CN113791188B - 一种测量钢管表面锈蚀率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量钢管表面锈蚀率的装置及方法，属于建筑工程技术领域，装置包括钢管容器、水管、水闸和液体质量转换装置，所述钢管容器的底部通过水管连接至液体质量转换装置，所述钢管容器中注入定量的测量液体，测量液体通过水管排入到液体质量转换装置中进行称重和计算，通过液体质量转换装置转换为钢管表面锈蚀率。采用本发明装置及方法，操作简便、经济效益高，并且够有效检测锈蚀钢管锈蚀率，以保证锈蚀钢管的加固效果。

Description

一种测量钢管表面锈蚀率的装置及方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种测量钢管表面锈蚀率的装置及方法。

背景技术

钢结构因具有自重轻、强度高、结构多样化、便于施工等优点，在高层、超高层、大型厂房、海港、码头等国内外各类建筑中都得到了广泛应用。而钢管柱是钢结构中最常用的构件，然而在实际工程中，钢管柱的耐久性问题往往被忽略。许多处于海洋、工业大气等腐蚀环境下的钢管柱在服役期间往往会出现较严重的锈蚀问题，对钢管柱的耐久性造成了严重的影响，从而引发大量事故。因此，需要对已锈蚀钢管柱进行加固以保证其耐久性，而在加固前需要对钢管柱的锈蚀率进行测定，根据不同锈蚀率才能对应设计出合理有效的加固方案。

传统的钢结构锈蚀检测方法是从锈蚀部分取样,通过化学分析以及各种电子显微镜研究来对锈蚀情况进行检测,例如：表观检查、厚度测量、失重挂片等。但是这些方法仅局限于实验室检测,并且从钢管上取样会对结构造成一定损伤,不能直接应用于工程实际中。目前，在石油化工行业还出现了一些新的检测方法：

超声波法：利用声波的振幅作为信号。通过测量回声波返回探头的时间,来检测锈蚀钢材壁厚的缺失，但是其灵敏度较差；

涡流法：通过测定检测线圈阻抗的变化，来判断被测试件的物理或工艺性能及有无缺陷，但是其不能反映锈蚀缺陷的位置；

在线电阻探针法：是在正在运转的设备中插入一个装有金属试片的电阻探针，金属片的截面积会因腐蚀而减小，从而使其电阻增大，从而得知该段时间内的锈蚀速率。但是其只能测得某个很短时间间隔内的锈蚀率，所以要一直进行在线监测，不适用于加固前所需的锈蚀率测量。

这些方法的原理都是通过锈蚀钢材的截面变化转化为各种信号来测得锈蚀情况，但是由于其方法的各自缺陷以及：(1)设备操作难度高，建筑从业人员难以简单掌握，(2)测得的数据要转化为锈蚀钢管的整体截面锈蚀率还需要经过较多运算，不利于现场施工人员快速测量，(3)经济效益低等问题难以在实际工程中得以应用。

目前在实际工程加固中，还没有一种能够有效测量钢管表面锈蚀率的方法，现场工程人员往往通过经验和钢管表面颜色来判断锈蚀程度，对于有效提高锈蚀钢管的耐久性能有较大的不利影响，并且还会造成经济效益损失。所以，目前亟需要一种能操作简便、经济效益高，并且够有效检测锈蚀钢管锈蚀率的装置及方法，以保证锈蚀钢管的加固效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测量钢管表面锈蚀率的装置及方法，操作简便、经济效益高，并且够有效检测锈蚀钢管锈蚀率，以保证锈蚀钢管的加固效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种测量钢管表面锈蚀率的装置，包括钢管容器、水管、水闸和液体质量转换装置，所述钢管容器的底部通过水管连接至液体质量转换装置，所述钢管容器中注入定量的测量液体，测量液体通过水管排入到液体质量转换装置中进行称重和计算，通过液体质量转换装置转换为钢管表面锈蚀率。

进一步，所述水管的上部设置有一接口，所述水闸包括端盖、补水柱、导管、弹性支撑装置、滚珠和弹性沟槽，所述补水柱的内侧填充有液体，所述补水柱的上端通过端盖密封，所述补水柱与接口配合且补水柱的下端延伸至水管，所述补水柱的底部开设有补水孔，所述补水孔内连接有导管，所述导管上开设有透水孔，所述滚珠设置在所述导管内，所述滚珠的上方通过弹性支撑装置连接至导管，所述滚珠的下端通过弹性沟槽抵靠在透水孔的下方，向上移动所述补水柱使滚珠与弹性沟槽脱离，滚珠在重力和弹簧的作用下向下移动，补水柱的水通过透水孔进入导管，再通过导管进入到水管中，起到补水的作用。

