CN209485862U - 一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统 - Google Patents

Abstract

本新型涉及一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，包括承载机架、实验槽、冲压机、千斤顶、承压板、恒电位仪、伏安表、饱和硫酸铜参比电极、接线端子、衬板及控制电路，实验槽嵌于承载机架内，冲压机安装在承载机架上端面与承压板相互连接，承压板位于承载机架内并位于实验槽正上方，千斤顶位于承载机架外侧面，前端面与衬板后端面连接，衬板嵌于实验槽内接，恒电位仪、伏安表均位于承载机架外侧面，其中恒电位仪分别与石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极相互连接，伏安表与接线端子电气连接。本新型便于进行钢筋混凝土的定性和定量分析；对混凝土试块施加了侧向静载来模拟地下混凝土结构受到的土压力作用，更符合实际受力情况。

Description

一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统

技术领域

本新型涉一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，属建筑工程技术领域。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，越来越多的城市开始修建地下轨道交通以缓解地面交通压力，方便人们出行。在地铁运营过程中，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水和高地应力作用等的影响，使地铁隧道中国的轨、地绝缘性能降低，从而在道床底部的混凝土结构及土壤中形成杂散电流。杂散电流的存在会大大加快混凝土中钢筋的锈蚀速度。此外地铁列车在行驶过程中，道床下部混凝体结构不断受到竖向冲击荷载，长期处于应力疲劳状态。因此，研究地下混凝土结构在杂散电流及循环冲击荷载作用下的损伤机理及耐久性状态评价，成为近年来研究的热点领域。

现有的一些地下混凝土结构耐久性研究试验装置，多侧重于某一因素的影响研究。因为地下工程所处环境的复杂性，多因素共同作用下的影响研究也多是定性研究，各因素影响共同影响的定量研究更不多见。因此，迫切需要开发一种地下混凝土在多因素耦合作用下的试验系统。

实用新型内容

为了解决现有技术上的不足，本新型提供一种一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统及实验方法。

为了实现上面提到的效果，提出了一种一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统及实验方法，其包括以下步骤：

一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，包括承载机架、实验槽、冲压机、千斤顶、承压板、恒电位仪、伏安表、石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极、接线端子、衬板及控制电路，其中承载机架为横断面为矩形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，实验槽为横断面呈“凵”字型槽状结构，嵌于承载机架内与承载机架同轴分布，冲压机安装在承载机架上端面并与承载机架同轴分布，冲压机的冲头与承压板相互连接并同轴分布，承压板位于承载机架内并位于实验槽正上方，千斤顶位于承载机架外侧面，千斤顶轴线与实验槽轴线垂直并相交，且交点位于实验槽中心位置处，千斤顶对应的实验槽侧表面设透孔，千斤顶前端面通过透孔位于实验槽内并与衬板后端面连接并与衬板同轴分布，衬板嵌于实验槽内并与实验槽轴线平行分布，并分别与实验槽侧壁和底部滑动连接，恒电位仪、伏安表均位于承载机架外侧面，其中恒电位仪分别与石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极相互连接，伏安表与接线端子电气连接，石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极均至少一个，且一个石墨电极板和一个饱和硫酸铜参比电极构成一个工作组，接线端子至少两个，且两个接线端子构成一个检测组，同一工作组中的饱和硫酸铜参比电极位于石墨电极板与混凝土试块之间，控制电路位于承载机架侧表面，并分别与冲压机、千斤顶、恒电位仪、伏安表电气连接。

进一步的，所述的实验槽底部与承载机架底部间通过导向滑轨相互滑动连接，且实验槽高度为承载机架高度的50％—80％。

进一步的，所述的承压板包括承载板、承压弹簧及标尺，其中所述的承载板共两个，两承载板间相互平行分布并通过承压弹簧相互连接，所述的承压弹簧若干，环绕承载板轴线均布，所述的标尺共两个，以承载板中点对称分布并与位于下方的承载板侧表面连接，所述标尺分别与两个承载板板面垂直分布。

进一步的，所述的承压弹簧两端均设压力传感器，各压力传感器均与控制电路电气连接。

进一步的，所述的冲压机与承压板、千斤顶与衬板间均设至少一个压力传感器，所述的压力传感器与控制电路电气连接。

进一步的，所述的承压板下端面和衬板前端面均布若干凸块。

进一步优化的，所述的凸块横断面为等腰梯形、等腰三角形、矩形及圆弧结构中的任意一种。

进一步的，所述的控制电路为基于单片机的电路系统。

本新型中冲击荷载和杂散电流既可以单独作用，又可以共同作用，互不影响，共同作用时，可以控制每次试验的冲击荷载大小及杂散电流大小，便于进行钢筋混凝土的定性和定量分析；对混凝土试块施加了侧向静载来模拟地下混凝土结构受到的土压力作用，更符合实际受力情况；通过在恒电位仪阳极增加并联电路，可以实现混凝土试块内多钢筋同时试验，具有很强的可改造性。因此，本新型的技术方案，可以广泛用于地下工程钢筋混凝土结构耐久性的研究。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本新型；

