箱的重量发生周期性变化，实现对混凝土梁的重复加载，与此同时，含有腐蚀物质的溶液经负弯矩区不断渗入混凝土梁，可实现腐蚀环境和重复荷载的耦合作用，整个实验过程中，持续监测混凝土梁的位移、应变过程，以及环境温度和湿度，直至混凝土梁破坏。本发明可研究在腐蚀环境和重复荷载耦合作用下，混凝土梁的渐进破坏机理，为理论研究和工程实践提供基础数据。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，其特征在于，包括：

混凝土梁、用于容置含有腐蚀物质的溶液的槽体、底座、加载水箱、储水箱、位移传感器、测力传感器，

该底座通过支座支撑于该混凝土梁中部，该混凝土梁两端分别吊设有该加载水箱，混凝土梁上设有位移传感器和测力传感器，该混凝土梁的顶面中部设有该槽体，该槽体中的溶液可渗入该混凝土梁；

该加载水箱与储水箱中分别设置第一、第二抽水机，通过两个抽水机的交替抽水作业，控制两个水箱中水量的变化。

2.根据权利要求1所述的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，其特征在于，所述第一、第二抽水机上分别设有用于控制抽水机抽水频率的第一、第二定时器。

3.根据权利要求2所述的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，其特征在于，该实验装置设置于温度、湿度可控的室内环境中。

4.根据权利要求3所述的环境和荷载耦合作用下混凝土梁长期性能实验装置，其特征在于，所述槽体的侧壁与所述混凝土梁中部形成的负弯矩区段相粘接。

5.基于权利要求3所述的实验装置检测混凝土梁长期性能的实验方法，其特征在于，包括：

混凝土梁上相应位置设置位移传感器和测力传感器，将混凝土梁的中部对应放置于底座上，其顶面中部固定槽体，

将两个空的加载水箱分别吊设于混凝土梁的两端，保持混凝土梁的平衡，通过位移传感器和测力传感器获得混凝土梁的初始位移量和荷载量；

向槽体中加入含腐蚀物质的溶液；

根据预设的重复加载频率设置第一、第二定时器，根据预设的重复加载幅值确定加载水箱内的水位高度，通过第一、第二定时器控制第一、第二抽水机的交替抽水作业，实现混凝土梁的重复加载过程，实验过程中，持续监测混凝土梁的位移量和荷载量、环境温度和湿度；

当混凝土梁的位移量和应变量突然增大时，实验结束。

6.根据权利要求5所述的检测混凝土梁长期性能的实验方法，其特征在于，实验过程中，当所述槽体中的溶液液面下降至一定高度时，向所述槽体补充所述含腐蚀物质的溶液，每隔一定时间测定溶液内各物质的浓度。

7.根据权利要求5所述的检测混凝土梁长期性能的实验方法，其特征在于，所述含腐蚀物质的溶液根据实际工程服役水环境中的氯离子浓度、硫酸根离子浓度、pH值参数进行配置。

8.根据权利要求5所述的检测混凝土梁长期性能的实验方法，其特征在于，所述混凝土梁根据实际工程设定梁所用材料的配合比，采用相似模型的方法，设定梁的截面、尺寸和承载力，浇筑混凝土梁，在室温+90％湿度环境条件下养护至试验龄期。