CN109406269B - 持载构件的自然暴露实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及持载构件的自然暴露实验装置，包括用于支撑试件的反力架、用于给试件加载的加载装置以及测试装置，试件为长条形试件，若干个试件并排放置于反力架上，反力架分别支撑试件的两个位置，加载装置位于反力架的两个支撑位置之间，加载装置施加给试件一个与重力方向相同的力，测试装置包括压力传感器和数显式应变计，压力传感器位于加载装置与试件之间，用于测试试件受到的压力，数显式应变计位于试件的受拉部位，用于测量试件的受拉部位的变形情况。本发明能够实现多种环境下持载构件的自然暴露实验，通用性好，适用范围广；能够同时对多个试件实施相同环境与荷载共同作用下的自然暴露实验，以便于对其长期力学性能的统计分析。

Description

持载构件的自然暴露实验装置及方法

技术领域

本发明涉及材料力学实验领域，特别是涉及持载构件的自然暴露实验装置 及方法。

背景技术

长期以来，模拟自然环境下结构性能退化的自然暴露实验只对材料(小试 件)实施无荷载作用的自然暴露实验。这种无荷载作用的自然暴露实验显然与 桥梁、房屋、场馆、港口码头、水坝、舰船、深海平台、车辆、航空器等建筑 物或器械的服役环境有异，其实验结果无法直接应用于上述建筑物或器械的设 计和安全评价等。

进入本世纪后，世界各国开始重视对服役环境与荷载共同作用下结构物的 长期力学性能/耐久性的研究。与此相对应，通过自行研制的简易实验装置，考 虑恒载(持载)下材料(小试件)的自然暴露实验也偶见报道。目前，持载下 的材料(小试件)的自然暴露实验方法及装置存在以下问题：1)在长期实验中 荷载的精确控制困难。主要原因是实验装置的结构还不够合理，或是装置中的 主要受力构件的刚度不足，或是测量仪器的精度或耐久性不足；2)多环境下能 够通用的实验方法及装置未见报道。目前报道的自然暴露实验方法和装置都为 某特定环境下的实验方法和装置，不具有通用性；3)实验数据的长期连续测试和采集困难。目前报道的自然暴露实验中试件的变形是通过应变片等来测试， 但采用应变片的测试方法由于其使用寿命过短及电力等保障措施困难而很难做 到长期连续测试和采集；4)实验场地、条件和装置的长期维护困难。自然暴露 实验的周期一般需要几十年甚至上百年，在这样长的周期里维持设定的实验条 件(环境、受力等)、保障实验装置的功能及稳定性、维护实验场地等，都是异 常艰巨的工作；5)试件受力及变形测试方法有待完善。一方面，目前的测试方 法无法适应试件随着所处环境变化而引起的变形和受力变化规律的测试，既无 法完整、实时、高精度地捕捉到试件的变形和受力随环境变化而变化的数据。另一方面，以往的自然暴露实验装置无法同时对多个试件实施相同环境与荷载 共同作用下的自然暴露实验，不利于对其长期力学性能进行统计分析；6)构件 及结构层次的持载构件的自然暴露实验未见报道。一方面，目前的自然暴露实 验大都是针对材料(小试件)实施的，但这样的实验结果无法反映尺寸效应、 几何效应等，与实际结构或构件的长期力学性能变化规律是有差异的。另一方 面，偶见报道的构件层次的自然暴露实验，其构件是不承受外加载荷的。因此， 需要对实际结构、构件在自然环境下实施长期的持载的暴露实验。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供持载构件的 自然暴露实验装置，其能够在长期实验中精确控制载荷，适合多环境下实验， 便于实验数据的长期连续测试，便于采集数据，便于维护。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供持载构件的 自然暴露实验方法，其能够完整、实时、高精度地捕捉到试件的变形和受力随 环境变化而变化的数据，且能同时对多个试件实施相同环境与载荷共同作用下 的自然暴露实验。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

持载构件的自然暴露实验装置，包括用于支撑试件的反力架、用于给试件 加载的加载装置以及测试装置，试件为长条形试件，若干个试件并排放置于反 力架上，反力架分别支撑试件的两个位置，加载装置位于反力架的两个支撑位 置之间，加载装置施加给试件一个与重力方向相同的力，测试装置包括压力传 感器和数显式应变计，压力传感器位于加载装置与试件之间，用于测试试件受 到的压力，数显式应变计位于试件的受拉部位，用于测量试件的受拉部位的变 形情况。