图1为本新型结构示意图。

具体实施方式

为使本新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本新型。

如图1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，包括承载机架1、实验槽2、冲压机3、千斤顶4、承压板5、恒电位仪6、伏安表7、石墨电极板8、饱和硫酸铜参比电极9、接线端子10、衬板11及控制电路12，其中承载机架1为横断面为矩形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，实验槽2为横断面呈“凵”字型槽状结构，嵌于承载机架1内与承载机架1同轴分布，冲压机3安装在承载机架1上端面并与承载机架1同轴分布，冲压机3的冲头与承压板5相互连接并同轴分布，承压板5位于承载机架1内并位于实验槽2正上方，千斤顶3位于承载机架1外侧面，千斤顶4轴线与实验槽2轴线垂直并相交，且交点位于实验槽2中心位置处，千斤顶4对应的实验槽2侧表面设透孔13，千斤顶4前端面通过透孔13位于实验槽2内并与衬板11后端面连接并与衬板11同轴分布，衬板11嵌于实验槽2内并与实验槽2轴线平行分布，并分别与实验槽2侧壁和底部滑动连接，恒电位仪6、伏安表7均位于承载机架1外侧面，其中恒电位仪6分别与石墨电极板8、饱和硫酸铜参比电极9相互连接，伏安表7与接线端子10电气连接，石墨电极板8、饱和硫酸铜参比电极9均至少一个，且一个石墨电极板8和一个饱和硫酸铜参比电极9构成一个工作组，接线端子10至少两个，且两个接线端子10构成一个检测组，同一工作组中的石墨电极板8、饱和硫酸铜参比电极9间间距不大于实验槽2宽度的 1/2，控制电路12位于承载机架1侧表面，并分别与冲压机3、千斤顶4、恒电位仪6、伏安表7电气连接。

本实施例中，所述的实验槽2底部与承载机架1底部间通过导向滑轨14相互滑动连接，且实验槽2高度为承载机架1高度的50％—80％。

其中，所述的承压板5包括承载板51、承压弹簧52及标尺53，其中所述的承载板51共两个，两承载板51间相互平行分布并通过承压弹簧52相互连接，所述的承压弹簧52若干，环绕承载板51轴线均布，所述的标尺53共两个，以承载板51中点对称分布并与位于下方的承载板51侧表面连接，所述标尺53分别与两个承载板51板面垂直分布，所述的承压弹簧52两端均设压力传感器15，各压力传感器15均与控制电路12电气连接。

此外，所述的冲压机3与承压板5、千斤顶4与衬板11间均设至少一个压力传感器15，所述的压力传感器15与控制电路12电气连接。

与此同时，所述的承压板5下端面和衬板11前端面均布若干凸块16，所述的凸块16横断面为等腰梯形、等腰三角形、矩形及圆弧结构中的任意一种。

本实施例中，所述的控制电路12为基于单片机的电路系统。

本新型在具体实施和实验操作时，按以下步骤进行：

S1，混凝土块预制，首先根据实验槽的容积制备将待检测的混凝土块，使待检测混凝土块体积为实验槽容积的30％—80％，然后将待检测的混凝土块放置到实验槽内并与实验槽同轴分布，并将同一检测组的接线端子与待检测的混凝土块中同一钢筋17两端位置间电气连接并检测初始电阻值，并将石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极定位在待检测的混凝土块与实验槽侧壁之间位置，然后取待检测的混凝土块实际使用时自然环境中周边位置的土壤18，然后将土壤18填充至实验槽内并包覆在待检测的混凝土块外，然后对土壤18进行压实和含水量调整，使土壤18对待检测的混凝土块的压力和水份渗透环境与实际使用时自然环境中的土壤环境保持一致，即可完成对待检测的混凝土块的装载定位，最后将完成待检测的混凝土块装载定位的实验槽安装到承载机架内并与承载机架间同轴分布；

