CN2702299Y - 混凝土环境腐蚀和力学载荷共同作用的损伤测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种砼或钢筋砼环境腐蚀和力学载荷共同作用的损伤测试装置。其技术方案为砼或钢筋砼环境腐蚀与力学载荷共同作用的损伤测试装置，包括本体、智能接收器、智能电阻应变仪与数据处理显示器，其特征为：本体由三层钢板与四根立柱固接组成加载夹具、荷载传感器、内装有腐蚀溶液的不锈钢槽、内设有应力片的砼或钢筋砼试样、荷载平衡块、温度传感器、千斤顶构成；智能接收器接收端与温度传感器和荷载传感器输出端固接；智能电阻应变仪接收端与应变片相接，智能接收器与智能电阻应变仪的输出端分别与数据处理显示器插接。本体与智能接收器、智能电阻应变仪与计算机配合使用，其结构简单，可实现实时接受应变数据且实时绘出图像，直观清晰。

Description

混凝土环境腐蚀和力学载荷共同作用的损伤测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，具体讲是涉及一种混凝土或钢筋混凝土在环境腐蚀和力学载荷共同作用下的损伤性能测试装置。

背景技术

目前，混凝土或钢筋混凝土材料的耐久性能测试普遍是采用腐蚀试验或强度试验单独来评价。但是，实际的混凝土或钢筋混凝土结构却往往处于环境腐蚀与力学载荷的共同作用下，其破坏规律无法采用腐蚀试验或强度试验来模拟，对混凝土或钢筋混凝土的耐久性能一直缺乏有效的模拟测试手段与准确的评价方法，极易造成对混凝土或钢筋混凝土耐久性能的错误判断，使得配制出的混凝土或钢筋混凝土材料达不到其结构设计要求的使用年限，导致该结构过早损坏或破坏，大大增加维修费用和重建费用。由于我国采用混凝土或钢筋混凝土建造的基础设施建设数量巨大，其维修费用和重建费用将成为国民经济的沉重负担。因而，长期以来，混凝土或钢筋混凝土处于环境腐蚀与力学载荷共同作用下的损伤测试问题一直是混凝土行业研究人员亟待解决的难题。

实用新型内容

为了解决现有技术中，混凝土或钢筋混凝土材料耐久性能试验不能模拟实际情况，尤其是混凝土或钢筋混凝土结构处于环境腐蚀与力学载荷共同作用下产生损伤无法测试的缺陷，本实用新型的目的是提供一种可以有效地模拟出混凝土或钢筋混凝土在环境腐蚀和力学载荷共同作用下的损伤演变过程，得到其破坏规律的测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种混凝土环境腐蚀与力学载荷共同作用的损伤测试装置，包括测试装置本体、智能接收器、智能电阻应变仪与数据处理显示器，其特征在于：所述测试装置本体设有：

