CN201681017U

CN201681017U - 一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置

Info

Publication number: CN201681017U
Application number: CN2009202464378U
Authority: CN
Inventors: 刁波; 孙洋; 叶英华
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2019-10-22

Abstract

本实用新型一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，它是由：上加载板、加载螺杆、螺帽、垫片、闭泡绝热保温材料、下加载板、钢筋混凝土梁、梁端支座组成；加载螺杆穿过上加载板和下加载板上的圆孔，由螺帽将上加载板和下加载板固定在钢筋混凝土梁上，螺帽与上、下加载板之间设置有垫片，上加载板和下加载板之间设置有钢筋混凝土梁，两钢筋混凝土梁之间设置有梁端支座。该装置是通过旋紧螺栓向上、下加载板施加压力，经上、下加载板将压力传递到梁上的。本实用新型结构简单，使用方便，它不受试验环境温差和敏感的影响，装置持载水平恒定平稳，试验结果准确可靠；在混凝土耐久性测试技术领域内，它具有广泛地实用价值和应用前景。

Description

一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，属于混凝土耐久性测试技术领域。该装置主要用于建筑、桥梁、水利和交通工程。

(二)背景技术

耐久性支配着混凝土结构的整个服役过程，结构耐久性不足所造成的后果非常严重。近四五十年来，国内外都有大量混凝土结构出现了因耐久性不足而过早失效甚至彻底损坏的现象。由于钢筋混凝土结构耐久性不足造成的后果是非常严重的。美国1975年由于腐蚀引起的损失达700亿美元，1985年则达168亿美元；目前，整个混凝土工程的价值约为万亿美元，而今后每年用于维修或重建的费用预计将高达3000亿美元。我国基础设施建设起步较欧美国家晚，但时值今日，也发现了许多耐久性问题。建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组，对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查，其结果表明，建国初期的建筑均已达到必须大修的状态，现有大多数工业建筑不能满足安全、经济使用50年的要求，一般使用25-30年就需大修加固。对于我国这样一个发展中国家来说，解决耐久性问题，延长工程寿命，降低基础设施建设总造价是最大的节约。

之前针对钢筋混凝土结构耐久性的试验室加速模拟试验研究，多数是模拟单一因素独立作用在混凝土或钢筋之上，通过特定的耐久性指标来判断其损伤速度、程度及寿命评估。部分试验研究了双因素损伤的规律，但是和单一因素的研究一样，这些报导对于材料、结构性能的变化规律都停留在定性的水平上。然而，实际工程中同时作用于钢筋混凝土建筑物、构筑物的各种劣化因素之间并非“各自为政”，而是相互联系、相互影响、相互促进或抑制，具有一定的复合效应。

为了研究复杂环境作用与荷载耦合作用下混凝土构件、结构的耐久性问题，就必须提出一套可以考虑多个因素同时作用的耐久性试验系统。为此必须解决一个关键的技术问题：对处于环境作用系统中的混凝土构件持续施加荷载，且保证荷载不会随环境作用而变化。

目前准对荷载作用下混凝土结构、构件耐久性试验的研究较少，分析之后发现，其主要原因是现有的试验室模拟加速劣化试验机全部都是针对单一因素下混凝土材料耐久性试验进行设计的，缺少能够在试验过程中连续、准确的施加荷载的设计考虑。上述缺陷导致耐久性试验多围绕单一因素展开，对于多因素，特别是考虑环境与荷载共同作用的试验很难实施。因此，研制一种适用于多因素环境作用下，能够持续、恒定地为钢筋混凝土构件施加荷载的，且制作工艺简便的加载装置具有重要的应用价值，应用前景广阔。

(三)发明内容

1、目的：针对目前混凝土构件耐久性试验技术中的缺陷和不足，本实用新型的目地是为了提供一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，它利用螺杆、螺帽加载原理和加载装置隔水隔热处理工艺，研制一种能够持续、恒定地为钢筋混凝土构件施加荷载，且制作工艺简便的钢筋混凝土构件冻融循环-荷载耦合耐久性试验持载装置。

2、技术方案：见图1，本实用新型一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，它是由：上加载板、加载螺杆、螺帽、垫片、闭泡绝热保温材料、下加载板、钢筋混凝土梁、梁端支座组成；加载螺杆穿过上加载板和下加载板上的圆孔，由螺帽将上加载板和下加载板固定在钢筋混凝土梁上，螺帽与上、下加载板之间设置有垫片，上加载板和下加载板之间设置有钢筋混凝土梁，两钢筋混凝土梁之间设置有梁端支座。

