CN112816324A - 拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，包括沿水平方向依次连接的钢筋受拉装置、延伸过渡装置及拉伸荷载施加装置，所述钢筋受拉装置采用弱磁材料制成，所述钢筋受拉装置处设有磁场监测装置，且内部设有环境腐蚀作用装置，所述延伸过渡装置和环境腐蚀作用装置均采用无磁材料制成。上述一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，能够实现拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测，通过延伸过渡装置将拉伸荷载施加装置与钢筋受拉装置之间有间距，大幅降低了对钢筋处磁场的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋损伤的磁场监测技术领域，具体涉及一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统。
背景技术
钢筋是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，在混凝土中主要承受拉应力，具有承受外力的作用，广泛用于各种建筑结构，特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。为保障建筑物的结构安全及预防运营事故的发生，有必要对钢筋进行拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下进行损伤监测，从而保障建筑的寿命安全。现有技术中，拉伸荷载和环境腐蚀作用下钢筋损伤的磁场监测系统的拉伸装置多为万能试验机等设备，存在着以下问题：
(1)由于万能试验机等设备中的拉伸系统和夹具为具有较强的铁磁性材料如钢铁等，会在附近尤其是周围1米范围内产生较强的磁场，在拉伸状态进行磁场监测，实测磁场强度值包括拉伸系统和夹具的磁场，且该磁感应强度较大，很难从实测磁场中分离出来。
(2)若把钢筋达到预设拉伸荷载后从万能试验机等设备取下，在远离万能试验机等设备的地方进行磁场检测，则测得的磁场强度与钢筋在实际工程中拉伸荷载作用下的磁场强度存在较大的偏差。
(3)现有的拉伸荷载作用下的磁场监测，无法同时实现拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下的磁场监测，若采用现有设备进行拉伸荷载作用下同时进行通电腐蚀，钢筋与拉伸试验装置中的夹具和拉伸系统直接接触，钢筋与电源的正极相连，导致拉伸试验装置中的夹具和拉伸系统失去电子，拉伸试验装置容易被腐蚀；另一方面，先拉伸再腐蚀与先腐蚀再拉伸都与实际工程中钢筋服役情况存在较大的偏差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，能够降低拉伸系统和夹具对钢筋处的磁场干扰。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，包括沿水平方向依次连接的钢筋受拉装置、延伸过渡装置及拉伸荷载施加装置，所述钢筋受拉装置采用弱磁材料制成，所述钢筋受拉装置处设有磁场监测装置，且内部设有环境腐蚀作用装置，所述延伸过渡装置和环境腐蚀作用装置均采用无磁材料制成。
钢筋固定在钢筋受拉装置中，通过延伸过渡装置与拉伸荷载施加装置相连接，并受到环境腐蚀作用装置的腐蚀作用，对钢筋施加荷载时，拉伸荷载施加装置通过延伸过渡装置施加荷载和拉伸钢筋，磁场监测装置在钢筋受拉装置内对拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋的损伤进行监测。
上述拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的有益效果是：
