CN106872343B - 一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法 - Google Patents

一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法，包括由支撑钢板组成的支撑结构、螺栓和加载活动钢板组成的张拉结构以及腐蚀溶液容器；所述的支撑结构由两个支撑钢板中间焊接钢管组成，钢板中间设小孔以使锚索通过；所述的张拉结构由套于支撑钢管上的活动钢板通过螺栓与一端支撑钢板相连，通过紧固螺栓对两端固定于支撑钢板和活动钢板的试验锚索进行张拉；所述的腐蚀溶液容器置于张拉结构的中间，试验锚索从其中心穿过；本发明可以对锚索不同应力条件、不同腐蚀环境以及不同的腐蚀时间进行模拟，适用范围广，结果准确。

Description

一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法
技术领域
本发明涉及土木工程试验技术及金属材料腐蚀领域，具体是预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法。
背景技术
70年代后，在我国各类岩土工程锚固类结构中大量使用了锚索，在做永久支护的工程中，其使用寿命成了备受关注的问题，而对使用寿命最大的威胁便是腐蚀。锚固结构中锚索一般都施加预应力，且所施加预应力有越来越高的趋势。锚固结构在高应力和腐蚀协同作用下形成应力腐蚀。国内众多科研院所先后对预应力锚索应力腐蚀进行了试验研究，取得了大量的成果：其一，《土木建筑与环境工程》2009年第6期介绍了一种锚索腐蚀试验，通过在锚索外包裹一层参盐混凝土对锚索进行腐蚀试验，该试验主要针对锚索腐蚀后的断裂抗力和破坏形貌进行研究，无法实现不同应力和腐蚀环境下的应力腐蚀特征研究；其二，《岩土力学与工程学报》2010年第12期介绍了一种利用腐蚀试验槽对锚索进行腐蚀的试验，将锚索置于混凝土槽中进行张拉或不张拉，加入配制好的腐蚀性土进行腐蚀试验。该试验可以模拟不同应力条件下的锚索腐蚀特征，但受制于混凝土强度，无法进行高应力条件下的应力腐蚀试验，同时腐蚀性土中成分较复杂，无法对单一因素进行腐蚀特征研究。其三，《岩土力学与工程学报》2015年第增1期介绍了一种腐蚀损伤试验系统，由腐蚀试验槽、腐蚀液盛放装置、张拉设备和测试系统等组成。腐蚀试验槽为钢筋混凝土反力架，腐蚀液盛放采用PVC管，张拉采用千斤顶。该试验可以对不同应力、不同腐蚀因素和腐蚀时间进行模拟，但使用千斤顶张拉，张拉后锚索张拉力损失具有随机性，难以精确，且腐蚀液与混凝土接触，容易发生渗漏，与混凝土材料发生反应等问题。综合分析上述试验系统，皆存在诸多的不足之处，包括：第一，加载的张拉力无法精确控制，存在随机性；第二，腐蚀溶液难以保证不受污染和因素单一；第三，试验设计相对复杂，进行重复试验困难，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验系统及方法，能够准确、方便、真实的测试预应力锚索在不同应力状态下不同环境中的腐蚀特征，并且可以根据试验需求调整应力大小和溶液特性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，包括固定端支撑钢板、加载端支撑钢板、加载活动钢板、张拉结构支撑钢管、加载螺栓、加载螺母、加载活动钢板固定锁扣、固定锁扣螺栓、固定锁扣螺母、腐蚀溶液容器、腐蚀溶液容器盖、腐蚀容器支撑板、腐蚀溶液容器管箍、管箍锚固螺丝、固定端锚头、张拉端锚头、压力传感器以及试验锚索。
作为本发明进一步的方案：所述的固定端支撑钢板与加载端支撑钢板在四个角通过四根无缝钢管焊接连接；所述的加载活动钢板四角设圆孔套于支撑钢管上并能沿钢管轴向自由移动；所述的加载活动钢板和加载端支撑钢板通过螺栓穿过圆孔将两块钢板连接；所述的加载活动钢板固定锁扣套于无缝钢管上；所述的腐蚀溶液容器与腐蚀溶液容器盖采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏；腐蚀溶液容器盖中心设孔以允许锚索通过，与锚索采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏；腐蚀溶液容器置于腐蚀容器支撑板上，通过腐蚀溶液容器管箍和管箍锚固螺丝固定于腐蚀容器支撑板，腐蚀容器支撑板与支撑钢管焊接相连；试验锚索通过固定端锚头、张拉端锚头固定于固定端支撑钢板和加载活动钢板之间。
作为本发明进一步的方案：所述的固定端支撑钢板是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其中心设直径25mm圆孔以允许锚索通过；所述加载端支撑钢板是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其中心设直径120mm圆孔以允许锚索及张拉端锚头通过。
