CN210923419U - 一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，包括固定架和第一横向杆，固定架一端垂直焊接在钢结构沉管的顶部，第一横向杆的一端垂直焊接在固定架的另一端上；第一横向杆上固定有多个上方开口的挂片盒；任一挂片盒连接有第一导线，任一挂片盒内部固定有防水盒和至少一根第二横向杆，每根第二横向杆上均匀固定有多个挂片和至少一个参比电极；参比电极连接有第二导线；第一导线和第二导线密封在防水盒内；固定架、第一横向杆、多个挂片盒和多个挂片均与钢结构沉管的材质相同。本实用新型实现对钢结构沉管防护效果的长期、实时、有效追踪。

Description

一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置

技术领域

本实用新型属于水下钢结构防护领域，尤其涉及一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置。

背景技术

得益于优良的强度、刚度、韧性及施工简便、经济实惠等特点，钢结构在土木工程尤其是水下工程如沉管隧道等领域越来越受到人们的青睐。但是在水下或地下环境中，钢结构耐腐蚀能力较弱，需要施加额外的防护措施以保证工程安全性。对于钢结构的防护主要采用阴极保护和涂层防护或“涂层+阴极防护”复合技术。重大基础设施工程的设计寿命长，如深中通道钢壳结构的设计寿命为100年，钢结构采用“涂层+阴极保护”联合防护，而“涂层+阴极防护”对钢结构的防护效果是由相关软件计算模拟或短期试验结果推演而成，“涂层+阴极保护”复合防护技术尚未开展跨度周期100年的实体工程验证。另外，对于钢结构的防护设计中已有的耐久性监测装置，如用于监测钢结构电位的参比电极等部件是否具备长周期的安全使用寿命，参比电极在使用过程中因电极电位变化对所监测结构物测试电位的影响等也不明确。因此，“涂层+阴极防护”对钢结构联合防护的长周期实际防护效果需要接受实体工程的验证。

从经济和可操作性方面讲，直接采用实体工程验证“涂层+阴极防护”方案对钢结构的防护效果难以实施，目前多采用在特定腐蚀试验站内以户外暴露试验的方式对其效果进行评估。传统暴露试验虽然在一定程度上能够通过模拟工程应用环境获取相对接近的实验结果，但是对于模拟多因素、复杂环境如沉管隧道等特殊环境则存在明显不足：1)沉管隧道一般深埋于海床下20米，对于钢结构沉管所处海泥环境中的腐蚀介质成分、含氧量、温度等条件，常规暴露试验难以模拟；2)钢结构沉管构件体型较大，不同位置受保护状态不同，如对于沉管侧面及顶部由于已经排布牺牲阳极/外加电流可认为此部分钢结构受到良好防护，而沉管底部无牺牲阳极/外加电流排布，侧面的阴极发射电流也不足以对整个底面形成保护作用，因而对于底面钢结构存在由外而内的电位梯度分布即沉管底部中央区与其他区域存在电位差，常规暴露试验难以模拟开展；3)钢结构沉管埋置较深，承受较大荷载作用并且不同区域所受荷载不同，常规暴露试验也难以实现。

因此，需要针对钢结构沉管的工程应用特点，在不影响实体工程正常运行的基础上设计、开发新型暴露试验装置验证“涂层+牺牲阳极”复合防护技术对钢结构沉管实体工程的长期防护效果，实现对钢结构沉管防护效果的长期、实时、有效追踪，从而能及时对钢结构沉管工程运行维护过程中可能出现的耐久性问题作出评估与预警。

实用新型内容

本实用新型的目的在于一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，能验证钢结构沉管的长期防护效果，实现对钢结构沉管防护效果的长期、实时、有效追踪。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，包括固定架和第一横向杆，固定架一端垂直焊接在钢结构沉管的顶部，第一横向杆的一端垂直焊接在固定架的另一端上；