进一步，反力架包括平行设置的两个支座横梁，若干个试件并排放置于两 个支座横梁上，两个支座横梁的两端分别设有主梁，加载装置包括加载横梁和 若干个加载板，加载板与试件一一对应，加载横梁固接于主梁，每个加载板通 过两根螺杆和螺母固接于加载横梁，试件位于加载板与加载横梁之间，每个加 载板与试件之间均分别设有压力传感器。

进一步，每个压力传感器与试件之间均分别设有连接板和加载头，加载头 一侧抵接于试件，另外一侧抵接于连接板，连接板抵接于压力传感器。

进一步，加载头为圆柱形加载头，加载头的轴向沿试件的宽度方向设置， 加载头的长度与试件宽度相同，连接板与加载头抵接一侧设有凹槽，加载头位 于凹槽内，凹槽与加载头接触的面为圆柱面。

进一步，凹槽的圆柱面的直径比加载头的直径大2mm。

进一步，反力架下还设有地梁，地梁设置于地面，用于支撑反力架。

进一步，反力架下还设有水池，水池连接水泵，水池内注有含盐量与海水 相同的盐水，反力架和水池上设有能够遮挡雨水的挡雨装置。

进一步，主梁为耐候结构钢制成的圆形或矩形厚壁型钢，其在实验荷载作 用下的最大变形量应小于0.1mm；支座横梁为耐候结构钢制成的厚壁圆钢管， 并根据试件尺寸先内嵌后焊接于主梁两端，其在实验荷载作用下的最大变形量 应小于0.1mm；加载横梁为耐候结构钢制成的矩形厚壁型钢，其在实验荷载作 用下的最大变形量应小于0.1mm；加载板为高强耐候钢制成的矩形实心钢板， 其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm。

持载构件的自然暴露实验方法，采用权利要求1至7中任意一项的实验装 置，针对试件随着所处环境变化而引起的变形和受力变化规律而灵活改变测量 方法，具体为采取分阶段测量试件变形和受力的方法：在自然暴露实验的初期， 按照气温和湿度的变化规律，采取小循环，白天分6次、晚上分3次，连续测 量1个月的方法；1个月后，采取大循环，每天在同一时间测量1次的方法，测 量试件的变形和受力情况。在测量时，记录当时的受力、应变、温度、湿度和 盐度等环境因素。

进一步，对试件施加的荷载由压力传感器测量，荷载大小由调整螺母的松 紧程度控制，当荷载大小调整到目标荷载时，锁定螺母。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明的持载构件的自然暴露实验装置具有如下优点：

1)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，能够实现多种环境下持载构件 的自然暴露实验，通用性好，适用范围广；

2)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，能够同时对多个试件实施相同 环境与荷载共同作用下的自然暴露实验，以便于对其长期力学性能的统计分析；

3)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，比现有的自然暴露装置具有更 加合理的结构、优异的刚度、强度、稳定性和耐久性，并具有安装方便、成本 低廉等特点。

4)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，可以解决在长期实验中荷载的 精确控制困难、以及实验条件、设备和场地的长期维护困难等问题。

本发明的持载构件的自然暴露实验方法，具有能够针对试件随着所处环境 变化而引起的变形和受力变化规律而灵活改变的特点、小循环与大循环相结合 的测量方法，既有利于完整、实时、高精度地捕捉到试件的变形和受力随环境 变化而变化的数据，又可以避免大数据的处理工作量。

附图说明

图1为本发明持载构件的自然暴露实验装置的亚热带陆地地区环境实例立 体结构示意图。

图2为本发明持载构件的自然暴露实验装置的亚热带陆地地区环境实例的 另外一个角度的结构示意图。

图3为本发明持载构件的自然暴露实验装置的亚热带陆地地区环境实例的 另外一个角度的结构示意图。

图4为本发明持载构件的自然暴露实验装置为亚热带海浪飞溅区环境实例 的结构示意图。

图5为本发明持载构件的自然暴露实验装置为亚热带海浪飞溅区环境实例 的另外一个结构示意图。

图6为本发明持载构件的自然暴露实验装置的连接件与加载头的装配结构 示意图。

图7为本发明持载构件的自然暴露实验中试件受力随自然环境的变化情 况。

其中图1至图6中包括有：

1-水池；2-螺杆；3-加载头；4-连接板、4-1-凹槽；5-压力传感器；6-加载板； 7-螺母；8-保护罩；9-地梁；10-试件；11-主梁；12-支座横梁；13-加载横梁；14- 挡雨装置；15-水泵；16-数显式应变计。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1、