一加载夹具，它由间隔且平行设置的顶层、中层和下层钢板组成，其各层钢板的四个角与所述测试装置本体的四根立柱固接；

一荷载传感器，固定于所述顶层钢板的下表面；

一不锈钢槽，夹设于所述顶层钢板与中层钢板之间；

一混凝土或钢筋混凝土试样，置于所述不锈钢槽内，所述混凝土或钢筋混凝土试样上注满腐蚀溶液；

所述混凝土或钢筋混凝土试样的内部及表面分别插设有多个应力片，每个应力片带有引线，其引线的线头出露于所述混凝土或钢筋混凝土试样表面；

一荷载平衡块，其上表面与所述荷载传感器下表面中心触接，其下表面与所述混凝土或钢筋混凝土试样上表面触接；

一温度传感器，其悬吊于所述上层钢板的下表面，且位于所述腐蚀溶液液面上；

一千斤顶，顶设于所述中层钢板与所述下层钢板之间的中心部位；

所述智能接收器接收端通过两根导线分别与所述温度传感器和所述荷载传感器的输出端固接；其输出端通过各自连接的数据传输线分别与所述数据处理显示器接口(I)插接；

所述智能电阻应变仪接收端通过导线与所述应变片的连接线头相接，其输出端通过一数据传输线与所述数据处理显示器接口(II)插接。

上述的荷载传感器的下表面与所述荷载平衡块的上表面中心相对位置处，分别对应设有半球型凹槽，其凹槽内放置有一钢球，所述荷载传感器通过其钢球与所述荷载平衡块触接；

上述的荷载平衡块下表面通过两侧镶嵌的不锈钢压棍与所述混凝土或钢筋混凝土试样上表面压接。

所述不锈钢槽与所述中层钢板之间设置有一支撑框架，该支撑框架与不锈钢槽底部同等大小，支撑框架内平行固接有两根不锈钢支座，不锈钢支座为半圆型柱体，其半圆型柱体的平面侧与中层钢板的上表面相接。

上述的荷载传感器采用饼形荷载传感器。

上述的千斤顶采用螺旋千斤顶。

上述数据处理显示器为486以上设置的计算机，所述接口(I)与接口(II)分别为R232接口。

为了解决对混凝土试块或钢筋混凝土试块施加大吨位实际测试的困难，本实用新型采用了平衡能力好且节约净空的饼形荷载传感器，其量程在1～100吨之间、测试精度至少为1％；选用的螺旋千斤顶为超矮型螺旋千斤顶，其量程与饼形荷载传感器相对应，在1～100吨之间，同时它还具有加上载荷后可恒载的优点。

为了保证加载传力均匀，荷载平衡块与饼形荷载传感器之间采用高强度钢球传力的点接触，荷载平衡块下表面镶嵌的两根压棍、不锈钢槽底部支撑的不锈钢支座、上中下三层钢板与四根钢立柱都要求具有足够的刚度，加载时所产生变形与混凝土或钢筋混凝土试样的变形相比可忽略，共同实现对混凝土试样的四点弯曲加载。

此外，为了实时得到温度和荷载数据，还专门设计制作了双通道(荷载与温度)智能接收器与智能电阻应变仪与专用数据接收软件，可实现实时采集应变数据和同一界面上实时绘制时间-荷载图、时间-温度图、温度-荷载图。将试样的应变片导线连接到智能电阻应变仪，该应变仪通过数据传输线将应变数据传输给装有应变采集软件的计算机，实现应变数据实时采集和时间-应变图实时绘制。通过以上手段，达到模拟混凝土在环境腐蚀和力学载荷协同作用下损伤演变的目的。

采用本实用新型的技术方案，其有益效果在于：

将本实用新型的测试装置用于模拟实际混凝土或钢筋混凝土结构处于环境腐蚀与力学载荷协同作用时的损伤演变过程，通过显示图像可以观察并分析被测试的混凝土或钢筋混凝土的实际损伤规律，解决了多年来无法对混凝土或钢筋混凝土采用模拟手段进行腐蚀试验或强度试验的问题；该装置结构简单，可用计算机实现实时接受荷载、温度和混凝土应变的数据，对于混凝土或钢筋混凝土，可采集钢筋与混凝土的应力及应变的数据，并实时绘出图像，直观清晰；由此可见，本实用新型对于了解实际工程中混凝土或钢筋混凝土材料的损伤失效具有重要的参考价值。

附图说明

图1为本实用新型结构连接示意图

图2为本实用新型结构框图

图3为本实用新型数据采集与分析系统程序框图

图4为本实用新型使用时的应变采集软件界面图

图5为本实用新型使用时的荷载温度采集软件界面图

图6为本实用新型具体实施例部分结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型由测试装置本体1、智能接收器2、智能电阻应变仪3与计算机4形成的闭路结构组成。其中，智能接收器2与智能电阻应变仪3的输入端分别与测试装置本体1内部连接，智能接收器2与智能电阻应变仪3的输出端分别与计算机的短程监控R232接口(I)与接口(II)插接。