(1)能够同时实现拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下的磁场监测。
(2)钢筋受拉装置采用弱磁材料制作，产生的磁场极其微弱，并且环境腐蚀作用装置采用无磁材料制成，降低了对钢筋处磁场的干扰。
(3)拉伸荷载施加装置距离钢筋受拉装置有一定的距离，通过延伸过渡装置进行连接，并且延伸过渡装置为无磁材料制成，从而大幅降低了拉伸荷载施加装置对钢筋处磁场的干扰。
进一步地，所述拉伸荷载施加装置包括铝合金框架一、分离式中空式液压千斤顶及工字型奥氏体不锈钢钢板，所述工字型奥氏体不锈钢钢板设置在铝合金框架一的一端且开设有通孔，所述分离式中空式液压千斤顶沿水平方向设置在铝合金框架一内并设置在工字型奥氏体不锈钢钢板上，分离式中空式液压千斤顶的活塞沿钢筋受拉装置朝向拉伸荷载施加装置的方向设置；
所述延伸过渡装置包括铝合金框架二、芳纶纤维绳及铝合金转换锚具，所述铝合金框架二的两端分别与铝合金框架一和钢筋受拉装置相连接，所述铝合金转换锚具设置在铝合金框架二内靠近钢筋受拉装置的一端，所述芳纶纤维绳的一端通过铝合金转换锚具与钢筋相连接，另一端依次穿过工字型奥氏体不锈钢钢板和分离式中空式液压千斤顶，并与分离式中空式液压千斤顶的活塞相连接。
分离式中空式液压千斤顶设置在工字型奥氏体不锈钢钢板上，其活塞朝远离延伸过渡装置的方向拉动芳纶纤维绳，活塞的推力通过芳纶纤维绳转化为另一端铝合金转换锚具连接的钢筋所受到的拉伸荷载，从而拉伸荷载施加装置对钢筋施加拉伸荷载。延伸过渡装置为铝合金和芳纶纤维等无磁材料，能够避免对受拉钢筋处的磁场产生干扰。
进一步地，还包括荷载测量装置，所述荷载测量装置包括压力传感器、数值显示面板及两个奥氏体不锈钢夹板，所述压力传感器设置在两个奥氏体不锈钢夹板之间，两个所述奥氏体不锈钢夹板设置在分离式中空式液压千斤顶与工字型奥氏体不锈钢钢板之间，所述压力传感器和奥氏体不锈钢夹板上均开设有相贯通的通孔，所述数值显示面板与压力传感器相连接。
分离式中空式液压千斤顶一端的活塞将芳纶纤维绳朝向远离钢筋方向拉动，另一端通过两个奥氏体不锈钢夹板压在工字型奥氏体不锈钢钢板上，将压力通过奥氏体不锈钢夹板均匀地传递给压力传感器，压力传感器所受的压力等于芳纶纤维绳所受的拉力，从而测得钢筋受到的拉伸荷载。
进一步地，所述钢筋受拉装置包括铝合金框架三和铝合金锚具，所述铝合金框架三的一端与延伸过渡装置连接，且另一端设有工字型奥氏体不锈钢钢板，所述铝合金锚具设置在该工字型奥氏体不锈钢钢板远离延伸过渡装置的一侧，且该工字型奥氏体不锈钢钢板开设有通孔。
钢筋的一端固定在铝合金锚具上，另一端与延伸过渡装置相连接，拉伸荷载施加装置将钢筋朝远离铝合金锚具的方向拉动，从钢筋受拉装置朝拉伸荷载施加装置方向拉动，由于受到工字型奥氏体不锈钢钢板的限位，从而转化为延伸过渡装置中的芳纶纤维绳受拉力作用，同时钢筋受拉装置内除了工字型奥氏体不锈钢钢板为弱磁材料，其他均为无磁材料，从而能大幅降低对钢筋处磁场的干扰。
进一步地，所述环境腐蚀作用装置包括钢化玻璃槽、圆柱形筒、橡胶塞、碳棒及可控直流电源；
所述钢化玻璃槽沿水平方向设置在钢筋受拉装置内，且沿钢筋长度方向的两端均开设有圆孔，所述圆柱形筒设置在圆孔内，所述橡胶塞设置在圆柱形筒内并与其滑动密封连接，所述橡胶塞上开设有直径小于钢筋的通孔，所述钢筋通过两端橡胶塞的通孔穿过钢化玻璃槽，所述碳棒平行于钢筋设置在钢化玻璃槽内，所述可控直流电源设置在距离钢筋受拉装置至少2米距离的位置，且正负极分别与钢筋和碳棒相连接。
钢筋穿过橡胶塞和圆柱形筒，并穿过钢化玻璃槽，向钢化玻璃槽内加入腐蚀溶液，橡胶塞和圆柱形筒用于封闭堵塞圆孔，并且钢筋拉伸过程中产生变形或滑动后，橡胶塞随钢筋移动并在圆柱形筒内滑动，能够始终随钢筋的位移在圆柱形筒内进行密封，防止漏液。碳棒和腐蚀溶液使可控直流电源形成闭合回路，加速钢筋的腐蚀，并且平行设置的碳棒能够均匀地腐蚀钢筋。