如图1至3所示，一种亚热带环境下持载构件的长期自然暴露实验方法及 装置，包括：亚热带环境设定、自然暴露实验装置、自然暴露实验方法。

所述的亚热带环境为亚热带陆地环境。

持载构件的自然暴露实验装置，包括用于支撑试件10的反力架、用于给试 件10加载的加载装置以及测试装置，试件10为长条形试件10，若干个试件10 并排放置于反力架上，反力架分别支撑试件10的两个位置，加载装置位于反力 架的两个支撑位置之间，加载装置施加给试件10一个与重力方向相同的力，测 试装置包括压力传感器5和数显式应变计16，压力传感器5位于加载装置与试 件10之间，用于测试试件10受到的压力，数显式应变计16位于试件10的受 拉部位，用于测量试件10的受拉部位的变形情况。

反力架包括平行设置的两个支座横梁12，若干个试件10并排放置于两个支 座横梁12上，两个支座横梁12的两端分别设有主梁11，加载装置包括加载横 梁13和若干个加载板6，加载板6与试件10一一对应，加载横梁13固接于主 梁11，每个加载板6通过两根螺杆2和螺母7固接于加载横梁13，试件10位 于加载板6与加载横梁13之间，每个加载板6与试件10之间均分别设有压力 传感器5。主梁11与支座横梁12的连接方式为先内嵌后焊接；主梁11与加载 横梁13的连接方式为焊接；加载横梁13的相应位置设有贯穿圆孔以连接螺杆2；螺杆2，通过螺母7对试件10施加实验载荷，并锁死于加载横梁13中；该螺杆 2由高强不锈钢制成，在实验过程中其始终处于弹性变形范围内。所述加载板6 采用高强耐候钢制成，其下方设置有一个直径比压力传感器5外径大1mm的圆 形浅盲孔，以方便与压力传感器5连接；加载板6两端各开一个直径比螺杆2 直径大1mm的圆孔，以连接和锁定螺杆2。在实验荷载作用下，加载板6的最 大变形量应小于0.1mm。主梁11为耐候结构钢制成的圆形或矩形厚壁型钢，其 在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm；支座横梁12为耐候结构钢制成 的厚壁圆钢管，并根据试件10尺寸先内嵌后焊接于主梁11两端，其在实验荷 载作用下的最大变形量应小于0.1mm；加载横梁13为耐候结构钢制成的矩形厚 壁型钢，其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm。

每个压力传感器5与试件10之间均分别设有连接板4和加载头3，加载头 3一侧抵接于试件10，另外一侧抵接于连接板4，连接板4抵接于压力传感器5。 所述压力传感器5为圆饼状、数字显示式压力传感器5，其测量精度为10N，并 具有50年以上的使用寿命；所述数显式应变计16为外贴式智能应变计，其测 量精度为2με。

加载头3为圆柱形加载头3，加载头3的轴向沿试件10的宽度方向设置， 加载头3的长度与试件10宽度相同，连接板4与加载头3抵接一侧设有凹槽4-1， 加载头3位于凹槽4-1内，凹槽4-1与加载头3的接触面为圆柱面。进一步，凹 槽4-1的圆柱面的直径比加载头3的直径大2mm。所述加载头3为采用高强耐 腐蚀钢制成的实心圆钢柱，并与同一种钢材制成的连接板4均匀圆柱面接触。 保证加载的力量均匀，且不会随变形而改变。加载头3，通过与连接板4配合对 试件10加载；连接板4，对加载头3和压力传感器5予以定位并起到连接作用；压力传感器5，置于连接板4和加载板6之间，以实时测定试件10所受荷载； 加载板6，下面连接压力传感器5，其两端通过螺母7与螺杆2连接；数显式应 变计16，粘贴于试件10的受拉部位，以实时测定试件10的变形。如图1～图3 所示。连接板4下方中心部设置有一个与加载头3接触、贯穿其板宽的半圆孔 状的凹槽4-1，上方中心部加工有一个直径比压力传感器5外径大1mm的圆形 浅盲孔，以便与压力传感器5相连接，如图6所示。