进一步，所述钢管容器包括底板、第一周向挡板和第二周向挡板，所述底板上开设有与所述钢管密封配合的通孔，所述第一周向挡板和第二周向挡板分别固定在所述底板的上方，所述第一周向挡板和第二周向挡板拼接后合围在所述钢管的外侧。

进一步，所述底板包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的内侧设置有一对凹槽，所述第二连接板的端部设置有一对与凹槽对应的凸板，所述第一连接板和第二连接板配合形成中心具有所述通孔的底板。

进一步，所述第一连接板和第二连接板的内侧均开设有通槽，所述通槽内设置有密封条，所述密封条的内侧表面上密布有若干柔性凸起。

进一步，所述第一连接板和第二连接板上均开设有安装孔，所述第一连接板上还设置有排水孔，所述排水孔连接至所述水管。

进一步，所述第一周向挡板的两侧设置有凹槽，所述第二周向挡板的两侧设置有与凹槽配合的凸板。

进一步，所述第一连接板和第二连接板呈直角形或圆环形，所述第一周向挡板和第二周向挡板均为直板或均为弧形板。

进一步，所述液体质量转换装置包括量筒、显示屏、键盘、重力传感器、信号放大器、数字模拟转换器、中央处理器和电源，液体进入量筒后由重力传感器得到重力模拟信号，通过信号放大器输出到数字模拟转换器转换成数字信号，数字信号传输到中央处理器进行运算，最后将结果输出到显示器。

一种测量钢管表面锈蚀率的方法，采用如上述所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，包括以下步骤：

(1)拼装底板；

(2)拼装第一周向挡板和第二周向挡板；

(3)拼装底板、第一周向挡板和第二周向挡板；

(4)连接水闸、水管和钢管容器；

(5)在钢管容器中注入液体至测量高度；

(6)打开水闸将液体从钢管容器中注入量筒；

(7)在液体质量转换装置键盘输入计算得到的未锈蚀钢管时液体体积v₂和钢管壁初始体积v₀；

(8)根据公式得到

其中v₁为本装置测得的液体体积，输出结果即为钢管表面锈蚀率η。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的钢管表面锈蚀率测量装置及方法，将求解锈蚀率所需的质量运算转换为体积的运算，通过间接体积测量，不会对锈蚀钢管柱造成任何损伤，解决了在实验室中锈蚀率测量需要在构件上取样从而导致结构造成一定损伤的缺点。

同时，本发明提供的钢管表面锈蚀率测量装置测量位置灵活，可以测量沿着钢管长度的任意位置，可以对任意位置的锈蚀情况做出定量表征；测量方便，可以直接导出该锈蚀钢管柱的某一部位的锈蚀率，避免了通过厚度、电场、电阻等信号表征所要进行的复杂运算，可以使测量人员轻易上手，可以直观的对锈蚀钢管柱的锈蚀程度有一个清晰的表述，有利于测量人员对加固方式做出快速的判断。

此外，本发明装置中，可以设计不同尺寸和形状的底板，适用于不同形状和尺寸的钢管柱构件，因此可以测量多种尺寸和目前主要使用的方、圆两种形状的钢管柱，具有很强的经济效益。

本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明装置实施例1的结构示意图；

图2a-2c为实施例1中不同尺寸钢管容器的俯视图；

图3a-3c为实施例1中不同尺寸底板的结构示意图；

图4a-4c为实施例1中周向挡板的结构示意图；

图5a-5c为实施例2中不同尺寸钢管容器的俯视图；

图6a-6c为实施例2中不同尺寸底板的结构示意图；

图7a-7b为实施例2中周向挡板的结构示意图；

图8为液体质量转换装置的结构示意图；

图9为水闸的结构示意图；

图10为图9在A处的放大图；

图11为密封条的结构示意图；

图12为密封条与柔性凸起的截面图。

附图中标记如下：锈蚀钢管柱1、周向挡板2、底板3、水闸4、端盖41、补水柱42、导管43、弹性支撑装置44、滚珠45、弹性沟槽46、水管5、水6、量筒7、液体质量转换装置8、显示屏9、键盘10、凸板11、排水孔12、安装孔13、凹槽14、重力传感器15、信号放大器16、数字模拟转换器17、中央处理器18、电源19、接口20、通槽21、密封条22、柔性凸起23。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，本发明一种测量钢管表面锈蚀率的装置，包括钢管容器、水管5、水闸4和液体质量转换装置8，所述钢管容器的底部通过水管5连接至液体质量转换装置8，所述钢管容器中注入定量的测量液体，测量液体通过水管5排入到液体质量转换装置8中进行称重和计算，通过液体质量转换装置8转换为钢管表面锈蚀率。本发明提供的钢管表面锈蚀率测量装置，将求解锈蚀率所需的质量运算转换为体积的运算，通过间接体积测量，不会对锈蚀钢管柱1造成任何损伤，解决了在实验室中锈蚀率测量需要在构件上取样从而导致结构造成一定损伤的缺点。

