CN110501280A - 一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法，装置包括：CFRP板锚具试件、腐蚀反应单元、预应力施加单元、预应力变化监测单元和滑移监测单元；预应力施加单元，用于对CFRP板锚具试件施加预应力；腐蚀反应单元内置于预应力施加单元，腐蚀反应单元，用于对持有预应力的CFRP锚具试件进行腐蚀；CFRP板两端的锚具与腐蚀反应单元的电源正极并联；滑移监测单元，用于监测经过不同腐蚀时间后锚具的滑移。本申请提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，能够为锚具试件在预应力和海洋环境腐蚀共同作用下的预应力损失提供有效的实验数据，有利于对在海洋环境中工作的锚具性能的研究。

Description

一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法

技术领域

本申请属于土木工程加固技术领域，尤其涉及一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法。

背景技术

在预应力碳纤维板加固技术中，需要有效地对碳纤维板(简称CFRP板)施加预应力并且长期保持在预应力水平。高效的端部锚固是预应力碳纤维板加固方法的前提条件，也是提高碳纤维板利用率所要首先解决的问题。然而在实际结构加固工程中，预应力CFRP板加固用锚具常常受到工作环境的腐蚀，这对CFRP板锚具试件的工作性能会产生很大的影响。其中，在沿海区域锚具受到腐蚀的情况相当普遍。由于海洋环境的影响，预应力CFRP板加固用锚具常常会受到腐蚀，导致预应力CFRP板的预应力损失以及两端锚具与CFRP板之间的相对滑移，进而影响加固的效果。然而现有技术的CFRP板锚具试件张拉装置只能对CFRP板锚具试件施加预应力，无法对持有预应力的CFRP板锚具试件的两端锚具同时进行海洋环境下的腐蚀，导致不能对当锚具受到腐蚀时的锚具工作性能以及预应力CFRP板的预应力损失情况进行实时监测和研究。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法，通过对CFRP板锚具试件施加预应力以及对锚具进行海洋环境下的加速腐蚀进行预应力和腐蚀性能测试，通过在模拟过程中监测获得的数据，能够为CFRP板锚具试件的预应力损失和腐蚀性能提供有效的实验数据，有利于对在海洋环境中工作的锚具性能的研究。

本申请第一方面提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，

包括：CFRP板锚具试件、腐蚀反应单元、预应力施加单元、预应力变化监测单元和滑移监测单元；

所述预应力施加单元，用于对所述CFRP板锚具试件施加预应力；

所述腐蚀反应单元内置于所述预应力施加单元，所述腐蚀反应单元包括盛放于耐腐蚀容器中的电解质溶液，用于对持有预应力的CFRP板两端的锚具进行腐蚀；所述CFRP板两端的锚具与所述腐蚀反应单元的电源正极并联，且半浸泡于所述电解质溶液中，所述电解质溶液液面位于所述锚具下表面与所述耐腐蚀容器两端圆弧凹槽最低点之间；

所述预应力变化监测单元包括应变传感器，用于长期监测所述CFRP板两端锚具处于腐蚀状态下的CFRP板的预应力损失；

所述滑移监测单元，用于监测经过不同腐蚀时间后所述锚具的水平滑移。

优选地，所述腐蚀反应单元还包括内置于耐腐蚀容器中的玻璃盒子，所述玻璃盒子中装有电解质溶液，所述玻璃盒子的侧面设有开孔，所述开孔包裹有阳离子交换膜。

优选地，所述耐腐蚀容器包括木质容器，用于隔离预应力施加单元与电解质溶液。

优选地，所述滑移监测单元包括磁力表座、磁力基座和百分表，所述磁力表座吸附于锚固钢板上表面，用于固定所述百分表；所述百分表与吸附于所述CFRP板两端的锚具上表面的磁力基座相抵。

本申请第二方面提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法，所述方法执行于第一方面所述的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，包括：