作为本发明进一步的方案：所述的加载活动钢板是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其四角设直径44mm圆孔套于支撑钢管上并能沿钢管轴向自由移动；加载活动钢板中心设直径25mm圆孔允许锚索通过。
作为本发明进一步的方案：所述的加载活动钢板和加载端支撑钢板，在其中心位置，沿直径240mm的圆周均匀布置有8个直径为18mm的圆孔，通过8个长度为200mm的M18螺栓穿过圆孔将两块钢板连接。
作为本发明进一步的方案：所述的加载活动钢板固定锁扣通过旋转螺栓上的螺母可固定于支撑钢管上，达到固定加载活动钢板位置的目的。
作为本发明进一步的方案：所述的腐蚀溶液容器(10)是由直径250mm长度500mm的PVC管组成，管两侧采用PVC管堵头或清扫口作为腐蚀溶液容器盖；腐蚀溶液容器与腐蚀溶液容器盖采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏；腐蚀溶液容器盖与锚索采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏；腐蚀溶液容器置于腐蚀容器支撑板上，通过腐蚀溶液容器管箍和管箍锚固螺丝固定于支撑板；腐蚀容器支撑板与支撑钢管焊接相连；腐蚀溶液容器上设有加注溶液孔和观测孔。
作为本发明进一步的方案：所述的试验锚索通过固定端锚头和张拉端锚头固定于固定端支撑钢板和加载活动钢板，固定端锚头与固定端支撑钢板之间设压力传感器以测量试验锚索所受张拉力。
所述内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验方法，包括以下步骤：
1)将试验锚索依次穿过固定端支撑钢板、腐蚀溶液容器、腐蚀溶液容器盖以及加载活动钢板，在固定端支撑钢板外侧试验锚索上安装压力传感器，通过固定端锚头和张拉端锚头将试验锚索固定；
2)将腐蚀溶液容器置于腐蚀容器支撑板上，用腐蚀溶液容器管箍和管箍锚固螺丝将腐蚀溶液容器固定于腐蚀容器支撑板上；
3)通过均匀紧固8颗加载螺母对锚索进行张拉，同时监测压力传感器达到预设拉力值停止；
4)将4个活动钢板固定锁扣移至加载活动钢板处，锁紧固定锁扣螺栓以固定加载活动钢板的位置；
5)向腐蚀溶液容器中加入腐蚀溶液，同时监测压力传感器进行应力腐蚀试验。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单、设计合理、运行高效；通过加固螺栓对锚索进行张拉，可以均匀准确的施加拉力，对不同的设计拉力条件下的应力腐蚀进行研究，方便模拟不同拉力下的锚索应力腐蚀特征；通过压力传感器对拉应力进行实时监测，可以研究腐蚀条件下锚索内应力变化；通过锁紧固定锁扣可以固定张拉端锚头的位置，模拟实际工程中锚索的锚固段情况，确保锚索内稳定的应力状态；通过改变腐蚀溶液的酸碱性、离子类别和浓度以及进行试验的时间，可以模拟实际工程中锚索的工作环境，测试不同环境条件下的锚索应力腐蚀特征。
附图说明
图1为本发明中内平衡式锚索应力腐蚀试验系统正面示意图。
图2为本发明中内平衡式锚索应力腐蚀试验系统右视图。
图3为本发明中内平衡式锚索应力腐蚀试验系统左视图。
图4为图1中A-A剖面图。
图5为图1中B-B剖面图。
图6为图1中C-C剖面图。
图7为图1中D-D剖面图。
图8为图1中E-E剖面图。
图9为加载活动钢板固定锁扣(14)侧视图。
其中，1-试验锚索；2-固定端锚头；3-压力传感器；4-固定端支撑钢板；5-加载活动钢板；6-加载端支撑钢板；7-张拉结构支撑钢管；8-张拉端锚头；9-腐蚀容器支撑板；10-腐蚀溶液容器；11-腐蚀溶液容器盖；12-加载螺栓；13-加载螺母；14-加载活动钢板固定锁扣；15-固定锁扣螺栓；16-加载端支撑钢板中心圆孔；17-加载活动钢板四角圆孔；18-加载活动钢板中心圆孔；19-固定锁扣螺母；20-固定端支撑钢板中心圆孔；21-腐蚀溶液容器管箍；22-管箍锚固螺丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～9，本发明实施例中，一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，包括固定端支撑钢板4，加载端支撑钢板6，加载活动钢板5，张拉结构支撑钢管7，加载螺栓12，加载螺母13，加载活动钢板固定锁扣14，固定锁扣螺栓15，固定锁扣螺母19，腐蚀溶液容器10，腐蚀溶液容器盖11，腐蚀容器支撑板9，腐蚀溶液容器管箍21，管箍锚固螺丝22，固定端锚头2，张拉端锚头8，压力传感器3，以及试验锚索1。