所述上加载板、下加载板，是厚度10mm-50mm的普通钢板或不锈钢板，其长宽尺寸和板上所开的四个圆孔，可根据钢筋混凝土梁尺寸调整，数量各2块；

所述加载螺杆，是用普通圆钢或不锈钢攻丝而成，其直径为10-30mm，其长度可根据钢筋混凝土梁截面尺寸调整，数量4根；

所述螺帽、垫片，是与加载螺杆材质相同并配套的标准连接件，在市场选购或加工，数量各4套；

所述闭泡绝热保温材料，是以三元乙丙橡胶为原料加工的绝热材料，其导热系数为0.03-0.04瓦/米.K；

所述钢筋混凝土梁，是用常规方法浇筑的钢筋混凝土待测试验梁，尺寸可根据试验设计调整，梁配筋、混凝土的类型、等级不限；

所述梁端支座，是普通圆钢或不锈钢车削加工而成，其外形是圆形长条状，其直径、长度根据钢筋混凝土梁截面尺寸调整，数量2根。

在上述装置中，所有的金属配件外表面均匀涂裹一层环氧树脂，涂层厚度为3mm，以解决加载装置因环境敏感而引起的锈蚀的问题；然后，在环氧树脂涂层外包覆一层闭泡绝热保温绝热材料，以解决试验环境温差而引起的金属配件热胀冷缩问题，该闭泡绝热保温材料的包覆厚度一般为30mm。

该装置是通过旋紧螺栓向上、下加载板施加压力，经上、下加载板将压力传递到钢筋混凝土梁上的。施加荷载的同时要测定钢筋混凝土梁底钢筋的应变，通过应变值换算得出荷载的大小，以便控制持载水平。

3、优点及功效：本实用新型一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，它与现有技术比，其特点是：

1、加载装置环境敏感问题的解决

本加载装置如采用普通钢材加工制造，如遇到干湿交替、盐冻、化学侵蚀等试验环境，容易诱发锈蚀。一旦发生锈蚀，装置中配件的尺寸、材性都会发生变化，进而引起持载应力损失。本实用新型解决途径是：在装置中的所有金属配件外表面均匀涂裹薄环氧树脂一层，用以防止水、空气、化学侵蚀离子的渗入。

2、加载装置温度敏感问题的解决

本加载装置为普通钢材加工制造，如遇试验环境温差，必然发生膨胀或收缩，从而引发装置尺寸突变，进而引起持载应力损失。本实用新型的解决途径是：在各配件环氧树脂包覆层外加裹30mm厚的闭泡绝热材料。

有益效果如下：

1、应用的普适性：满足任意尺寸构件、任意应力比的加载需要。且可以利用现有的试验室模拟加速试验设备，如冻融试验机、碳化箱等进行钢筋混凝土的耐久性试验。

2、防腐蚀措施得当，防止了持载装置在试验过程中发生锈蚀而引起持载损失的情况发生。

3、不受温度影响，装置持载水平恒定平稳，试验结果准确可靠。

(四)附图说明

图1a本实用新型结构正视图

图1b本实用新型结构左视图

图2本实用新型实施例1的正截面破坏梁的荷载-挠度曲线示意图

图3本实用新型实施例2的斜截面破坏梁的荷载-挠度曲线示意图

图中符号说明如下：

1上加载板；2加载螺杆；3螺帽；4垫片；5闭泡绝热保温材料；

6下加载板；7钢筋混凝土梁；8钢筋混凝土梁；9梁端支座；

(五)具体实施方式：

见图1a、图1b，本实用新型一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，它包括：上加载板1、加载螺杆2、螺帽3、垫片4、闭泡绝热保温材料5、下加载板6、钢筋混凝土梁7、8、梁端支座9。其中加载螺杆2、上下加载板1、6和梁端支座9的材质为HRB335钢加工。上下加载板1、6的厚度为30mm，以保证足够的刚度。上、下加载板1、6上的4个孔径略大于加载螺杆2直径即可。加载螺杆2可以选取圆钢攻丝成型，在持载水平不高的情况下也可以选择通丝。先将上加载板1、加载螺杆2、螺帽3、下加载板6、钢筋混凝土梁7、8、梁端支座9表面涂抹一层环氧树脂，固化24小时后，在树脂薄层外包裹30mm的闭泡绝热保温材料5。装配时，先将两根试验梁叠加在一起，根据加载方案在两梁之间端部预定位置各放置一个梁端支座9。再将加载螺杆2穿过上加载板1，根据加载点位置放置在上钢筋混凝土梁7梁顶，由螺帽3将上加载板1压在钢筋混凝土上梁7上。下加载板从下钢筋混凝土梁8梁底穿过加载螺杆2，再用螺帽3将其压在下钢筋混凝土梁8梁底。螺帽3与上、下加载板间1、6设置有垫片4。在将梁端支座9和上加载板1、下加载板6的位置调整好后，旋紧螺帽3施加荷载。

下面以具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

浇注钢筋混凝土矩形截面梁试件共4组(每组2根)，4组梁的横截面尺寸、跨度、配筋和混凝土强度等级均相同。梁横截面为b×h＝100×150mm，梁长700mm，纵向受拉筋和箍筋均采用6mm光圆钢筋，钢筋屈服强度300MPa、极限强度350MPa、弹性模量2.15×10⁵MPa。梁中配置2根受拉纵筋并在弯剪段配置间距为100mm的双肢箍筋。