进一步地，所述磁场监测装置包括三轴磁传感探头、数据采集模块及数据处理软件，所述三轴磁传感探头设置在钢筋受拉装置内且位于钢筋上方，所述三轴磁传感探头依次与数据采集模块和数据处理软件相连接。
三轴磁传感探头将信号传输到数据采集模块，数据采集模块将信号传输到数据处理软件。
进一步地，所述三轴磁传感探头连接有运动控制装置，包括两个直线同步带滑台、联轴器、传动轴、电机、行星减速器及铝合金杆，所述电机与行星减速器相连接，所述行星减速器通过联轴器与其中一个直线同步带滑台相连接，两个所述直线同步带滑台平行设置且均平行于钢筋长度方向，并通过联轴器和传动轴连接，所述铝合金杆设有两个，且相互垂直呈L型连接，其中一根沿水平方向固定设置在两个直线同步带滑台的滑块上，另一个沿铅锤方向设置且底部与三轴磁传感探头相连接。
电机通过行星减速器带动两个直线同步带滑台运行，滑块沿钢筋的长度方向运动，从而带动两个铝合金杆运动，带动三轴磁传感探头沿钢筋长度方向运动，扫描拉伸荷载和环境腐蚀作用下钢筋的实测磁场。数据采集模块的采集频率，结合运动控制装置中控制的速度、位移及方向，可以根据实验需要控制钢筋上磁场采集点间的间距。
进一步地，还包括应变测量装置，所述应变测量装置包括应变仪、应变片及屏蔽线缆，所述应变片设置在钢筋上，所述应变仪通过屏蔽线缆与应变片相连接。
钢筋产生应变，屏蔽线缆将电信号传递到应变仪，即可得到钢筋所产生的应变，并且应变仪设置在距离钢筋受拉装置至少2米距离的位置。
进一步地，还包括位移测量装置，所述位移测量装置包括激光测距仪，所述激光测距仪设置在拉伸荷载施加装置中的工字型奥氏体不锈钢钢板处，且朝向延伸过渡装置中的铝合金转换锚具设置。
激光测距仪测量拉伸荷载施加装置中的工字型奥氏体不锈钢钢板与延伸过渡装置中的铝合金转换锚具之间的距离，可得钢筋的拉伸长度。
进一步地，还包括环境干扰磁场隔离装置，包括工程塑料平台，所述钢筋受拉装置、延伸过渡装置、拉伸荷载施加装置及磁场监测装置均设置在工程塑料平台上。
将上述装置均设置在工程塑料平台上，远离所在楼板混凝土中存在的钢筋，能够大幅降低楼板混凝土中的钢筋磁场对需要测试的钢筋处磁场的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的示意图；
图2为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的拉伸荷载施加装置的示意图；
图3为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的延伸过渡装置的示意图；
图4为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的荷载测量装置的示意图；
图5为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的钢筋受拉装置的示意图；
图6为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的工字型奥氏体不锈钢钢板的示意图；
图7为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的磁场监测装置的示意图；
图8为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的运动控制装置的侧视图；
图9为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的运动控制装置的俯视图；
图10为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的环境腐蚀作用装置的示意图；
图11为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的钢筋受拉装置和环境腐蚀作用装置的组合示意图；
图12为图1所示的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的应变测量装置的示意图；