所述的固定端支撑钢板4与加载端支撑钢板6在四个角通过四根张拉结构支撑钢管7焊接连接；所述的加载活动钢板5四角设圆孔17套于张拉结构支撑钢管7上并能沿钢管轴向自由移动；所述的加载活动钢板5和加载端支撑钢板6通过加载螺栓12穿过圆孔将两块钢板连接；所述的加载活动钢板固定锁扣14套于张拉结构支撑钢管7上；所述的腐蚀溶液容器10与腐蚀溶液容器盖11采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏；腐蚀溶液容器盖11中心设孔以允许试验锚索1通过，与试验锚索1采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏；腐蚀溶液容器10置于腐蚀容器支撑板9上，通过腐蚀溶液容器管箍21和管箍锚固螺丝22固定于腐蚀容器支撑板9，腐蚀容器支撑板9与张拉结构支撑钢管7焊接相连；试验锚索1通过固定端锚头2、张拉端锚头8固定于固定端支撑钢板4和加载活动钢板5之间；
所述的固定端支撑钢板4是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其中心设直径25mm圆孔20以允许试验锚索1通过。加载端支撑钢板6是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其中心设直径120mm圆孔16以允许试验锚索1及张拉端锚头8通过。固定端支撑钢板4与加载端支撑钢板6在四个角通过4根外径42mm张拉结构支撑钢管7焊接连接，达到支撑的作用。
所述的加载活动钢板5是由边长为400mm厚度为30mm正方形钢板组成，其四角设直径44mm圆孔17套于张拉结构支撑钢管7上，在紧固加载螺栓时沿钢管轴向自由移动，加载活动钢板5中心设直径25mm的加载活动钢板中心圆孔18允许试验锚索1通过。
所述的加载活动钢板5和加载端支撑钢板6，在以其中心点为圆心沿直径240mm的圆周均匀布置有8个直径为18mm的圆孔，通过8个长度为200mm的M18加载螺栓12穿过圆孔将两块钢板连接，通过紧固这些螺栓拉动加载活动钢板5可以达到加载的目的。
所述的加载活动钢板固定锁扣14通过固定锁扣螺栓15上的固定锁扣螺母19可固定于张拉结构支撑钢管7上，达到固定加载活动钢板5位置的目的。
所述的腐蚀溶液容器10是由直径250mm长度500mm的PVC管组成，管两侧采用PVC管堵头或清扫口作为腐蚀溶液容器盖11。腐蚀溶液容器10与腐蚀溶液容器盖11采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏。腐蚀溶液容器盖11与试验锚索1采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏。腐蚀溶液容器10置于腐蚀容器支撑板9上，腐蚀容器支撑板9与张拉结构支撑钢管7焊接相连。腐蚀溶液容器10上设有加注溶液孔和观测孔，分别用来往容器中加入腐蚀溶液和观测锚索腐蚀情况。
所述的试验锚索1通过固定端锚头2和张拉端锚头8固定于固定端支撑钢板4和加载活动钢板5之间，固定端锚头2与固定端支撑钢板4之间设压力传感器3以测量试验锚索1所受张拉力。
一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统及其试验方法，包括以下步骤：
1)将试验锚索依次穿过固定端支撑钢板4、腐蚀溶液容器10及腐蚀溶液容器盖11以及加载活动钢板5，在固定端支撑钢板4外侧试验锚索上安装压力传感器3，通过固定端锚头2和张拉端锚头8将试验锚索1固定；
2)将腐蚀溶液容器10置于腐蚀容器支撑板9上，用管箍锚固螺丝22和腐蚀溶液容器管箍21将腐蚀溶液容器10固定于腐蚀容器支撑板9上；
3)通过均匀紧固8颗加载螺母13对锚索进行张拉，同时监测压力传感器3达到预设拉力值停止；
4)将4个加载活动钢板固定锁扣14移至加载活动钢板5处，锁紧固定锁扣螺栓15上的固定锁扣螺母19，以固定加载活动钢板5的位置；
5)向腐蚀溶液容器10中加入腐蚀溶液，同时监测压力传感器3进行应力腐蚀试验。
显然，本发明不限于上述实施例的细节。上述实施例应被视为是示范性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，且包括落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化。权利要求中的任何附图标记不应被视为对所涉及的权利要求具有限制性。
