專利名稱：鋼筋混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多因素耦合作用下實(shí)驗(yàn)室和工程中鋼筋混凝土耐久性能的研究及測試，更具體涉及一種凍融循環(huán)與鹽溶液侵蝕耦合作用下鋼筋混凝土疲勞加載裝置。適用于考慮凍融循環(huán)與侵蝕性鹽溶液條件下鋼筋混凝土的疲勞測試試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
在服役條件下鋼筋混凝土在許多場合都承受疲勞荷載的作用，特別是公路路面、 橋面、鐵路軌枕、機(jī)場道面等對鋼筋混凝土材料的疲勞性能都有很高的要求。同時，疲勞荷載也會促進(jìn)侵蝕性介質(zhì)對鋼筋混凝土腐蝕損傷的積累，從而加速鋼筋混凝土材料的疲勞破壞。研究表明，疲勞破壞是鋼筋混凝土材料破壞的主要形式之一。疲勞的一個明顯特性是與時間的相關(guān)性非常密切，現(xiàn)有公路混凝土的疲勞試驗(yàn)或分析，一般在空氣中進(jìn)行，采用的是一種荷載損傷積累與時間無關(guān)的試驗(yàn)，省去了時間對其損傷程度的影響，這樣可以在試驗(yàn)時適當(dāng)?shù)靥岣呒虞d頻率以縮短試驗(yàn)時間。但由于疲勞對時間的依賴性，分析和試驗(yàn)所用荷載譜不但要給出荷載谷、峰值的大小，而且還必須給出荷載由峰(谷)值到達(dá)谷(峰)值的時間增量，如果有荷載保持時間，必須把荷載及其保持時間加入到荷載譜中，不能像處理常規(guī)疲勞荷載那樣把持久荷載簡單地忽略不計。由于疲勞對時間的依賴性，盡管在多種因素的耦合作用下，這種試驗(yàn)的周期也很長，如果采用人工加載和卸載將是一項(xiàng)勞動量非常大，并且也難以保證按照設(shè)計荷載譜的要求進(jìn)行加載的準(zhǔn)確性。因此，如何有效的模擬出服役條件下鋼筋混凝土在多種因素耦合作用下的疲勞損傷過程，將直接影響到試驗(yàn)結(jié)果的可信度，并最終影響到依據(jù)這些試驗(yàn)參數(shù)而設(shè)計和施工的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種凍融循環(huán)與鹽溶液侵蝕條件下鋼筋混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置。本發(fā)明采用技術(shù)方案為一種混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置，包括觸摸屏、 控制器、電動液壓泵、電磁換向閥和加載組件；所述加載組件包括固定的左右擋板，其中一擋板內(nèi)側(cè)固定一液壓千斤頂，另一擋板內(nèi)側(cè)固定一壓力傳感器，壓力傳感器和液壓千斤頂之間平行放置數(shù)塊可滑動的滑板和由四點(diǎn)彎曲墊板與橡膠盒組成的試件盒，試件盒內(nèi)放試件；所述觸摸屏與控制器數(shù)據(jù)線連接，壓力傳感器與控制器數(shù)據(jù)線連接，控制器與電動液壓泵和電磁換向閥數(shù)據(jù)線連接，液壓千斤頂通過管路與電磁換向閥和電動液壓泵連通。所述左右擋板的四個角上各設(shè)有一個帶螺紋的孔，通過大絲杠連接固定。加載組件中左右擋板6A、6B之間上部固定兩根水平的定位桿，下部水平固定一承托板，所述試件盒放置在該承托板上并限位于兩定位桿之間。所述滑板上端設(shè)兩圓孔，通過該圓孔穿過兩定位桿而懸掛在定位桿上。
四點(diǎn)彎曲墊板卡放在橡膠盒的左、右兩側(cè)壁，四點(diǎn)彎曲墊板的半圓輥面接觸試件的非成型面。該混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置還包括一快速凍融循環(huán)儀箱體，其中裝有冷凍液，所述加載組件裝入其中并浸泡在冷凍液中。所述橡膠盒上端敞口，其中裝有侵蝕性鹽溶液，試件浸泡在該侵蝕性鹽溶液中。所述電動液壓泵出液口通過膠管與三通電磁閥連接。所述三通電磁閥進(jìn)口通過膠管與電動液壓泵連接，常開出口和常閉出口通過膠管與液壓千斤頂連接。