如图2、图3所示，本实用新型的测试装置本体为一设有框架的箱体，其框架的四根立柱为钢立柱10，框架内设置有智能饼形荷载传感器11，上层钢板12，荷载平衡块13，温度传感器14，不锈钢槽15，混凝土或钢筋混凝土试样16，中层钢板17，螺旋千斤顶18，下层钢板19。

其中，上层钢板12、中层钢板17与下层钢板19上下间隔且平行设置，其三层钢板的四个角固定于框架的四根立柱上，组成一加载夹具；饼形荷载传感器11位于上层钢板12的下表面，并与上层钢板12的下表面螺栓连接固定；不锈钢槽15位于中层钢板17的上表面且夹设于上层钢板12与中层钢板17之间；不锈钢槽15底部放置有一不锈钢底座，不锈钢底座为一与不锈钢槽15底部同等大小的框架，在框架的两侧平行装有两根不锈钢棍；将混凝土或钢筋混凝土试样16置放于不锈钢槽15内，再向其不锈钢槽15内注满腐蚀溶液，腐蚀溶液采用盐溶液；在混凝土或钢筋混凝土试样16的上表面与饼形荷载传感器11的下表面之间设置一荷载平衡块13，荷载平衡块3底面镶嵌有两根不锈钢压棍，两根不锈钢压棍与混凝土或钢筋混凝土试样16的上表面压接；荷载平衡块13的上表面中心设置有一半球形凹槽，相对于上层钢板12的下表面中心处也设有一半球形凹槽，在上下两个半球形凹槽内放置一钢球，通过钢球将饼形荷载传感器11与荷载平衡块13触接。通过钢球、不锈钢压棍及不锈钢底座的设定，其作用是实现混凝土或钢筋混凝土试样16的四点弯曲受力，符合普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T50081-2002)中规定的混凝土抗折试验要求。

在上层钢板12下表面与不锈钢槽15之间还设置有一温度传感器14，温度传感器14的上端用螺栓固定连接于上层钢板12的下表面，其下端悬空垂直吊设；

混凝土或钢筋混凝土试样16在浇筑时，其内预先插设了若干个混凝土应变片或钢筋应变片，每个应变片上连接有引线，荷载平衡块13与下设的不锈钢压棍触接；

螺旋千斤顶18顶设于中层钢板17与下层钢板19之间；螺旋千斤顶18选用超矮型螺旋千斤顶，用于提升中层钢板17的高度，对处于环境腐蚀状态下的混凝土或钢筋混凝土试样16施加载荷压力，此时的不锈钢压棍、钢球以及不锈钢支座均随超矮型螺旋千斤顶的移动而施力，使其荷载平衡块13与饼形荷载传感器11受力而触接。

智能接收器12的输入端通过两根导线分别与温度传感器14和饼形荷载传感器11相接，输出端与计算机4的短程监控R232接口(I)相接；

智能电阻应变仪3的输入端通过导线与混凝土或钢筋混凝土试样表面内设的应变片引线牵出连接，其输出端通过数据传输线与计算机4的短程监控R323接口(II)插接；智能电阻应变仪3将采集到的混凝土或钢筋混凝土试样16上的应变数据传输至装有应变采集软件的计算机4，在计算机4的显示屏上实现应变数据实时采集和时间-应变图实时绘制。

上述测试装置中所用的智能接收器2、智能电阻应变仪3以及计算机4均采用现有技术，本实施例中采用的智能接收器2为北京泰瑞金星仪器公司生产的YJZ-16型智能数字应变仪；智能电阻应变仪3采用华中科技大学化学系研制生产的CT-2B恒电位仪；计算机4为组装机，该组装机可以为586设置，其系统采用98微软系统。