第一横向杆上固定有多个上方开口的挂片盒；

任一挂片盒连接有第一导线，任一挂片盒内部固定有防水盒和至少一根第二横向杆，每根第二横向杆上均匀固定有多个挂片和至少一个参比电极；

参比电极连接有第二导线；

第一导线和第二导线密封在防水盒内；

固定架、第一横向杆、多个挂片盒和多个挂片均与钢结构沉管的材质相同。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：挂片盒依据其所处的位置来对应钢结构沉管的区域，钢结构沉管的顶部及两个侧壁均匀分布有牺牲阳极，因此其顶部及两个侧壁的表面电位相同，沿第一横向杆位于固定架的一端到其另一端方向最前端的挂片盒内的挂片与钢结构沉管顶部及两个侧壁的电位一致，钢结构沉管底部无牺牲阳极，因此其底部电位不均匀，其余挂片盒随着与固定架的距离增加而与钢结构沉管和固定架连接处之间的距离增加，对应钢结构沉管底部电位的变化，通过监测第一横向杆上不同位置的挂片盒中的挂片与参比电极之间的电位，直接判断与挂片位置相对应的实体钢结构沉管的受保护状况；在经历一定周期后取出挂片盒中挂片，对挂片进行性能检测，检验与其对应的实体钢结构沉管的腐蚀状况，实现对钢结构沉管防护效果的长期、实时、有效追踪；同时固定架、第一横向杆、多个挂片盒和多个挂片均与钢结构沉管的材质相同，能够真实的反映钢结构沉管的防护状况。

进一步地，固定架的高度不超过1米。该设置的目的是为了保持挂片盒位置的稳定性，避免因海底水流或回填泥沙流动导致挂片盒移动造成试验结果的偏差。

进一步地，固定架包括两根竖向杆，两根竖向杆之间间隔指定距离。该设置为了保持第一横向杆的稳定性。

进一步地，第一横向杆的长度为钢结构沉管底部长度的一半。

进一步地，每根第二横向杆上设有两个参比电极，其中，一个参比电极为Ag/AgCl参比电极，另一个参比电极为高纯锌参比电极。该设置的目的是为了减少数据误差，增加试验测试数据的准确性，并且可以根据参比电极的使用寿命实现定期更换，保证在工程长周期使用过程中所测试数据的准确性与连续性。

进一步地，每个挂片盒内的挂片数量至少为十五。挂片的数量可根据工程防护周期而设定，为了保证数据的有效性，对于实验周期100年的工程，每个挂片盒内挂片的数量不少于十五。

进一步地，第一横向杆上垂直焊接有多个钢板，任一钢板上设有至少一个螺纹孔，挂片盒上设有对应第一螺纹孔的第二螺纹孔，通过螺栓穿过第二螺纹孔和第一螺纹孔后紧固，挂片盒固定在钢板上。

附图说明

图1为检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置的结构示意图；

图2为检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置中挂片盒的结构透视图。

图中，1-固定架，11-竖向杆，2-第一横向杆，3-挂片盒，31-第二横向杆，32-挂片，33-参比电极，331-Ag/AgCl参比电极331，332-高纯锌参比电极332，4-钢结构沉管，41-牺牲阳极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1和图2，图1为检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置的结构示意图，图2为检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置中挂片盒的结构透视图。一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，包括固定架1和第一横向杆2，固定架1一端垂直焊接在钢结构沉管4的顶部，第一横向杆2的一端垂直焊接在固定架1的另一端上；第一横向杆2上固定有多个上方开口的挂片盒3；任一挂片盒3连接有第一导线，任一挂片盒3内部固定有防水盒和至少一根第二横向杆31，每根第二横向杆31上均匀固定有多个挂片32和至少一个参比电极33；参比电极33连接有第二导线；第一导线和第二导线密封在防水盒内；固定架1、第一横向杆2、多个挂片盒3和多个挂片32均与钢结构沉管4的材质相同。

进一步地，固定架1的高度不超过1米。该设置的目的是为了保持挂片盒3位置的稳定性，避免因海底水流或回填泥沙流动导致挂片盒3移动造成试验结果的偏差。固定架1包括两根竖向杆11，两根竖向杆11之间间隔指定距离。该设置为了保持第一横向杆2的稳定性。指定距离为5米。

进一步地，第一横向杆2的长度为钢结构沉管4底部长度的一半。进一步地，第一横向杆2上垂直焊接有多个钢板，任一钢板上设有至少一个螺纹孔，挂片盒3上设有对应第一螺纹孔的第二螺纹孔，通过螺栓穿过第二螺纹孔和第一螺纹孔后紧固，挂片盒3固定在钢板上。两根竖向杆11和第一横向杆2可以选用工字钢。

进一步地，每根第二横向杆31上设有两个参比电极33，其中，一个参比电极33为Ag/AgCl参比电极331，另一个参比电极33为高纯锌参比电极332。该设置的目的是为了减少数据误差，增加试验测试数据的准确性，并且可以根据参比电极33的使用寿命实现定期更换，保证在工程长周期使用过程中所测试数据的准确性与连续性。参比电极33可以使用扎带捆绑在第二横向杆31上，以便定期更换。