本装置的原理：锈蚀钢管表面锈蚀率的计算公式为：

式中，η为钢管表面的锈蚀率；m₀为钢管原始质量；m为钢管因锈蚀损失的质量。在实际工程中难以对钢管称重，并且取样会对构件造成损伤，所以将质量求解转化为体积求解锈蚀率从而得到公式：

式中，v₀为钢管壁原始体积；v为钢管壁因锈蚀损失的体积。钢管壁受到锈蚀，截面会减小，所以可以通过注入液体来测得v即可得到钢管壁的整体锈蚀率即：

式中，v₁为本装置测得的液体体积；v₂为在钢管未受到锈蚀时注入液体应得到的体积，可由挡板组成的体积v₃减去钢管所形成的体积v₄得到，即：

v₂＝v₃-v₄

式中，v_3(square)＝a²×b；v_3(circular)＝π×R²×b；v_4(square)＝c²×b；v_4(circular)＝π×r²×c

式中，a为方形第二周向挡板边长；b为测量高度；R为圆形挡板半径；c为方钢管边长；r为圆钢管半径。

在称重器中，中央处理器需要进行2个程序运算，即：

v₁＝m_w×ρ_w

式中，m_w为称重器测得液体的体积；ρ_w为所使用液体的密度。

特别说明，在测量中，由于水闸安装位置会导致多测量一部分液体，使得v₂偏大，测得的锈蚀率偏高，但由于此体积很小，所以忽略不计，还可为本装置提供一定的安全储备。

如图9-10所示，本实施例中，所述水管5的上部设置有一接口20，所述水闸4包括端盖41、补水柱42、导管43、弹性支撑装置44、滚珠45和弹性沟槽46，所述补水柱42的内侧填充有液体，所述补水柱42的上端通过端盖41密封，所述补水柱42与接口20配合且补水柱42的下端延伸至水管5，所述补水柱42的底部开设有补水孔，所述补水孔内连接有导管43，所述导管43上开设有透水孔，所述滚珠45设置在所述导管43内，所述滚珠45的上方通过弹性支撑装置44连接至导管43，所述滚珠45的下端通过弹性沟槽46抵靠在透水孔的下方，向上移动所述补水柱42使滚珠45与弹性沟槽46脱离，滚珠45在重力和弹簧的作用下向下移动，补水柱42的水6通过透水孔进入导管43，再通过导管43进入到水管5中，起到补水的作用。弹簧可以起到一定的支撑力，在沟槽的共同作用下，使得滚珠45在导管43内得到平衡，由于容器中的水在通过水管5进入液体质量转换装置8时，会在水管5内壁有所残留，因此会影响测量的结果。本发明装置可以提前统计水管5残留的大概数值，通过设置补水柱42，可以进行补水，避免测量结果出现较大的偏差。

如图2-7所示，本实施例中，所述钢管容器包括底板3和周向挡板2，周向挡板2包括第一周向挡板和第二周向挡板，所述底板3上开设有与所述钢管密封配合的通孔，所述第一周向挡板和第二周向挡板分别固定在所述底板3的上方，所述第一周向挡板和第二周向挡板拼接后合围在所述钢管的外侧，形成所述钢管容器，通过在高度上进行移动，可以测量沿着钢管长度的任意位置。

本实施例中，所述底板3包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的内侧设置有一对凹槽14，所述第二连接板的端部设置有一对与凹槽14对应的凸板11，所述第一连接板和第二连接板配合形成中心具有所述通孔的底板3。

本实施例中，所述第一连接板和第二连接板的内侧均开设有通槽21，所述通槽21内设置有密封条22，起到密封的作用，防止漏水，增加检测结果的准确性，具体的，所述密封条22的内侧表面上密布有若干柔性凸起23。柔性凸起23和密封条的内部均为空心且相互连通，柔性凸起23采用硅胶材料，通过设置空心的结构，能够一定程度上被压缩，在通过连接板与钢管的锈蚀表面接触时，柔性凸起23可以深入到锈蚀的空间内，起到更好的密封作用。