附图标记：
10-钢筋；
20-拉伸荷载施加装置、210-铝合金框架一、220-中空液压缸、230-活塞、240-高强度插销、250-工字型奥氏体不锈钢钢板；
30-延伸过渡装置、310-铝合金框架二、320-芳纶纤维绳、330-铝合金转换锚具；
40-荷载测量装置、410-压力传感器、420-奥氏体不锈钢夹板；
50-钢筋受拉装置、510-铝合金框架三、520-铝合金锚具、530-工字型奥氏体不锈钢钢板；
60-磁场监测装置、610-三轴磁传感探头；
70-运动控制装置、710-电机、720-行星减速器、730-直线同步带滑台、740-铝合金杆；
80-环境腐蚀作用装置、810-钢化玻璃槽、820-圆柱形筒、830-橡胶塞、840-碳棒、850-可控直流电源；
90-应变测量装置、910-应变片、920-屏蔽线缆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1至图12，本发明提供一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，包括沿水平方向依次连接设置的钢筋受拉装置50、延伸过渡装置30及拉伸荷载施加装置20，钢筋受拉装置50处设有磁场监测装置60，且内部设有环境腐蚀作用装置80。钢筋受拉装置50采用弱磁材料制成，延伸过渡装置30和环境腐蚀作用装置80均采用无磁材料支撑，将钢筋10放入钢筋受拉装置50中进行固定，并通过延伸过渡装置30与拉伸荷载施加装置20连接，使拉伸系统远离钢筋10，从而能够大幅降低对钢筋10处磁场的干扰，并在拉伸荷载的同时实现环境腐蚀耦合作用。
具体地，如图2和图3所示，拉伸荷载装置包括铝合金框架一210、分离式中空式液压千斤顶及工字型奥氏体不锈钢钢板250，工字型奥氏体不锈钢钢板250设置在铝合金框架一210靠近延伸过渡装置30的一端且中心开设有通孔，工字型奥氏体不锈钢钢板250的翼缘通过高强度铝合金螺栓与铝合金框架一210相连接。分离式中空式液压千斤顶包括油泵、中空油缸220和高压油管，中空油缸220水平设置在铝合金框架一210内，并固定设置在工字型奥氏体不锈钢钢板250上，其活塞230朝向远离延伸过渡装置30和钢筋受拉装置50的方向设置，油泵通过高压油管与中空油缸220相连接，油泵放在远离钢筋受拉装置50的位置处。
延伸过渡装置30包括铝合金框架二310、芳纶纤维绳320及铝合金转换锚具330，铝合金框架二310的一端通过高强度铝合金螺栓与拉伸荷载施加装置20的工字型奥氏体不锈钢钢板250的翼缘固定，铝合金转换锚具330设置在铝合金框架二310的另一端。本实施方式中，芳纶纤维绳320的长度为5m，横截面为圆形，直径为20mm，极限受拉承载能力大于100kN，其一端通过铝合金转换锚具330与钢筋受拉装置50的钢筋10相连接，另一端穿过拉伸荷载施加装置20的铝合金框架一210、工字型奥氏体不锈钢钢板250和中空油缸220，并通过高强度插销240与其活塞230相连接。当分离式中空式液压千斤顶做活塞运动时，通过高强度插销240拉动芳纶纤维绳320，使活塞230的推力通过芳纶纤维绳320和铝合金转换锚具330转换为钢筋10受到的拉伸荷载。
铝合金转换锚具330为高强度铝合金转换锚具，包括一个高强度铝合金锚套和三个高强度铝合金锁具，高强度铝合金锚套为圆柱形，底面直径为220mm，高度50mm，外表面包裹一层高阻尼橡胶，中心具有圆台形中空部，且该圆台的顶面和底面直径分别为31mm和47mm。三个高强度铝合金锁具形状相同，能够拼接组合成一个中心有圆柱形孔洞的圆台，且内表面上分布有螺纹，其拼接的圆台顶面和底面直径分别为32.6mm和45.4mm，高度为40mm，中心圆柱形孔洞直径为6.9mm。高强度铝合金锚套上还对称地分布有两个直径为22mm的圆柱形孔洞，该圆柱形孔洞大于芳纶纤维绳320的直径，圆孔圆心到高强度铝合金转换锚具外缘的距离为43.5mm。铝合金转换锚具330设置在铝合金框架二310远离拉伸荷载施加装置20的一端的竖直平面处，中心圆台用于三个锁具固定钢筋10，两个圆柱形孔洞用于芳纶纤维绳320穿过固定。