加载板6、压力传感器5、连接板4和加载头3外部罩有保护罩8，所述保 护罩8为采用耐候PVC材料制成的开口矩形构件，能够作为压力传感器5等加 载装置中部分器件的遮风挡雨、防太阳光照射等之用。

如图2、图4、图5所示，反力架下还设有地梁9，地梁9设置于地面，用 于支撑反力架。所述地梁9具有2条以上的数量，每2条地梁9之间的间距以 能够平稳放置上述反力架为准。地梁9是顶部为半圆形、长度任意(按照实验 场地尺寸设置)、高度为20～30cm、宽度20～30cm的条带状RC构件，设置在 平整的水泥地面上。地梁9的作用是防止积水浸泡反力架和试件10，并方便对 试件10的受力及变形进行测量。

持载构件在亚热带自然环境下的暴露实验方法，包括以下步骤：

1)试件10(构件)设计及制作。根据实际承载构件的形状、尺寸、受力情 况以及自然暴露实验场的实验条件，按照一定的缩比设计试件10，并按照相关 标准/规定制作试件10。

2)自然暴露环境的设定。按照构件所处的亚热带实际服役环境，设定为亚 热带陆地环境。对于亚热带陆地环境，只需要在亚热带室外露天的实验场地上 设置用以放置试件10和反力装置的钢筋混凝土地梁9。

3)搭建反力架。先按照试件10类型和尺寸，制作所述的2根主梁11，并 根据支座横梁12位置在其两端开圆孔，制作2根支座横梁12并将其内嵌于主 梁11两端圆孔内，采用焊接方式将主梁11与支座横梁12固结，组成一个矩形 框架，即反力架。

4)连接加载横梁13。按照反力架尺寸和试件10数量，制作加载横梁13， 并按照试件10尺寸，确定一个反力架内可放置的试件10数量，再按照等距、1 个试件10设置1对圆孔的方法在加载横梁13上面钻贯穿孔，尔后将其两端焊 接于2根主梁11跨中的底部。

5)安装试件10。先将焊接好加载横梁13的反力架放置于预先设置的地梁 9上，再将试件10放置于反力架上。然后在试件10的受拉部位粘贴数显式应变 计16。

6)加载。按照放置加载头3、连接板4、压力传感器5、加载板6、连接螺 杆2、拧紧上下螺母7的顺序组装加载装置，并逐一对各个试件10进行加载。 对于每个试件10，需要备有1个加载头3、1块连接板4、1个压力传感器5、1 块载板6、2根螺杆2、4～8个螺母7、1～2个数显式应变计16。

7)荷载测量及控制。对试件10施加的荷载由压力传感器5测量，荷载大 小由调整螺母7的松紧程度控制。当荷载大小调整到目标荷载时，锁定螺母7。 目标荷载是根据构件在实际结构物中的受力情况，按照相关标准和规范进行计 算确定。

8)设置保护装置。为了保护压力传感器5及其他主要部件，每一套反力装 置制作一个保护罩8，并套于其加载装置的上方。

9)长期测试。试件10在自然暴露环境与恒载的共同作用下会发生变形， 试件10的变形又会反过来引起其受力的变化。因此，为探明在自然暴露环境与 恒载共同作用下试件10长期力学性能的变化规律，保证测试的精度并尽量减少 非环境和非外力的影响，对于混凝土试件10，一方面，本发明将养护好的RC 试件10放置于室内1年后才实施自然暴露实验，以尽量减少混凝土的收缩和徐 变对其长期力学性能的影响。另一方面，不管对于何种试件10，本发明采取分 阶段测量试件10变形和受力的方法：在自然暴露实验的初期，按照气温和湿度 的变化规律，采取小循环(白天分6次、晚上分3次)连续测量1个月的方法；1个月后，采取大循环(每天在同一时间测量1次)的方法，测量试件10的变 形和受力情况。在测量时，记录当时的受力、变形(应变)、以及温度、湿度等 环境因素。试件10的变形/应变由数显式应变计16测试，试件10的受力由压力 传感器5测量，温度和湿度由温度湿度计测量。

