CN112444450A - 一种荷载/温度/环境耦合作用下frp筋混凝土梁耐久性试验装置 - Google Patents
一种荷载/温度/环境耦合作用下frp筋混凝土梁耐久性试验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，包括海水侵蚀环境模拟系统、加热系统和加载系统。通过在水池中灌入5％氯化钠溶液来模拟海水侵蚀环境，用加热棒、温控插座和温度传感器来对水池中的模拟海水溶液进行恒温加热，并通过反力架和千斤顶等组成的加载系统来对浸泡中的FRP筋混凝土梁施加持续荷载。本发明的目的是提供一种简单的载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性能试验装置，通过使用此装置不仅使较复杂的三因素耦合作用下混凝土梁的耐久性试验成为可能，同时可以实现整个耐久性试验均在该装置上完成，避免多次搬运体积较大的FRP筋混凝土梁。
Description
技术背景
半个世纪以来，纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)已广泛的运用于航天、医疗、汽车等领域。近些年来，由于其轻质、高强、耐腐蚀等显著优点，FRP开始逐渐的被运用于土木工程领域，如结构的升级与加固等，同时在土木工程的一些领域完全替代或部分替代钢材、木材等传统建筑材料。截止到今天，在建筑行业领域中使用FRP筋的时间并不长。FRP筋在服役期间会受到各种的环境作用和物理作用，引起筋材的损伤，从而导致其力学性能退化。环境作用主要包括：溶液浸泡环境(酸性、中性、碱性、盐环境等)、紫外线、干湿循环、冻融循环和高温环境等。物理作用主要包括：静止荷载、疲劳荷载等。同时，由于FRP筋优越的耐腐蚀性能，其往往被用于长期服役于腐蚀环境的结构中替代钢筋，如跨海大桥、港口工程和化工厂等结构。
目前，由于试验仪器和场地的限制，大部分对于FRP筋混凝土构件耐久性研究停留在单因素或者双因素耦合作用下，而所有的结构中FRP筋混凝土构件往往都是受到多因素耦合作用。其中，一些南方滨海结构中的FRP筋混凝土梁往往受到自身质量和上部荷载的作用而代载服役，同时受到海水和南方高温的侵蚀。现有试验装置无法满足对土木工程中的梁构件在溶液浸泡的同时试件耦合荷载和温度的试验需求。
发明内容
发明目的：为了克服现有试验装置的不足，本发明提供一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，包括海水侵蚀环境模拟系统、加热系统和加载系统；海水侵蚀环境模拟系统包括一个浸泡水池，水池上端设有一个进水孔，方便加水配制溶液，水池下端有一个出水孔，方便浸泡完成后，排出溶液；加热系统由加热棒和温度控制插座控制，加热棒固定在浸泡水池内，温度控制插座插在普通插座上，插座上的温度传感器放在浸泡池中用来测量水池温度，当水池温度达到设定最高温度时，温度控制插座会自动断电，加热棒停止工作，当水池温度小于设定最小温度时，温度控制插座通电，加热棒开始工作，以此来控制水池中的海水溶液达到恒温；加载装置包括反力架和千斤顶，反力架锚固在水池中央底部，在反力架上架设好试验梁后，在梁上放上加载用工字钢后，在工字钢上放置千斤顶，通过千斤顶对反力架施加力来达到加载目的。
进一步，水池底部向出水口倾斜，倾斜角度为5°-8°。
进一步，反力架固定在水池底部时候需进行调平，以保证梁在试验过程中为水平状态。
进一步，水池在浸泡过程中需盖上保温盖板，以保证溶液恒温环境。
进一步，上述水池均由混凝土浇筑而成，混凝土中夹芯设置保温层。
进一步，水池中的反力架等金属部分均需经过防腐处理，
进一步，在施加荷载后，溶液浸泡前，在混凝土梁上放置位移计，测量其位移。浸泡开始后撤出位移计，在浸泡过后，进行破坏加载时再次安装位移计，记录梁的挠度变化。
荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验方法
(1)浇筑FRP配筋混凝土梁，并按标准养护方法进行养护。
(2)将养护好的FRP筋混凝土梁放在水池中的反力架支座上并固定好。
(3)关闭放水口，在水池中灌注5％氯化钠人工模拟溶液到指定位置。
(4)在FRP筋混凝土梁上放上加反力所用的工字钢和千斤顶。
(5)用千斤顶开始施加荷载，待达到指定荷载时停止加载，保持荷载状态不变，在指定位置架设位移计，测量此时混凝土梁指定位置的挠度并记录。
(6)开启水池中的加热系统，设定好加热棒启动温度和关闭温度，盖上保温盖板。
(7)浸泡过程中每隔一段固定时间测量溶液浓度和溶液位置，以保证浸泡过程中溶液的浓度和溶液体积恒定。
(8)浸泡完成后关闭恒温加热系统，拿掉保温盖板并打开排水孔，排出溶液。
(9)待FRP筋混凝土梁干燥后，在指定位置架设好位移计后开始用千斤顶继续加载，直至FRP筋混凝土梁破坏，加载过程中通过架设的位移计来观察FRP筋混凝土挠度变化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果