分离式中空式液压千斤顶为铁磁材料，会在周围1米范围产生较强磁场，因此延伸过渡装置30的铝铝合金框架二310的长度不低于2米，使分离式中空式液压千斤顶与钢筋受拉装置50的间距超过2米，同时铝合金和芳纶纤维等均为无磁材料，从而能够大幅降低拉伸荷载施加装置20对钢筋10处的磁场干扰。
具体地，为了测量钢筋10受到的拉伸荷载，拉伸荷载施加装置20处设有荷载测量装置40，如图4所示，包括压力传感器410、数值显示面板及两个奥氏体不锈钢夹板420，压力传感器410为圆柱形，中心有一个圆柱形孔洞，压力传感器410的外直径为100mm，高度为20mm，圆柱形孔洞的内直径为42mm，压力传感器410设置在两个奥氏体不锈钢夹板420之间。奥氏体不锈钢夹板420为高强度钢板，中心均设有圆柱形孔洞，其内直径为35mm，数值显示面板与压力传感器410相连接。
两个奥氏体不锈钢夹板420将压力传感器410夹住，且位于拉伸荷载施加装置20的工字型奥氏体不锈钢钢板250和中空油缸220之间，相互远离的一侧分别紧贴工字型奥氏体不锈钢钢板250和中空油缸220，在分离式中空式液压千斤顶的活塞230通过插销拉伸芳纶纤维绳320时，中空油缸220将压力通过奥氏体不锈钢夹板420传递给压力传感器410，其所受压力等于芳纶纤维绳320的拉力，从而在数值显示面板上显示钢筋受到的拉伸荷载，两侧均设置奥氏体不锈钢夹板420能够让压力均匀地传递给压力传感器410，提升测量准确度。
具体地，如图5所示，钢筋受拉装置50包括铝合金框架三510、铝合金锚具520和工字型奥氏体不锈钢钢板530，铝合金框架三510的一端与铝合金框架二310设有铝合金转换锚具330的一端连接，工字型奥氏体不锈钢钢板530设置在铝合金框架三510的另一端上，且铝合金锚具520固定设置在该工字型奥氏体不锈钢钢板530的远离铝合金框架三510的一侧腹板上，该工字型奥氏体不锈钢钢板530上设有圆洞，翼缘通过高强度合铝合金螺栓与铝合金框架三510固定。钢筋10的一端固定在铝合金转换锚具330中，另一端固定在铝合金锚具520中，由于铝合金锚具520受到工字型奥氏体不锈钢钢板530的限制，使分离式中空式液压千斤顶的推力通过芳纶纤维绳320转化为钢筋10受到的拉伸荷载，同时钢筋受拉装置50中的奥氏体不锈钢为弱磁材料，产生的磁场极其微弱，铝合金为无磁材料，能够大幅降低对钢筋处磁场的干扰。
本实施方式中，铝合金锚具520为高强度铝合金锚具，包括一个高强度铝合金锚套和三个高强度铝合金锁具，高强度铝合金锚套为圆柱形，中心有一个圆台型的中空部分，该圆台的顶面和底面直径分别为31mm和47mm，高强度铝合金锚套底面直径为300mm，高度为100mm，外表面包裹一层高阻尼橡胶，橡胶用于绝缘，避免在模拟腐蚀时被一同腐蚀。三个高强度铝合金锁具的形状相同，能够拼接组合成一个圆台，且圆台中心有一个圆柱形孔洞，其拼接的圆台顶面和底面直径分别为31mm和47mm，高度为90mm，圆洞直径为6.9mm，高强度铝合金锁具的内表面分布有螺纹，用于对钢筋10进行固定。
工字型奥氏体不锈钢板如图6所示。在本实施方式中，铝合金框架一210、铝合金框架二310及铝合金框架三510均为高强度铝合金框架，以四根高强度铝合金杆作为骨架，与垂直于骨架的高强度铝合金杆通过高强度铝合金连接件与高强度铝合金螺栓连接组成，形成中空长方体框架。拉伸荷载施加装置20中的铝合金框架一210的长宽高尺寸为：800mm×500mm×400mm，延伸过渡装置30中的铝合金框架二310的长宽高尺寸为：2000mm×500mm×400mm，钢筋受拉装置50中的1000mm×500mm×400mm。