上述自然暴露实验方法及装置可用于桥梁、隧道、港口、码头、道路、水 坝、场馆、房屋、舰船、深海平台、汽车、航空器等建筑物/结构物的钢筋混凝 土(RC)结构件、钢结构件、复合材料、纤维增强复合材料(FRP)加固RC 结构件、FRP加固钢结构件、钢-混凝土组合结构件以及其它材料组成的持载构 件的自然暴露实验。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明的持载构件的自然暴露实验装置具有如下优点：

1)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，能够实现多种环境下持载构件 的自然暴露实验，通用性好，适用范围广；

2)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，能够同时对多个试件10实施 相同环境与荷载共同作用下的自然暴露实验，以便于对其长期力学性能的统计 分析；

3)本发明的持载构件的自然暴露实验装置，比现有的自然暴露装置具有更 加合理的结构、优异的刚度、强度、稳定性和耐久性，并具有安装方便、成本 低廉等特点。

4)本发明的持载构件的亚热带自然暴露实验装置，可以解决在长期实验中 荷载的精确控制困难、以及实验条件、设备和场地的长期维护困难等问题。

本发明的持载构件的自然暴露实验方法，具有能够针对试件10随着所处环 境变化而引起的变形和受力变化规律而灵活改变的特点小循环与大循环相结合 的测量方法，既有利于完整、实时、高精度地捕捉到试件10的变形和受力随环 境变化而变化的数据，又可以避免大数据的处理工作量。

实施例2、

本实施例的主要结构和方法与实施例1相同，其主要不同之处在于：

如图4、图5所示，本实施例所述的亚热带环境为亚热带海浪飞溅区环境。 反力架下还设有水池1，水池1连接水泵15，水池1内注有含盐量与海水相同 的盐水，反力架和水池1上设有能够遮挡雨水的挡雨装置14。所述水池1为长 度任意(按照实验场地尺寸设置)、宽度与上述2条地梁9之间的间距相等、深 度为1500～2000mm的矩形RC结构，其表面需经过防渗水处理，其两长边按照 上述地梁9的要求构建，并配置有水泵15等排水装置，所述水池1是用以按照 亚热带沿海地区海水盐度的变化情况配置人工海水，并在水池1的上方放置试件10的反力装置。人工海水的排放通过配套的水泵15完成。所述挡雨装置14 (雨棚)为采用耐候、透光的PVC等材料制成的架空的斜屋顶状结构，采用不 锈钢架架设于水池1的上方，用以防止雨水流入水池1而降低人工海水的盐浓 度。

具体的本实施例是采用发明中的持载构件在亚热带自然环境下的暴露实验 方法及装置，以碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁为试件 10，以“亚热带海浪飞溅区环境”作为亚热带的一种典型自然环境，然后按照 以下步骤进行持载构件的自然暴露实验：

(1)试件10设计及制作。根据相关规范，将亚热带地区RC桥梁的普通加 固构件“CFRP加固RC简支梁”按照一定的缩比设计试件10。其中，RC梁尺 寸为1850mm长×100mm宽×200mm高，跨距为1600mm；混凝土为C30；主 筋为Ф10II级钢筋，架立筋与箍筋均为Ф8I级钢筋,配筋率为0.981％；CFRP 为采用T700-12k碳纤维丝编制的1560mm长×100mm宽×0.23mm计算厚度的 CFRP预浸料，例如碳纤维薄板(CFL)；采用超高强环氧树脂A,B胶将CFL对 称地粘贴于RC梁底部。

关于试件10的制作，先扎制钢筋笼，在主筋的下缘粘贴应变片，然后浇筑 混凝土，放置1天后脱模、养护28天，尔后在室内放置1年，再粘贴碳纤维薄 板。

(2)反力架设计及验算。

1)设计：为了便于对试件10的长期力学性能等进行统计分析，确定每个 反力架放置5个试件10；按照试件10尺寸和实际构件的恒载大小，确定在自然 暴露实验中对试件10的加载形式为三点弯曲，然后按照弯矩等效原理，试算反 力架的受力和变形；最后将反力架的各组成部件的材料、形状和尺寸确定为：

主梁11：由两个相同尺寸的厚壁槽钢焊接而成。槽钢的材料为Q355NH， 尺寸为1800mm长×80mm宽×140mm高，壁厚为8mm。在相距1600mm的主 梁11两端各开一个直径Φ101mm的贯穿孔，以便与支座横梁12连接；