将CFRP板锚具试件固定于所述预应力施加单元内部，并进行预张拉，将腐蚀反应单元内置于预应力施加单元；

将应变传感器粘贴于CFRP板上表面，将滑移监测单元吸附于所述CFRP板两端锚具的上表面；

将CFRP板两端的锚具与所述腐蚀反应单元的电源正极并联，半浸泡于电解质溶液中，开启所述电源；

记录在不同通电时间时所述CFRP板锚具试件的应变损失值与两端锚具的滑移值，分析数据；

待达到实验要求的腐蚀时间，将稳压直流电源关闭，可进行经腐蚀后的预应力CFRP板加固用锚具的力学性能研究。，所述预应力施加单元的四个角均设有支座。

综上所述，本申请提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，包括：CFRP板锚具试件、腐蚀反应单元、预应力施加单元、预应力变化监测单元和滑移监测单元；所述预应力施加单元，用于对所述CFRP板锚具试件施加预应力；所述腐蚀反应单元内置于所述预应力施加单元，所述腐蚀反应单元包括盛放于耐腐蚀容器中的电解质溶液，用于对持有预应力的CFRP板两端的锚具进行腐蚀；所述CFRP板两端的锚具与所述腐蚀反应单元的电源正极并联，且半浸泡于所述电解质溶液中，所述电解质溶液液面位于所述锚具下表面与所述耐腐蚀容器两端圆弧凹槽最低点之间；所述预应力变化监测单元包括应变传感器，用于长期监测所述CFRP板两端的锚具处于腐蚀状态下的所述CFRP板的预应力损失；所述滑移监测单元，用于监测经过不同腐蚀时间后所述锚具的水平滑移。

本申请提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，通过对锚具试件施加预应力以及对锚具进行海洋环境下的加速腐蚀进行预应力损失和腐蚀性能测试，通过在模拟过程中监测获得的数据，能够为锚具的预应力损失和腐蚀性能提供有效的实验数据，并且锚具试件采用避免CFRP板与电解质溶液接触的部分浸泡方式放置于电解质溶液中，锚具的两端与腐蚀反应单元的电源正极并联，使得在进行腐蚀试验时仅仅腐蚀作用于预应力张拉锚具，避免腐蚀CFRP板。电解质溶液盛放于耐腐蚀容器中，能够避免腐蚀别的部件。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的腐蚀反应单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的电解质溶液液面位置示意图；

图4为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的预应力施加单元的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的滑移监测单元的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的底座杆件的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的锚固钢板的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法的流程图；

其中，附图标记如下：

千斤顶1；力传感器2；底座杆件3；锚固钢板4；张拉拉杆5；挡板6；支座7；腐蚀反应单元8；玻璃盒子9；M30螺栓10；M24螺母11；锚固试件12；惰性电极13；导线14；稳压直流电源15；M30螺栓孔16；M24螺栓孔17；磁力基座18；磁力表座19；百分表20；光纤光栅应变传感器21；光纤光栅解调仪22；控制界面23；电解质溶液24。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置和方法，通过对锚具试件施加预应力以及对锚具进行海洋环境下的加速腐蚀进行预应力损失和腐蚀性能测试，通过在模拟过程中监测获得的数据，能够为锚具的预应力损失和腐蚀性能提供有效的实验数据，有利于对在海洋环境中工作的锚具性能的研究。

为了使CFRP板锚具试件在持有预应力的同时，两端的锚具也受到海洋环境的腐蚀，可以通过对CFRP板锚具试件张拉装置不具备海洋环境腐蚀组件的问题来进行改进，本申请提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，能够对CFRP板锚具试件的两端锚具进行腐蚀，而不会对CFRP板和张拉装置造成腐蚀，从而能够对当腐蚀对象仅为锚具时的预应力CFRP板加固用锚具的工作性能以及预应力CFRP板的预应力损失情况进行监测以及研究。

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

参见图1-图7，图1为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的腐蚀反应单元的结构示意图；图3为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的电解质溶液液面位置示意图；图4为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的预应力施加单元的结构示意图；图5为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的滑移监测单元的结构示意图；图6为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的底座杆件的结构示意图；图7为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置的锚固钢板的结构示意图。

本申请实施例提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，包括：CFRP板锚具试件、腐蚀反应单元、预应力施加单元、预应力变化监测单元和滑移监测单元；

预应力施加单元，用于对CFRP板锚具试件施加预应力；

腐蚀反应单元内置于预应力施加单元，腐蚀反应单元包括盛放于耐腐蚀容器中的电解质溶液，用于对持有预应力的CFRP两端锚具进行腐蚀。

CFRP板两端的锚具与腐蚀反应单元的电源正极并联，且半浸泡于电解质溶液中，电解质溶液液面位于锚具下表面与耐腐蚀容器两端圆弧凹槽最低点之间；预应力变化监测单元包括应变传感器，用于长期监测两端锚具处于腐蚀状态下的CFRP板的预应力损失；