此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，包括固定端支撑钢板(4)，加载端支撑钢板(6)，加载活动钢板(5)，张拉结构支撑钢管(7)，加载螺栓(12)，加载螺母(13)，加载活动钢板固定锁扣(14)，固定锁扣螺栓(15)，固定锁扣螺母(19)，腐蚀溶液容器(10)，腐蚀溶液容器盖(11)，腐蚀容器支撑板(9)，腐蚀溶液容器管箍(21)，管箍锚固螺丝(22)，固定端锚头(2)，张拉端锚头(8)，压力传感器(3)，以及试验锚索(1)，其特征在于所述的固定端支撑钢板(4)与加载端支撑钢板(6)在四个角通过四根张拉结构支撑钢管(7)焊接连接；所述的加载活动钢板(5)四角设加载活动钢板四角圆孔(17)套于张拉结构支撑钢管(7)上并能沿钢管轴向自由移动；所述的加载活动钢板(5)和加载端支撑钢板(6)通过加载螺栓(12)穿过圆孔将两块钢板连接；所述的加载活动钢板固定锁扣(14)套于张拉结构支撑钢管(7)上；所述的腐蚀溶液容器(10)与腐蚀溶液容器盖(11)采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏；腐蚀溶液容器盖(11)中心设孔以允许试验锚索(1)通过，与试验锚索(1)采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏；腐蚀溶液容器(10)置于腐蚀容器支撑板(9)上，通过腐蚀溶液容器管箍(21)和管箍锚固螺丝(22)固定于腐蚀容器支撑板(9)，腐蚀容器支撑板(9)与张拉结构支撑钢管(7)焊接相连；试验锚索(1)通过固定端锚头(2)、张拉端锚头(8)固定于固定端支撑钢板(4)和加载活动钢板(5)之间。
2.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的固定端支撑钢板(4)为正方形钢板，其中心设固定端支撑钢板中心圆孔(20)以允许试验锚索(1)通过；所述加载端支撑钢板(6)为正方形钢板，其中心设加载端支撑钢板中心圆孔(16)以允许试验锚索(1)及张拉端锚头(8)通过。
3.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的加载活动钢板(5)是由正方形钢板组成，加载活动钢板中心设加载活动钢板中心圆孔(18)允许试验锚索(1)通过。
4.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的加载活动钢板(5)和加载端支撑钢板(6)，在其中心位置，沿圆周均匀布置有多个圆孔，通过加载螺栓(12)穿过圆孔将两块钢板连接。
5.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的加载活动钢板固定锁扣(14)通过固定锁扣螺栓(15)上的固定锁扣螺母(19)可固定于张拉结构支撑钢管(7)上，达到固定加载活动钢板(5)位置的目的。
6.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的腐蚀溶液容器(10)是由PVC管组成，管两侧采用PVC管堵头或清扫口作为腐蚀溶液容器盖(11)；腐蚀溶液容器(10)与腐蚀溶液容器盖(11)采用粘胶并加密封胶连接以防止渗漏；腐蚀溶液容器盖(11)与试验锚索(1)采用橡胶柔性填缝剂填充以防止渗漏；腐蚀溶液容器(10)置于腐蚀容器支撑板(9)上，通过腐蚀溶液容器管箍(21)和管箍锚固螺丝(22)固定于腐蚀容器支撑板(9)，腐蚀容器支撑板(9)与张拉结构支撑钢管(7)焊接相连；腐蚀溶液容器(10)上设有加注溶液孔和观测孔。
7.根据权利要求1所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统，其特征在于，所述的试验锚索(1)通过固定端锚头(2)和张拉端锚头(8)固定于固定端支撑钢板(4)和加载活动钢板(5)之间，固定端锚头(2)与固定端支撑钢板(4)之间设压力传感器(3)以测量试验锚索(1)所受张拉力。
8.一种如权利要求1-7任一所述的一种内平衡式预应力锚索应力腐蚀试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将试验锚索依次穿过固定端支撑钢板(4)、腐蚀溶液容器(10)及腐蚀溶液容器盖(11)以及加载活动钢板(5)，在固定端支撑钢板(4)外侧试验锚索上安装压力传感器(3)，通过固定端锚头(2)和张拉端锚头(8)将试验锚索(1)固定；
2)将腐蚀溶液容器(10)置于腐蚀容器支撑板(9)上，用管箍锚固螺丝(22)和腐蚀溶液容器管箍(21)将腐蚀溶液容器(10)固定于腐蚀容器支撑板(9)上；
3)通过均匀紧固8颗加载螺母(13)对试验锚索进行张拉，同时监测压力传感器(3)达到预设拉力值停止；
4)将4个加载活动钢板固定锁扣(14)移至加载活动钢板(5)处，锁紧固定锁扣螺栓(15)上的固定锁扣螺母(19)，以固定加载活动钢板(5)的位置；
5)向腐蚀溶液容器(10)中加入腐蚀溶液，同时监测压力传感器(3)进行应力腐蚀试验。
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