支座横梁12：材料为Q355NH，长度为1330mm、直径为Φ100mm、壁厚 为10mm的圆钢管。2根支座横梁12的中心线相距1600mm，其两端嵌入于主 梁11两端的贯穿孔内，其端部与主梁11的外壁齐平，并在内外壁都沿孔的周 边进行焊接。支座横梁12的工作长度为1170mm；

加载横梁13：由两个相同尺寸的厚壁槽钢焊接而成。槽钢的材料为Q355NH， 尺寸为1330mm长×80mm宽×140mm高，壁厚为8mm。加载横梁13焊接于 主梁11跨中处的底部，并从一端起按照以下间隔尺寸钻10个Φ17mm的贯穿孔： 100+190+45+190+45+190+45+190+45+190mm，以便螺杆2穿过加载横梁13。

为了防腐和增加耐久性，对上述反力架的所有构件涂刷防腐漆。而且，在 自然暴露实验过程中，每隔2～3年再涂刷一次防锈漆。

2)验算

强度验算：主梁11、支座横梁12和加载横梁13在设定的荷载下其最大应 力均小于Q355NH的屈服强度(355MPa)，满足设计要求。

刚度/变形验算：主梁11、支座横梁12和加载横梁13在设定荷载(每个试 件10的荷载为4.5kN)下的最大变形均小于0.1mm，满足设计要求。

(3)其他主要部件/构件设计与验算。

加载板6：材料为45号钢，尺寸为230mm长×60mm宽×30mm厚，孔径 Φ1＝17mm，Φ2＝43mm。

连接板4：材料为45号钢，尺寸为155mm长×155mm宽×28mm厚，孔径 Φ1＝151mm，Φ2＝31mm，H2＝5mm。

螺杆2：材料为SUS304，尺寸分别为：直径Φ16mm，L1＝620mm，L2＝80mm， L3＝30mm,L4＝70mm,L5＝30mm。

加载头3：材料为SUS304，尺寸为：直径Φ1＝30mm，长度L＝155mm。

螺母7：材料为SUS304，尺寸为Φ16。

保护罩8：材料为PVC，尺寸为：1150mm长×200mm宽×80mm，板厚5mm， 是向下开口的矩形罩子。

地梁9：材料为钢筋混凝土，混凝土标号为C30。地梁9顶部半径为 R＝300mm、高度为300mm、宽度为300mm,长度有两种(10m和5m)，其中设 置在水池1边的为5m，其余的为10m。

水池1：主体构造为钢筋混凝土，混凝土标号为C30，并做防渗处理。水池 1尺寸为：5000mm长×1300mm宽×1500mm深，实验时保持着1200mm深的 盐度为3％的人工海水。

挡雨装置14(雨棚)：雨棚尺寸为：L×B×H2(H1)＝5200×2400×1200 (1030)mm，其中，支架材料为SUS304，截面尺寸为50×50mm、壁厚为3mm 的方钢；棚顶材料为透明的PVC，厚度为5mm。

验算结果：各部件/构件的强度足够，其变形都在弹性范围内，符合设计要 求。

(4)建造自然暴露实验场。在广州华南理工大学校园内圈出一块18000mm 长×12000mm宽的平地，按照以下步骤建造实验场：

1)找平后浇筑混凝土，厚度为200mm；

2)按照1600mm的间隔沿长度方向分别浇筑长度为10000mm和 5000mm长的地梁9；

3)在两条5000mm长的地梁9之间建造水池1；

4)在水池1的上方建造挡雨装置14(雨棚)；

5)在实验场地的外围建造围栏。

(5)亚热带海浪飞溅区自然环境暴露实验。按照以下步骤实施：

1)制作主梁11、支座横梁12、加载横梁13、以及其它零部件；

2)按照附图1所示构造搭建反力架、涂刷防锈漆后晾干；

3)将反力架放置于水池1旁边的地梁9上，并将反力架置于水池1的 正上方，再将5个试件10(CFL加固RC梁)放置于反力架上；

4)按照加载头3、连接板4、压力传感器5、加载板6、螺杆2、螺母 7的顺序组装试件10的加载装置，并通过上下螺母7调节每个试件10的载荷值 (4.5kN)，最后锁紧，盖上保护罩8。