滑移监测单元，用于监测经过不同腐蚀时间后锚具的水平滑移。

需要说明的是，腐蚀反应单元8包括有惰性电极13、导线14、电解质溶液24、稳压直流电源15、玻璃盒子9和木质容器。腐蚀单元通过稳压电源的正极与锚具试件的并联来对该锚具试件进行腐蚀，腐蚀反应单元8中的电解质溶液24能够模拟海洋环境的溶液，来对锚具试件进行腐蚀模拟。惰性电极13与稳压直流电源15的负极相连，全浸泡在玻璃盒子9的电解质溶液中，用于形成并联电路回路。玻璃盒子9设有与外部的电解质溶液24进行溶液交换的交换孔，特别地，电解质溶液24不全置于玻璃盒子9中。交换孔处设有用于防止惰性电极13电解产生的氢氧离子进入外部电解质溶液24的阳离子交换膜，避免对CFRP板造成碱腐蚀。滑移监测单元用于监测锚具试件在试验过程中的水平滑移变化量。

预应力施加单元用于对所连接的CFRP板锚具试件施加预应力，包括有千斤顶1、力传感器2、底座杆件3、锚固钢板4、四根张拉拉杆5、两个挡板6和四个支座7。四根张拉拉杆5用于固定CFRP板锚具试件于预应力施加单元。底座杆件3设有用于调整两个锚固钢板4的螺栓孔，通过调整锚固钢板4所连接的螺栓孔，能够调整两个锚固钢板4靠近或远离。锚具试件安装在位于预应力施加单元内侧的张拉拉杆5上。两个锚固钢板4设有用于防止张拉装置外侧安装的千斤顶1和力传感器2导致的四根张拉拉杆5偏离轴心方向的悬挑端。特别地，本申请实施例中的锚固试件12具体为CFRP板锚固试件12。

进一步地，腐蚀反应单元8还包括内置于耐腐蚀容器中的玻璃盒子9，玻璃盒子9中装有电解质溶液，玻璃盒子9的侧面设有开孔，开孔包裹有阳离子交换膜。

需要说明的是，惰性电极13与稳压直流电源15的负极相连，全浸泡在位于玻璃盒子的电解质溶液里，用于形成并联电路回路。玻璃盒子设有用于与外部电解质溶液进行溶液交换的交换孔，交换孔处设有用于防止惰性电极电解产生的氢氧根离子进入外部电解质溶液的阳离子交换膜，从而避免对锚具试件造成碱腐蚀的风险。

本申请实施例中的电解质溶液为3.5％的氯化钠溶液，该溶液用于模拟海洋环境中的溶液对锚固试件12进行腐蚀模拟试验。进一步地，耐腐蚀容器包括木质容器，用于隔离预应力施加单元与电解质溶液。

3.5％的氯化钠溶液盛放在木质容器中，木质容器用于隔离预应力施加单元，避免对预应力施加单元造成腐蚀。并且为了避免木质容器电解质溶液接触CFRP板而采用了部分浸泡的方式，避免电流通过锚具试件时形成对CFRP板的电热损伤。预应力监测单元包括光纤光栅应变传感器21，光纤光栅应变传感器21粘接于CFRP板基体上表面，用于监测锚具试件的应变损失。光纤光栅应变传感器21接头连接至光纤光栅解调仪22，且光纤光栅解调仪22连接控制界面23。能够实时监测获得锚具试件在实验过程中的性能参数。并能够通过控制界面23查看数据。

为了实时监测在实验过程中的锚固试件12的工作性能的变化，腐蚀模拟装置还设有预应力监测单元。监测单元包括有光纤光栅应变传感器21、光纤光栅解调仪22和控制界面23、光纤光栅应变传感器21通过胶粘剂固定于锚固试件12的基体上表面，能够实时监测锚固试件12的预应力应变损失。

在预应力施加单元的两端固定有锚固钢板4，通过调整两个锚固钢板4之间的间距，能够对不同长度的锚固试件12进行张拉试验。锚固钢板4表面对称设有M30螺栓10孔，用于匹配底座杆件3对应设置的M 30螺栓孔16。中部设置的M24螺栓孔17，匹配于挡板6的M24螺母11。

进一步地，滑移监测单元包括磁力表座19、磁力基座18和百分表20，磁力表座19吸附于锚固钢板4上表面，用于固定百分表20；百分表20与吸附于锚具试件上表面的磁力基座18相抵。

需要说明的是，该滑移监测单元包括有磁力表座19、磁力基座18和百分表20。磁力表座19吸附于锚固钢板4上表面，用于固定百分表20。百分表20抵住吸附于锚具上表面的磁力基座18，能够监测在腐蚀模拟过程中锚具的水平滑移。

基于上述实施例提供的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，以下进行本申请实施例提供的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法的描述。