混凝土配比(Kg/m3)：水泥(323)，砂(771)，石(1066)，水(156)，粉煤灰(68)，减水剂(7.4)。

试件养护龄期为28天，其中带模养护1天，拆模后在标准条件下养护，23天时将其中4组试件在20±3℃的混合侵蚀性溶液中浸泡4天。完成养护后取其中一组梁作为参考梁(不加载梁)，采用静力试验测得梁的正截面承载力。其余3组梁采用本实用新型进行加载。加载水平分别为参考梁正截面承载力的20％、50％和70％。

之后进行混合离子侵蚀-荷载-冻融耦合耐久性试验。冻融机制按照我国《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中的“快冻法”进行，混合侵蚀介质用质量分数为3％氯化钠溶液和5％硫酸钠溶液组成的混合溶液。

经过300次冻融循环后，将试件取出，卸去持载装置，进行静力试验，测得各组梁的剩余承载力。4组梁的荷载-挠度曲线见图2(每组只选取一根梁的数据)。观察图2曲线可以发现，梁上持载水平对其剩余承载力的影响十分明显，持载水平越高，承载力下降越多，这就从一个角度证明了荷载对混凝土构件耐久性的影响是不能忽略的。

实施例2

浇注钢筋混凝土矩形截面梁试件共4组(每组2根)，4组梁的横截面尺寸、跨度、配筋和混凝土强度等级均相同。梁横截面为b×h＝100×150mm，梁长700mm，纵向受拉筋采用6mm光圆钢筋，钢筋屈服强度300Mpa、极限强度350MPa、弹性模量2.15×10⁵MPa；箍筋采用4mm光圆钢筋，钢筋屈服强度210MPa、极限强度250MPa、弹性模量2.1×10⁵MPa。梁中配置2根受拉纵筋并在弯剪段配置间距为100mm的双肢筛筋。

试件养护龄期为28天，其中带模养护1天，拆模后在标准条件下养护，23天时将其中3组试件在20±3℃的混合侵蚀性溶液中浸泡4天。完成养护后取其中一组梁作为参考梁(不加载梁)，采用静力试验测得梁的斜截面承载力，剪跨比为2。其余3组梁采用本实用新型进行加载。加载水平分别为参考梁斜截面承载力的10％、33％、50％。

之后进行氯离子侵蚀-荷载-冻融耦合耐久性试验。冻融机制按照我国《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》中的“快冻法”进行，氯离子侵蚀介质用质量分数为3.5％氯化钠溶液。

经过300次冻融循环后，将试件取出，卸去持载装置，进行静力试验，测得各组梁的剩余承载力。四组梁的荷载-挠度曲线见图3(每组只选取一根梁的数据)。观察曲线易知，荷载作用对混凝土梁斜截面承载力的影响显著，持载水平越高，梁的承载力下降越多。由此得出的结论是：荷载是混凝土结构耐久性试验研究中一个不可忽略的重要因素。

通过以上两个实施例，证实了该装置结构简单，使用方便，它不受试验环境温差和敏感的影响，装置持载水平恒定平稳，试验结果准确可靠。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型申请专利范围及发明说明书内容所作的简单修饰，皆应在本实用新型专利涵盖范围之列。

Claims

1.一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：该装置是由上加载板、加载螺杆、螺帽、垫片、闭泡绝热保温材料、下加载板、钢筋混凝土梁、梁端支座组成；加载螺杆穿过上加载板和下加载板上的圆孔，由螺帽将上加载板和下加载板固定在钢筋混凝土梁上，螺帽与上、下加载板之间设置有垫片，上加载板和下加载板之间设置有钢筋混凝土梁，两钢筋混凝土梁之间设置有梁端支座；

所述上加载板、下加载板，是普通钢板、不锈钢板制作；

所述加载螺杆，是用普通圆钢、不锈钢攻丝而成；

所述螺帽、垫片，是与加载螺杆材质相同并配套的标准连接件；

所述闭泡绝热保温材料，是以三元乙丙橡胶为原料加工的绝热材料；

所述梁端支座，是普通圆钢、不锈钢车削加工而成；

在上述装置中，所有的金属配件外表面均匀涂裹一层环氧树脂，然后，在环氧树脂涂层外包覆一层闭泡绝热保温绝热材料。

2.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：该上加载板、下加载板的厚度为10mm-50mm，数量各2块。

3.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：该加载螺杆的直径为10-30mm，数量4根。

4.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：该螺帽、垫片的数量各4套。

5.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：以三元乙丙橡胶为原料加工的绝热材料的导热系数为0.03-0.04瓦/米.K。

6.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土梁冻融荷载耦合耐久性试验持载装置，其特征在于：该梁端支座的数量为2根。