由上述测试装置本体1、智能接收器2、智能应变仪3与计算机组合4，实现的数据采集与分析系统程序的工作原理为：将混凝土或钢筋混凝土试样16置放于不锈钢槽15内，将荷载平衡块13作为压头放置于混凝土或钢筋混凝土试样16表面，通过操作超矮型螺旋千斤顶提升中层钢板17，直至饼形荷载传感器的中心与压头中心压接；饼形荷载传感器13与温度传感器14通过各自的导线经通道切换将接收的信号送入智能接收器2，在智能接收器2内，接收的信号经放大器放大、A/D转换及模数转换送入8031单片机处理后，在LED显示器中显示出实时的载荷和温度数据；载荷和温度数据经导线送至ROW/RAM，同时载荷和温度数据经短程监控RS232C数据传输线输送至计算机，经专用数据处理软件处理，分别将数据存储并记录该数据波形图，通过显示器将数据波形显示出来。

如图4所示，本实用新型使用时的应变采集软件界面图，实现实时采集应变数据，指时间—应变的关系图，横坐标为时间，纵坐标为所采集的混凝土应变值或钢筋应变值，用于描述混凝土变形和钢筋变形随时间的发展变化情况。

如图5所示，本实用新型使用时的荷载温度采集软件界面图，实现实时采集荷载和温度数据，并在软件界面上实时绘出P-t图、T-t图、P-T图、P/2-t图、P/2-T图，其中P、T、t分别指荷载、温度和采集数据已进行的时间，用于描述荷载和温度随时间的发展变化情况。

图6为一个利用本实用新型的测试装置对钢筋混凝土试样G进行测试的具体应用实例。

利用现有测试技术中所采用的内装有零下35℃冻融液H的密闭快冻快融箱B，将本实用新型的测试装置本体置入其冻融液H内，使被测的钢筋混凝土试样G处于腐蚀溶液与冻融环境条件下，遭受冻融循环与弯曲荷载的协同试验，测量钢筋混凝土G内的钢筋变形和混凝土变形。

如图6所示，在测试装置本体内设的不锈钢槽15内放置一个规格为100mm×100mm×400mm的钢筋混凝土试样G，钢筋混凝土试样G内及表面插设有多个应变片，每个应变片上都连接有引线；然后再往不锈钢槽15内注入预配好的、浓度为3％的NaCl溶液E，至液面盖住钢筋混凝土试样G。在荷载传感器11上加载力C，该加载力C落到荷载平衡块13上，荷载平衡块13通过其下表面镶嵌的两根柱形压棍与钢筋混凝土试样G压接，不锈钢槽15与中层钢板之间还设有一支撑底座，该支撑底座为一与不锈钢槽15底部同等大小的框架，在框架的两侧平行装有两根呈半圆型柱体的不锈钢支座I，其半圆型柱体的平面处与中层钢板上表面焊接；不锈钢槽15座落于不锈钢支座I上。

图6中没有表示出中层钢板与底层钢板之间设置的超矮型螺旋千斤顶，只是为了更明确地显示出进行测试的钢筋混凝土G的位置及外界设置的测试环境。

实际测试中，快冻快融箱B内放置本实用新型的测试装置本体部分，加载力C的下压与超矮型螺旋千斤顶上顶中层钢板，对其中部放置的被测钢筋混凝土试样G进行荷载加力测试。

通过采用本实用新型可以成功进行混凝土或钢筋混凝土在腐蚀溶液中，特别是盐溶液中遭受冻融循环与弯曲荷载的协同试验，得到混凝土或钢筋混凝土在上述条件下的应力应变关系，即本构模型，这对了解实际工程中钢筋混凝土材料的损伤失效具有重要参考价值。