具体地，如图7至图9所示，磁场监测装置60包括三轴磁传感探头610、数据采集模块及数据处理软件。三轴磁传感探头610为圆柱形，通过运动控制装置70设置在钢筋受拉装置50内，位于钢筋10正上方2mm处，三轴磁传感探头610将信号传输到数据采集模块，数据采集模块将信号传输到数据处理软件。
运动控制装置70包括运动控制箱、电机710、直线同步带滑台730、联轴器、传动轴、电机710、行星减速器720及铝合金杆740，运动控制箱与电机710相连接，电机710与行星减速器720连接，直线同步带滑台730的导轨长度为1000mm，平行的设有两个，间距为1000mm，且均沿钢筋10长度方向设置，行星减速器720通过联轴器与其中一个直线同步带滑台730连接，两个直线同步带滑台730通过两个联轴器和传动轴相连接，传动轴为不锈钢传动圆轴，从而让两个直线同步带滑台730进行同步运动，行星减速器720为精密行星减速器，用于降低电机710转速，增大电机710扭矩，使两个直线同步带滑台730运行稳定有力。铝合金杆740设有两个，均为高强度铝合金杆，两个铝合金杆740相互垂直呈L型连接，其中一根沿水平方向设置，并与两个直线同步带滑台730对齐的滑块固定连接，另一根沿铅锤方向伸入到钢化玻璃槽810内，位于钢筋10正上方2mm处，且末端与三轴磁传感探头610连接。两个直线同步带滑台730与钢筋受拉装置50的最小距离分别为3米和2米，避免直线同步带滑台730对钢筋10处的磁场干扰。
通过运动控制箱的运动控制面板将信号传递给电机710，电机710驱动行星减速器720带动两个直线同步带滑台730运动，带动铝合金杆740上的三轴磁传感探头610沿着钢筋10的长度方向运动，扫描拉伸荷载和环境腐蚀作用下的钢筋的实测磁场，通过控制铝合金杆740的运动速度、位移及方向，结合三轴磁传感探头610的采样频率，可以根据实验需要控制钢筋上磁场采集点之间的间距。
具体地，如图10和图11所示，设置在钢筋受拉装置50内的环境腐蚀作用装置80，其包括钢化玻璃槽810、圆柱形筒820、橡胶塞830、碳棒840及可控直流电源850。钢化玻璃槽810由一个底面和四个槽壁组成，开口朝上顶部未设置顶盖，钢化玻璃槽810的内部净尺寸为500mm×300mm×300mm，其中底面净尺寸为500mm×300mm，厚度为8mm，沿钢筋长度方向的两侧壁中心均开设有直径为50mm的圆洞。圆柱形筒820为圆柱形中空薄壁塑料筒，两端开口仅有圆周壁，外直径为50mm，内直径为46mm，长度为100mm，设有两个且分别设置在钢化玻璃槽810两侧的圆洞的外壁上，并与圆洞相对齐。橡胶塞830为圆柱形的高阻尼高弹性橡胶塞，其直径为46.2mm，中心有一个圆柱形孔洞，直径略小于钢筋直径，该直径根据实际的钢筋直径确定进行钻孔，橡胶塞830设有两个，分别位于两个圆柱形筒820内并与其滑动密封连接。
钢筋受拉装置50内的钢筋10从钢化玻璃的两端穿过，并自橡胶塞830、圆柱形筒820内穿过，向钢化玻璃槽810内加入所需浓度的氯化钠溶液或其他腐蚀溶液后，橡胶塞830和圆柱形筒820能够让钢化玻璃槽810始终保持为密封的水槽，钢筋10在拉伸过程中产生变形，橡胶塞830随钢筋10产生的滑移始终在圆柱形筒820内进行，从而能够密封防止漏液。
碳棒840设置在钢化玻璃槽810内，可控直流电源850的正负极分别与钢筋和碳棒840相连接，形成闭合的回路，能够加速钢筋10的腐蚀，可控直流电源850设置在距离钢筋受拉装置至少2米的位置。具体地，碳棒840设有两个，分别沿水平方向和竖直方向设置并组合呈T字型，水平设置的碳棒840位于钢化玻璃槽810底部，竖直设立的碳棒840位于钢化玻璃槽810的侧壁上，并与所述可控直流电源850相连接，水平设置的碳棒840与钢筋10相平行，能够均匀地腐蚀钢筋。同时，环境腐蚀作用装置80均采用无磁材料制成，能够大幅降低对钢筋10磁场的干扰。
具体地，还包括应变测量装置90和位移测量装置，如图12所示，应变测量装置90包括应变仪应变片910和屏蔽线缆920，应变片910贴在钢筋10上，并通过屏蔽线缆920与应变仪相连接，当钢筋10发生应变，屏蔽线缆920可将信号传递到应变仪，测得钢筋10所产生的应变。应变仪910设置在距离钢筋受拉装置至少2米距离的位置。