5)在水池1的上方搭建挡雨装置14(雨棚)。

6)制作盐度为3％的人工海水，并注入水池1中，开始实施自然暴露 实验。

(6)试件10的长期受力及变形测试。在自然暴露实验开始的一个月内， 采取小循环连续测量(每天测量时间为：0:00,4:00,7:00,9:00,11:00,13:00,15:00, 18:00,21:00)的方法，分别读取压力传感器5的荷载值、试件10主筋的应变、 碳纤维薄板的应变，并同时测量和记录当时的温度、湿度和盐度等数据；1个月 后，采取大循环(每天在13:00测量1次)的方法，分别读取压力传感器5的荷 载值、钢筋的应变、碳纤维薄板的应变，也并同时测量和记录当时的温度、湿 度和盐度等数据。附图7所示为自然暴露实验的一个反力架中的5个试件10在 实验开始后32周内的荷载测试数据，即试件10的荷载随自然环境的变化情况。

(7)海水浓度控制。水池1中的人工海水按照珠江几个主要入海口(虎门、 崖门、磨刀门)附近海域在4个季节的盐度变化情况(实测数据)设定为：2％， 1％，2％，3％，并按照每周调整1次的方法进行控制，即水池中的盐水每周补 充一次，并测定其盐度，当盐度偏离设定值时，通过调整盐量或水量进行调节， 直至其达到设定值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：包括用于支撑试件的反力架、用于给试件加载的加载装置以及测试装置，试件为长条形试件，若干个试件并排放置于反力架上，反力架分别支撑试件的两个位置，加载装置位于反力架的两个支撑位置之间，加载装置施加给试件一个与重力方向相同的力，测试装置包括压力传感器和数显式应变计，压力传感器位于加载装置与试件之间，用于测试试件受到的压力，数显式应变计位于试件的受拉部位，用于测量试件的受拉部位的变形情况；

反力架包括平行设置的两个支座横梁，若干个试件并排放置于两个支座横梁上，两个支座横梁的两端分别设有主梁，加载装置包括加载横梁和若干个加载板，加载板与试件一一对应，加载横梁固接于主梁，每个加载板通过两根螺杆和螺母固接于加载横梁，试件位于加载板与加载横梁之间，每个加载板与试件之间均分别设有压力传感器；

每个压力传感器与试件之间均分别设有连接板和加载头，加载头一侧抵接于试件，另外一侧抵接于连接板，连接板抵接于压力传感器。

2.按照权利要求1所述的持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：加载头为圆柱形加载头，加载头的轴向沿试件的宽度方向设置，加载头的长度与试件宽度相同，连接板与加载头抵接一侧设有凹槽，加载头位于凹槽内，凹槽与加载头接触的面为圆柱面。

3.按照权利要求2所述的持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：凹槽的圆柱面的直径比加载头的直径大2mm。

4.按照权利要求1所述的持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：反力架下还设有地梁，地梁设置于地面，用于支撑反力架。

5.按照权利要求1所述的持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：反力架下还设有水池，水池连接水泵，水池内注有含盐量与海水相同的盐水，反力架和水池上设有能够遮挡雨水的挡雨装置。

6.按照权利要求1所述的持载构件的自然暴露实验装置，其特征在于：主梁为耐候结构钢制成的圆形或矩形厚壁型钢，其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm；支座横梁为耐候结构钢制成的厚壁圆钢管，并根据试件尺寸先内嵌后焊接于主梁两端，其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm；加载横梁为耐候结构钢制成的矩形厚壁型钢，其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm；加载板为高强耐候钢制成的矩形实心钢板，其在实验荷载作用下的最大变形量应小于0.1mm。

7.持载构件的自然暴露实验方法，其特征在于：采用权利要求1至6中任意一项的实验装置，针对试件随着所处环境变化而引起的变形和受力变化规律而灵活改变测量方法，具体为采取分阶段测量试件变形和受力的方法：在自然暴露实验的初期，按照气温和湿度的变化规律，采取小循环，白天分6次、晚上分3次，连续测量1个月的方法；1个月后，采取大循环，每天在同一时间测量1次的方法，测量试件的变形和受力情况；在测量时，记录当时的受力、应变、温度、湿度和盐度环境因素。

8.按照权利要求7所述的持载构件的自然暴露实验方法，其特征在于：对试件施加的荷载由压力传感器测量，荷载大小由调整螺母的松紧程度控制，当荷载大小调整到目标荷载时，锁定螺母。

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