本实用新型的实际操作程序为：

1)装配好加载夹具，由上中下三层相同大小的钢板以及四角的四根钢立柱固接组成；2)将超矮型螺旋千斤顶放置于下层钢板的中心位置且与中层钢板的底表面中心顶接；3)在上层钢板的下表面中心安装一个饼形荷载传感器；4)将预先设好应变片的混凝土或钢筋混凝土试样放入一个不锈钢槽内，并将两根不锈钢压辊放置于混凝土或钢筋混凝土试样表面上；5)往不锈钢槽内注满预配好的腐蚀溶液；6)将该不锈钢槽放置于中层钢板上；7)通过操作超矮型螺旋千斤顶提升中层钢板，直至饼形荷载传感器下表面中心开设的半球型凹槽与对应于荷载平衡块上表面中心开设的半球型凹槽内装的钢球触接；8)将饼形荷载传感器的信号导线和温度传感器的信号导线分别连接智能接收器，通过智能接收器接收饼形荷载传感器和温度传感器发出的信号，并将其接收信号放大，经A/D转换、数模转换送入单片机处理后，经过数据传输线经短程监控R323接口将数据输入到计算机内；9)将试样的应变片导线连接到智能电阻应变仪，智能电阻应变仪通过数据传输线将应变数据传输给装有应变采集软件的计算机短程监控R323接口，实现应变数据实时采集和时间-应变图实时绘制；10)通过超矮型螺旋千斤顶施加试验设计要求的荷载，可连续加载或恒定荷载；11)启动专用采集软件，实现同时采集载荷和温度数据，实时绘制时间-载荷图、时间-温度图。

Claims (10)

1.一种混凝土环境腐蚀与力学载荷共同作用的损伤测试装置，包括测试装置本体、智能接收器、智能电阻应变仪与数据处理显示器，其特征在于：所述测试装置本体设有：

一加载夹具，它由间隔且平行设置的顶层、中层和下层钢板组成，其各层钢板的四个角与所述测试装置本体的四根钢立柱固接；

一荷载传感器，固定于所述顶层钢板的下表面；

一不锈钢槽，夹设于所述顶层钢板与中层钢板之间；

一混凝土或钢筋混凝土试样，置于所述不锈钢槽内，其上注入腐蚀溶液；

所述混凝土或钢筋混凝土试样的内部及表面分别插设有多个应力片，每个应力片带有引线，其引线的线头出露于所述混凝土或钢筋混凝土试样表面；

一荷载平衡块，其上表面与所述荷载传感器下表面中心触接，其下表面与所述混凝土或钢筋混凝土试样上表面触接；

一温度传感器，其悬吊于所述上层钢板的下表面，且位于所述腐蚀溶液液面上；

一千斤顶，顶设于所述中层钢板与所述下层钢板之间的中心部位；

所述智能接收器接收端通过两根导线分别与所述温度传感器和所述荷载传感器的输出端固接；其输出端通过各自连接的数据传输线分别与所述数据处理显示器接口(I)插接；

所述智能电阻应变仪接收端通过导线与所述应变片的连接线头相接，其输出端通过一数据传输线与所述数据处理显示器接口(II)插接。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述荷载传感器下表面与所述荷载平衡块上表面相对位置对应设有半球型凹槽，其凹槽内放置有一钢球，所述荷载传感器通过其钢球与所述荷载平衡块触接。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于：所述荷载平衡块下表面通过两侧镶嵌的压棍与所述混凝土或钢筋混凝土试样上表面压接。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于：所述不锈钢槽与所述中层钢板之间还设置有一支撑框架，其与所述不锈钢槽底部同等大小，所述支撑框架内平行固接有两个不锈钢支座，所述不锈钢槽位于所述不锈钢支座上。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述不锈钢支座为半圆型柱体，其半圆型柱体的平面处与所述中层钢板的上表面相接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的测试装置，其特征在于：所述荷载传感器为饼形荷载传感器。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述千斤顶为螺旋千斤顶。

8.根据权利要求1-5任一项所述的测试装置，其特征在于：所述千斤顶为螺旋千斤顶。

9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：所述数据处理显示器为计算机，所述接口(I)与接口(II)分别为R232接口。

10.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于：所述数据处理显示器为计算机，所述接口(I)与接口(II)分别为短程监控R232接口。

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