位移测量装置包括激光测距仪和卷尺，激光测距仪设置在拉伸荷载施加装置20中的工字型奥氏体不锈钢钢板250处，朝向延伸过渡装置30中铝合金转换锚具330设置，用于测量拉伸荷载施加装置20中的工字型奥氏体不锈钢钢板250到延伸过渡装置30中的铝合金转换锚具330的距离，测量该距离的变化可得到钢筋10的拉伸长度。卷尺用于测量钢筋10端部伸出铝合金锚具520部分的距离，通过该距离判断钢筋10受拉伸荷载作用时，钢筋10在锁具内是否产生滑移，锚固是否牢靠。
具体地，为了降低磁场影响，还包括环境干扰磁场隔离装置，本实施方式中为高强度的工程塑料平台，前述所有装置均设置在工程塑料平台上，使试验装置远离所在楼板混凝土存在的钢筋，大幅度降低了楼板混凝土中的钢筋磁场对钢筋10处磁场的影响。
上述一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统的工作原理是：将所有的试验装置放置在高强度的工程塑料平台上，钢筋10的两端分别固定在钢筋受拉装置50的铝合金锚具520内和延伸过渡装置30的铝合金转换锚具330内，且钢筋10穿过钢化玻璃槽810，向钢化玻璃槽810内加入腐蚀溶液，可控直流电源850的正负极分别与钢筋10和碳棒840连接，芳纶纤维绳320的一端与铝合金转换锚具330连接，另一端穿过中空油缸220通过高强度插销240与活塞230连接。
活塞230运动通过高强度插销240拉伸芳纶纤维绳320，其推力通过芳纶纤维绳320转化为钢筋10受到的拉伸荷载，中空油缸220将压力传递给压力传感器410以测得钢筋10所受的拉伸荷载。运动控制装置70控制三轴磁传感探头610沿钢筋10长度方向运动，扫描拉伸荷载和环境腐蚀作用下的钢筋的实测磁场。
需要说明的是，本发明同样可以用于拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下桥梁拉索钢丝损伤的磁场监测系统，将钢筋换为拉索钢丝即可。
使用上述拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，既能够实现纯环境腐蚀作用下钢筋损伤的磁场检测，也可以实现拉伸荷载与环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场检测，并且拉伸系统远离了钢筋的受拉装置，钢筋受拉装置采用弱磁材料制成，以延伸过渡装置和环境腐蚀作用装置均采用无磁材料制成，大幅度降低了对钢筋的磁场干扰。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：包括沿水平方向依次连接的钢筋受拉装置、延伸过渡装置及拉伸荷载施加装置，所述钢筋受拉装置采用弱磁材料制成，所述钢筋受拉装置处设有磁场监测装置，且内部设有环境腐蚀作用装置，所述延伸过渡装置和环境腐蚀作用装置均采用无磁材料制成。
2.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：所述拉伸荷载施加装置包括铝合金框架一、分离式中空式液压千斤顶及工字型奥氏体不锈钢钢板，所述工字型奥氏体不锈钢钢板设置在铝合金框架一的一端且开设有通孔，所述分离式中空式液压千斤顶沿水平方向设置在铝合金框架一内并设置在工字型奥氏体不锈钢钢板上，其活塞沿钢筋受拉装置朝向拉伸荷载施加装置的方向设置；
所述延伸过渡装置包括铝合金框架二、芳纶纤维绳及铝合金转换锚具，所述铝合金框架二的两端分别与铝合金框架一和钢筋受拉装置相连接，所述铝合金转换锚具设置在铝合金框架二内靠近钢筋受拉装置的一端，所述芳纶纤维绳的一端通过铝合金转换锚具与钢筋相连接，另一端依次穿过工字型奥氏体不锈钢钢板和分离式中空式液压千斤顶，并与分离式中空式液压千斤顶的活塞相连接。