参见图8，为本申请实施例提供的一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法的流程图；

本申请实施例提供了一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法，方法执行用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，包括：

将CFRP板锚具试件固定于预应力施加单元内部，并进行预张拉，将腐蚀反应单元内置于预应力施加单元；

将应变传感器粘贴于CFRP板上表面，将滑移监测单元吸附于CFRP板两端锚具的上表面；

将CFRP板两端的锚具与腐蚀反应单元的电源正极并联，半浸泡于电解质溶液中，开启电源；

记录在不同通电时间时CFRP板锚具试件的应变损失值与两端锚具的滑移值，分析数据；

待达到实验要求的腐蚀时间，将稳压直流电源关闭，可进行经腐蚀后的预应力CFRP板加固用锚具的力学性能研究。

需要说明的是，对锚具试件进行海洋环境的模拟试验步骤如下：

1、将锚具试件安装于预应力施加单元内一侧的四根张拉拉杆5上，并对锚具试件进行预应力张拉；

2、安装预应力监测单元，通过水平尺保证百分表20的水平；

3、安装腐蚀反应单元8，并打开稳压直流电源15的开关，通过调整稳压直流电源15能够加快模拟锚具试件在海洋环境中的腐蚀过程。

4、通过光纤光栅解调仪22和控制界面23实时记录不同通电时间的锚具试件的应变损失值，记录在预置时间点的百分表20读数；

5、通电时间达到预置通电时长后，关闭稳压直流电源15，拆下腐蚀反应单元8，再通过预应力施加单元对腐蚀后的锚固试件12进行拉伸实验，继续对腐蚀后的锚具试件进行力学性能研究。

预应力施加单元两侧对称设置的底座杆件3设有用于调整锚固钢板4之间的间距的螺栓孔，通过调整锚固钢板4所连接的螺栓孔，能够调整锚固钢板4之间的间距，以便于对不同长度的锚具试件进行拉伸试验。预应力拉伸单元底部设有用于支撑腐蚀模拟装置的四个支座7。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，其特征在于，包括：CFRP板锚具试件、腐蚀反应单元、预应力施加单元、预应力变化监测单元和滑移监测单元；

所述预应力施加单元，用于对所述CFRP板锚具试件施加预应力；

所述腐蚀反应单元内置于所述预应力施加单元，所述腐蚀反应单元包括盛放于耐腐蚀容器中的电解质溶液，用于对持有预应力的CFRP板两端的锚具进行腐蚀；所述CFRP板两端的锚具与所述腐蚀反应单元的电源正极并联，且半浸泡于所述电解质溶液中，所述电解质溶液液面位于所述锚具下表面与所述耐腐蚀容器两端圆弧凹槽最低点之间；

所述预应力变化监测单元包括应变传感器，用于长期监测所述CFRP板两端的锚具处于腐蚀状态下的CFRP板的预应力损失；

所述滑移监测单元，用于监测经过不同腐蚀时间后所述锚具的水平滑移。

2.根据权利要求1所述的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，其特征在于，所述腐蚀反应单元还包括内置于耐腐蚀容器中的玻璃盒子，所述玻璃盒子中装有电解质溶液，所述玻璃盒子的侧面设有开孔，所述开孔包裹有阳离子交换膜。

3.根据权利要求1所述的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，其特征在于，所述耐腐蚀容器包括木质容器，用于隔离预应力施加单元与电解质溶液。

4.根据权利要求1所述的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，其特征在于，所述滑移监测单元包括磁力表座、磁力基座和百分表，所述磁力表座吸附于锚固钢板上表面，用于固定所述百分表；所述百分表与吸附于所述CFRP板两端的锚具上表面的磁力基座相抵。

5.一种用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟方法，其特征在于，所述方法执行于权利要求1-4任一项所述的用于预应力张拉锚具的腐蚀模拟装置，包括：

将CFRP板锚具试件固定于所述预应力施加单元内部，并进行预张拉，将腐蚀反应单元内置于预应力施加单元；

将应变传感器粘贴于CFRP板上表面，将滑移监测单元吸附于所述CFRP板两端锚具的上表面；

将所述CFRP板两端的锚具与所述腐蚀反应单元的电源正极并联，半浸泡于电解质溶液中，开启所述电源；

记录在不同通电时间时所述CFRP板锚具试件的应变损失值与两端锚具的滑移值，分析数据；

达到预设腐蚀时间，将稳压直流电源关闭，进行经腐蚀后的预应力CFRP板加固用锚具的力学性能研究。