本实施例中，所述第一连接板和第二连接板上均开设有安装孔13，所述第一连接板上还设置有排水孔12，所述排水孔12连接至所述水管5。

本实施例中，所述第一周向挡板的两侧设置有凹槽14，所述第二周向挡板的两侧设置有与凹槽14配合的凸板11。

如图2-4所示，所述第一连接板和第二连接板呈直角形，所述第一周向挡板和第二周向挡板均为直板。

实施例2，本实施例与实施例1的不同在于，如图5-7所示，所述第一连接板和第二连接板呈圆环形，所述第一周向挡板和第二周向挡板均为弧形板。

如图8所示，本实施例中，所述液体质量转换装置8包括量筒7、显示屏9、键盘10、重力传感器15、信号放大器16、数字模拟转换器17、中央处理器18和电源19，液体进入量筒7后由重力传感器15得到重力模拟信号，通过信号放大器16输出到数字模拟转换器17转换成数字信号，数字信号传输到中央处理器18进行运算，最后将结果输出到显示器。

一种测量钢管表面锈蚀率的方法，采用如上述所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，包括以下步骤：

(1)拼装底板3；

(2)拼装第一周向挡板和第二周向挡板；

(3)拼装底板3、第一周向挡板和第二周向挡板；

(4)连接水闸、水管5和钢管容器；

(5)在钢管容器中注入液体至测量高度；

(6)打开水闸将液体从钢管容器中注入量筒7；

(7)在液体质量转换装置8键盘10输入计算得到的未锈蚀钢管时液体体积v₂和钢管壁初始体积v₀；

(8)根据公式得到

其中v₁为本装置测得的液体体积，输出结果即为钢管表面锈蚀率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：包括钢管容器、水管、水闸和液体质量转换装置，所述钢管容器的底部通过水管连接至液体质量转换装置，所述钢管容器中注入定量的测量液体，测量液体通过水管排入到液体质量转换装置中进行称重和计算，通过液体质量转换装置转换为钢管表面锈蚀率；所述水管的上部设置有一接口，所述水闸包括端盖、补水柱、导管、弹性支撑装置、滚珠和弹性沟槽，所述补水柱的内侧填充有液体，所述补水柱的上端通过端盖密封，所述补水柱与接口配合且补水柱的下端延伸至水管，所述补水柱的底部开设有补水孔，所述补水孔内连接有导管，所述导管上开设有透水孔，所述滚珠设置在所述导管内，所述滚珠的上方通过弹性支撑装置连接至导管，所述滚珠的下端通过弹性沟槽抵靠在透水孔的下方，向上移动所述补水柱使滚珠与弹性沟槽脱离，滚珠在重力和弹簧的作用下向下移动，补水柱的水通过透水孔进入导管，再通过导管进入到水管中，起到补水的作用。

2.根据权利要求1所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述钢管容器包括底板、第一周向挡板和第二周向挡板，所述底板上开设有与所述钢管密封配合的通孔，所述第一周向挡板和第二周向挡板分别固定在所述底板的上方，所述第一周向挡板和第二周向挡板拼接后合围在所述钢管的外侧。

3.根据权利要求2所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述底板包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板的内侧设置有一对凹槽，所述第二连接板的端部设置有一对与凹槽对应的凸板，所述第一连接板和第二连接板配合形成中心具有所述通孔的底板。

4.根据权利要求3所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述第一连接板和第二连接板的内侧均开设有通槽，所述通槽内设置有密封条，所述密封条的内侧表面上密布有若干柔性凸起。

5.根据权利要求4所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述第一连接板和第二连接板上均开设有安装孔，所述第一连接板上还设置有排水孔，所述排水孔连接至所述水管。

6.根据权利要求4或5所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述第一周向挡板的两侧设置有凹槽，所述第二周向挡板的两侧设置有与凹槽配合的凸板。

7.根据权利要求6所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述第一连接板和第二连接板呈直角形或圆环形，所述第一周向挡板和第二周向挡板均为直板或均为弧形板。

8.根据权利要求7所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，其特征在于：所述液体质量转换装置包括量筒、显示屏、键盘、重力传感器、信号放大器、数字模拟转换器、中央处理器和电源，液体进入量筒后由重力传感器得到重力模拟信号，通过信号放大器输出到数字模拟转换器转换成数字信号，数字信号传输到中央处理器进行运算，最后将结果输出到显示器。

9.一种测量钢管表面锈蚀率的方法，其特征在于：采用如权利要求8所述的测量钢管表面锈蚀率的装置，包括以下步骤：

(1)拼装底板；

(2)拼装第一周向挡板和第二周向挡板；

(3)拼装底板、第一周向挡板和第二周向挡板；

(4)连接水闸、水管和钢管容器；

(5)在钢管容器中注入液体至测量高度；

(6)打开水闸将液体从钢管容器中注入量筒；

(7)在液体质量转换装置键盘输入计算得到的未锈蚀钢管时液体体积v₂和钢管壁初始体积v₀；

(8)根据公式得到

其中v₁为本装置测得的液体体积，输出结果即为钢管表面锈蚀率η。

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