S2，实验检测，完成S1步骤作业后，一方面通过千斤顶驱动衬板对待检测的混凝土块施加水平方向恒定压力，另一方面首先通过冲压机驱动承压板进行上下往复运动，由承压板对实验槽内的待检测的混凝土块施加竖直方向上的交变压力，同时，将恒电位仪的阳极与混凝土试块中的钢筋连接，阴极与石墨电极板连接，对包覆待检测的混凝土块的土壤施加杂散电流，把参比电极电位与饱和硫酸铜参比电极相连接，以保持输出杂散电流的恒定。最后关闭恒电位仪后，通过安培表对钢筋电流值进行检测，实现对待检测的混凝土块进行在杂散电流环境及循环冲击荷载并存的负载环境进行检测作业，并将检测结果汇总至控制电路中；

S3，数据处理，由控制电路根据S2步骤获得的检测数据结果为依据，一方面由压力传感器检测压力值获得待检测的混凝土块受到的循环冲击荷载大小及水平静载大小，另一方面根据电阻计算公式：R＝ρL/s，若测得的电阻较S1 布置开始前有增大，则钢筋17开始产生电化学锈蚀。

其中，所述的S2步骤中，在对待检测的混凝土块进行一次恒电位仪施加杂散电流作业后进行一次安培表对钢筋电流值进行检测，构成一个检测流程，且S2步骤中对待检测的混凝土块需连续进行多次检测流程，直至混凝土试块胀裂。同一检测流程中恒电位仪作业和安培表检测之间时间间隔应相等，且以1小时为基本单位。

S3步骤中：电阻计算公式：R＝ρL/s中；

R为电阻；

ρ为电阻率；

L为检测钢筋长度；

S为检测钢筋横截面面积。

本新型中冲击荷载和杂散电流既可以单独作用，又可以共同作用，互不影响，共同作用时，可以控制每次试验的冲击荷载大小及杂散电流大小，便于进行钢筋混凝土的定性和定量分析；对混凝土试块施加了侧向静载来模拟地下混凝土结构受到的土压力作用，更符合实际受力情况；通过在恒电位仪阳极增加并联电路，可以实现混凝土试块内多钢筋同时试验，具有很强的可改造性。因此，本新型的技术方案，可以广泛用于地下工程钢筋混凝土结构耐久性的研究。

以上显示和描述了本新型的基本原理和主要特征和本新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本新型的原理，在不脱离本新型精神和范围的前提下，本新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本新型范围内。本新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于：所述的地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统包括承载机架、实验槽、冲压机、千斤顶、承压板、恒电位仪、伏安表、石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极、接线端子、衬板及控制电路，其中所述的承载机架为横断面为矩形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，所述的实验槽为横断面呈“凵”字型槽状结构，嵌于承载机架内与承载机架同轴分布， 所述的冲压机安装在承载机架上端面并与承载机架同轴分布，所述的冲压机的冲头与承压板相互连接并同轴分布，所述的承压板位于承载机架内并位于实验槽正上方，所述的千斤顶位于承载机架外侧面，千斤顶轴线与实验槽轴线垂直并相交，且交点位于实验槽中心位置处，所述的千斤顶对应的实验槽侧表面设透孔，千斤顶前端面通过透孔位于实验槽内并与衬板后端面连接并与衬板同轴分布，所述的衬板嵌于实验槽内并与实验槽轴线平行分布，并分别与实验槽侧壁和底部滑动连接，所述的恒电位仪、伏安表均位于承载机架外侧面，其中恒电位仪分别与石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极相互连接，伏安表与接线端子电气连接，所述的石墨电极板、饱和硫酸铜参比电极均至少一个，且一个石墨电极板和一个饱和硫酸铜参比电极构成一个工作组，所述的接线端子至少两个，且两个接线端子构成一个检测组，同一工作组中的饱和硫酸铜参比电极位于石墨电极板与混凝土试块之间，所述的控制电路位于承载机架侧表面，并分别与冲压机、千斤顶、恒电位仪、伏安表电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的实验槽底部与承载机架底部间通过导向滑轨相互滑动连接，且实验槽高度为承载机架高度的50%—80%。

3.根据权利要求1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的承压板包括承载板、承压弹簧及标尺，其中所述的承载板共两个，两承载板间相互平行分布并通过承压弹簧相互连接，所述的承压弹簧若干，环绕承载板轴线均布，所述的标尺共两个，以承载板中点对称分布并与位于下方的承载板侧表面连接，所述标尺分别与两个承载板板面垂直分布。

4.根据权利要求3所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的承压弹簧两端均设压力传感器，各压力传感器均与控制电路电气连接。

5.根据权利要求1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的冲压机与承压板、千斤顶与衬板间均设至少一个压力传感器，所述的压力传感器与控制电路电气连接。

6.根据权利要求1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的承压板下端面和衬板前端面均布若干凸块。

7.根据权利要求1所述的一种地下混凝土杂散电流及循环冲击荷载试验系统，其特征在于，所述的控制电路为基于单片机的电路系统。