1.本发明的一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，在模拟海水浸泡过程中实现与温度和荷载的耦合作用，使得耐久性试验更加接近真实服役状态。
2.平常在进行混凝土梁的耐久性试验时，在浸泡过后需要挪动混凝土梁至相应的万能试验机或者其他设备上进行加载，且较难实现腐蚀环境和荷载的耦合，而混凝土梁一般尺寸较大，质量较重，因此，过多的挪动混凝土梁费时费力。本发明的一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置可以将浸泡和加载结合起来，在浸泡结束后，直接在原装置上进行加载，避免多次挪动混凝土梁。
附图说明
图1为本发明的纵向剖面示意图
图2为本发明的横向剖面示意图
其中：1.温控插座；2.加热棒；3.温度传感器；4.水池；5.进水孔；6.出水孔；7.反力架；8.FRP筋混凝土梁；9.钢支座；10.三角形钢支座；11.反力板(工字钢)；12.千斤顶；13.位移计；14.保温盖板。
具体实施方法
下面结合附图对本发明进行更进一步的说明
如图1、图2所示的一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，包括海水腐蚀环境模拟系统、恒温加热系统和加载系统：海水腐蚀环境模拟系统通过在水池13中灌入5％氯化钠溶液来模拟海水环境。其中水池分别设有进水口5和出水口6，水池13由混凝土浇筑，混凝土中间设计保温夹层，同时水池向出水口6方向倾斜5°-8°；恒温加热系统由温控插座1、加热棒2和温度传感器3组成。将温控插座1插在普通插座上并设定好启动温度和停止温度，加热棒2固定在水池中的下端，温度传感器放在水池中，将温度传感器和加热棒2与温控插座1连接。在溶液灌入到指定高度后启动装置，随后加热棒 2开始工作，当溶液达到设定的停止温度时，温控插座1自动断电，加热棒2停止工作。随后，当温度低于设定的最低温度时，温控插座1通电，加热棒2开始工作，以此来保证溶液的温度恒定；加载装置由反力架7、钢支座9、三角钢支座10、反力板11、千斤顶12和位移计13组成。反力架7由工字钢焊接而成，反力板11为一定长度的工字钢，反力架7通过螺栓固定在水池4并在固定时进行调平，保证试验过程中 FRP筋混凝土梁为水平状态。在反力架7固定好后，将钢支座9固定在反力架7上的指定位置，随后将养护完成的FRP筋混凝土8架在固定好的钢支座9上并调整好位置，而后在FRP筋混凝土梁8上的两个三分点处放上两个三角形钢支座10以保证加在FRP筋混凝土梁8三分点处的力为集中力，在三角形钢支座上放上由工字钢制作的反力板10并注意两段对齐，在梁的底部指定位置架设位移计13并将位移计调0，最后在反力板11中点处架设千斤顶并开始加载。当千斤顶上端接触到反力架7后开始记录位移计13的数据，待荷载达到预定荷载时停止加载，撤出位移计13，关闭出水口6并开始从进水口5灌入溶液，待水池4溶液高度到达指定高度时停止灌入溶液，随后盖上保温盖板14并打开加热系统开始加热。在浸泡过程中每隔2天测量一次溶液的高度和溶液的浓度以保证整个浸泡过程中溶液体积和浓度不变。当浸泡达到试验设定日期后，拿掉保温盖板14，关闭恒温加热系统并打开排水口6放掉水池中的溶液，随后，等待FRP筋混凝土梁8自然风干。待FRP筋混凝土梁完全自然风干后，重新在指定位置架设位移计13并通过千斤顶12 继续加载直至FRP筋混凝土梁8破坏，加载期间记录位移计13的数据，以此来确定试验期间FRP筋混凝土梁8的挠度变化。
Claims (4)
1.一种荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，其特征在于：所述的试验装置包括1.温控插座；2.加热棒；3.温度传感器；4.水池；5.进水孔；6.出水孔；7.反力架；8.FRP筋混凝土梁；9.钢支座；10.三角形钢支座；11.反力板(工字钢)；12.千斤顶；13.位移计；14.保温盖板。
2.根据权利要求1所述的荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，其特征在于：所述装置7.反力架、9.钢支座；10.三角形钢支座；11.反力板(工字钢)均经过防腐处理。
3.根据权利要求1所述的荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，其特征在于：7.反力架固定在4.水池底部。
4.根据权利要求1所述的荷载/温度/环境耦合作用下FRP筋混凝土梁耐久性试验装置，其特征在于：4.水池四周均由混凝土浇筑而成，且混凝土中设有保温材料。
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| CN113267359A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-17 | 中国矿业大学 | 一种高温耦合环境分级水冷加载试验梁系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210305 |