3.根据权利要求2所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：还包括荷载测量装置，所述荷载测量装置包括压力传感器、数值显示面板及两个奥氏体不锈钢夹板，所述压力传感器设置在两个奥氏体不锈钢夹板之间，两个所述奥氏体不锈钢夹板设置在分离式中空式液压千斤顶与工字型奥氏体不锈钢钢板之间，所述压力传感器和奥氏体不锈钢夹板上均开设有相贯通的通孔，所述数值显示面板与压力传感器相连接。
4.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：所述钢筋受拉装置包括铝合金框架三和铝合金锚具，所述铝合金框架三的一端与延伸过渡装置连接，且另一端设有工字型奥氏体不锈钢钢板，所述铝合金锚具设置在该工字型奥氏体不锈钢钢板远离延伸过渡装置的一侧，且该工字型奥氏体不锈钢钢板开设有通孔。
5.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：所述环境腐蚀作用装置包括钢化玻璃槽、圆柱形筒、橡胶塞、碳棒及可控直流电源；
所述钢化玻璃槽沿水平方向设置在钢筋受拉装置内，且沿钢筋长度方向的两端均开设有圆孔，所述圆柱形筒设置在圆孔内，所述橡胶塞设置在圆柱形筒内并与其滑动密封连接，所述橡胶塞上开设有直径小于钢筋的通孔，所述钢筋通过两端橡胶塞的通孔穿过钢化玻璃槽，所述碳棒平行于钢筋设置在钢化玻璃槽内，所述可控直流电源设置在距离钢筋受拉装置至少2米距离的位置，且正负极分别与钢筋和碳棒相连接。
6.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：所述磁场监测装置包括三轴磁传感探头、数据采集模块及数据处理软件，所述三轴磁传感探头设置在钢筋受拉装置内且位于钢筋上方，所述三轴磁传感探头依次与数据采集模块和数据处理软件相连接。
7.根据权利要求6所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：所述三轴磁传感探头连接有运动控制装置，包括两个直线同步带滑台、联轴器、传动轴、电机、行星减速器及铝合金杆，所述电机与行星减速器相连接，所述行星减速器通过联轴器与其中一个直线同步带滑台相连接，两个所述直线同步带滑台平行设置且均平行于钢筋长度方向，并通过联轴器和传动轴连接，所述铝合金杆设有两个，且相互垂直呈L型连接，其中一根沿水平方向固定设置在两个直线同步带滑台的滑块上，另一个沿铅锤方向设置且底部与三轴磁传感探头相连接。
8.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：还包括应变测量装置，所述应变测量装置包括应变仪、应变片及屏蔽线缆，所述应变片设置在钢筋上，所述应变仪通过屏蔽线缆与应变片相连接。
9.根据权利要求2所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：还包括位移测量装置，所述位移测量装置包括激光测距仪，所述激光测距仪设置在拉伸荷载施加装置中的工字型奥氏体不锈钢钢板处，且朝向延伸过渡装置中的铝合金转换锚具设置。
10.根据权利要求1所述的拉伸荷载和环境腐蚀耦合作用下钢筋损伤的磁场监测系统，其特征在于：还包括环境干扰磁场隔离装置，包括工程塑料平台，所述钢筋受拉装置、延伸过渡装置、拉伸荷载施加装置及磁场监测装置均设置在工程塑料平台上。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 江胜华等: "基于磁场梯度张量局部模量的钢筋锈蚀损伤监测方法", 《西南交通大学学报》 * |
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| CN112816324B (zh) | 2022-03-01 |
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