进一步地，每个挂片盒3内的挂片32数量至少为十五。挂片32的数量可根据工程防护周期而设定，为了保证数据的有效性，对于实验周期100年的工程，每个挂片盒3内挂片32的数量不少于十五。当挂片盒3内的挂片32数量为十五时，第二横向杆31的数量可以为三，十五个挂片32均匀固定在三根第二横向杆31上，即每根第二横向杆31上固定有五个挂片32，具体地，任一挂片32上设有第三螺纹孔，任一第二横向杆31上设有多个第四螺纹孔，通过螺栓将挂片32固定在对应的第四螺纹孔上。

本实用新型的检验钢结构沉管4防护效果的暴露试验装置的实施方式如下：

1、制作上述的检验钢结构沉管4防护效果的暴露试验装置中的固定架1、第一横向杆2和挂片盒3，将固定架1和第一横向杆2进行焊接，并将固定架1焊接到钢结构沉管4的顶部。

2、选取暴露试验检测区域，选取的区域为人工岛护面块体底部安装位置再往深水区20-50米距离；钢结构沉管4安放之后，按照需求将挂片盒3依次固定于第一横向杆2上，然后回填覆盖物，覆盖物为与钢结构沉管4埋置后回填料相同的材料，使得挂片盒3内填充满相同的覆盖物，保证挂片盒3与钢结构沉管4处于同一环境中。

3、通过监测第一横向杆2上不同位置的挂片盒3中的挂片32与参比电极33之间的电位，直接判断与挂片32位置相对应的实体钢结构沉管4的受保护状况；在经历一定周期后取出挂片盒3中的挂片32，进一步采用其他技术分析挂片32及其防护涂层的微观结构，检验与其对应的实体钢结构沉管4结构的腐蚀状况，实现对钢结构沉管4防护效果的长期、实时、有效追踪，从而能及时对钢结构沉管4工程运行维护过程中可能出现的耐久性问题作出评估与预警。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：挂片盒3依据其所处的位置来对应钢结构沉管4的区域，钢结构沉管4的顶部及两个侧壁均匀分布有牺牲阳极41，因此其顶部及两个侧壁的表面电位相同，沿第一横向杆2位于固定架1的一端到其另一端方向最前端的挂片盒3内的挂片32与钢结构沉管4顶部及两个侧壁的电位一致，钢结构沉管4底部无牺牲阳极41，因此其底部电位不均匀，其余挂片盒3随着与固定架1的距离增加而与钢结构沉管4和固定架1连接处之间的距离增加，对应钢结构沉管4底部电位的变化，通过监测第一横向杆2上不同位置的挂片盒3中的挂片32与参比电极33之间的电位，直接判断与挂片32位置相对应的实体钢结构沉管4的受保护状况；在经历一定周期后取出挂片盒3中挂片32，对挂片32进行性能检测，检验与其对应的实体钢结构沉管4的腐蚀状况，实现对钢结构沉管4防护效果的长期、实时、有效追踪；同时固定架1、第一横向杆2、多个挂片盒3和多个挂片32均与钢结构沉管4的材质相同，能够真实的反映钢结构沉管4的防护状况。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，包括固定架和第一横向杆，所述固定架一端垂直焊接在钢结构沉管的顶部，所述第一横向杆的一端垂直焊接在固定架的另一端上；

所述第一横向杆上固定有多个上方开口的挂片盒；

任一所述挂片盒连接有第一导线，任一所述挂片盒内部固定有防水盒和至少一根第二横向杆，每根所述第二横向杆上均匀固定有多个挂片和至少一个参比电极；

所述参比电极连接有第二导线；

所述第一导线和第二导线密封在防水盒内；

所述固定架、第一横向杆、多个挂片盒和多个挂片均与钢结构沉管的材质相同。

2.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，所述固定架的高度不超过1米。

3.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，所述固定架包括两根竖向杆，所述两根竖向杆之间间隔指定距离。

4.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，所述第一横向杆的长度为钢结构沉管底部长度的一半。

5.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，每根所述第二横向杆上设有两个参比电极，其中，一个所述参比电极为Ag/AgCl参比电极，另一个所述参比电极为高纯锌参比电极。

6.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，每个所述挂片盒内的挂片数量至少为十五。

7.根据权利要求1所述的检验钢结构沉管防护效果的暴露试验装置，其特征在于，所述第一横向杆上垂直焊接有多个钢板，任一所述钢板上设有至少一个螺纹孔，所述挂片盒上设有对应第一螺纹孔的第二螺纹孔，通过螺栓穿过所述第二螺纹孔和第一螺纹孔后紧固，所述挂片盒固定在钢板上。

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