本發(fā)明混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置，左右擋板上的四個角上各設(shè)有一個帶螺紋的孔，通過四根大絲杠連接左右擋板，右擋板上固定液壓千斤頂，液壓千斤頂通過膠管與三通電磁換向閥相連接，三通電磁換向閥的進(jìn)口端與電動液壓泵的輸出端相連接，所述的電動液壓泵與可編程序控制器PLC輸出端相連，可編程序控制器輸入端與觸摸屏相連接，另一端與壓力傳感器相連；壓力傳感器和液壓千斤頂之間放置滑板和由四點(diǎn)彎曲墊板與橡膠盒組成的試件盒，IOOmmX IOOmmX400mm的鋼筋混凝土試件和侵蝕性鹽溶液放置于試件盒中，為確保試件位于兩塊四點(diǎn)彎曲墊板之間，使用定位桿和承托板固定試件的位置， 施加荷載后試件盒之間通過四點(diǎn)彎曲墊板和滑板相接觸，整個系統(tǒng)中的加載部分放置于快速凍融循環(huán)試驗(yàn)儀箱體中，以滿足凍融循環(huán)的環(huán)境條件。該外部環(huán)境條件可以根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行選擇，在這里選擇的是比較普遍的凍融循環(huán)條件。應(yīng)用所述的一種凍融循環(huán)與鹽溶液侵蝕條件下鋼筋混凝土智能液壓加載裝置，其步驟為第一步，將IOOmmX IOOmmX 400mm的鋼筋混凝土試件放入橡膠盒中并加入試驗(yàn)所
需濃度的侵蝕性鹽溶液，試件的非成型面與四點(diǎn)彎曲墊板的半圓輥接觸；第二步，接通系統(tǒng)電源，在觸摸屏上輸入要施加的疲勞荷載歷程，設(shè)定好系統(tǒng)的精度范圍，確定后開始施加荷載；第三步，啟動電動液壓泵施加的同時，電磁換向閥的常開出口 4A是打開的，常閉出口 4B是關(guān)閉的，電動液壓泵輸出的液壓油經(jīng)4A使液壓千斤頂動作并帶動滑板滑行，與四點(diǎn)彎曲墊板接觸后，帶動在承托板上的試件盒滑行，使得試件盒中的試件依次受力，最后一塊滑板與壓力傳感器接觸后，壓力傳感器將測得的壓力數(shù)值傳給可編程序控制器PLC做計算，直至達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值時自動停止電動液壓泵動作，完成加載并進(jìn)行保壓，達(dá)到保壓時間后，電磁換向閥開始動作，此時常開出口 4A關(guān)閉，常閉出口 4A打開，液壓油經(jīng)常閉出口 4B 回流到電動液壓泵的油缸內(nèi)，完成泄壓，保壓一段時間后，又開始加壓。如此反復(fù)按照設(shè)定的疲勞加載歷程進(jìn)行加載、保壓、卸載、保壓的周期性動作；第四步，將加載組件部分放入到快速凍融循環(huán)試驗(yàn)箱中進(jìn)行凍融循環(huán)，直至達(dá)到目標(biāo)試驗(yàn)時間，關(guān)閉智能液壓加載裝置系統(tǒng)電源，待液壓千斤頂歸位后取出試件進(jìn)行其它試驗(yàn)參數(shù)的測量。本發(fā)明的疲勞加載裝置可以根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)節(jié)疲勞加載的荷載譜，自動化程度高，操作方便，控制精度高，大大減少了人工進(jìn)行疲勞加載的工作量，可以模擬鋼筋混凝土在服役條件下的疲勞損傷情況，尤其適合于凍融循環(huán)和鹽溶液侵蝕作用下鋼筋混凝土的疲勞試驗(yàn)，通過模擬鋼筋混凝土的實(shí)際服役條件可使試驗(yàn)得到的試驗(yàn)參數(shù)更加真實(shí)可靠。
本發(fā)明主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)1.施加疲勞荷載精確高。采用閉環(huán)控制，荷載的誤差范圍可控制在士2%以內(nèi)；2.疲勞加載的歷程可調(diào)。可以設(shè)定荷載由峰(谷)值到達(dá)谷(峰)值的時間增量以及荷載保持時間，提高了適應(yīng)不同疲勞加載要求的能力，可以方便的模擬鋼筋混凝土的服役工況；3.良好的可觀察性。試驗(yàn)人員可以通過觸摸屏上的顯示，觀察試件在疲勞加載過程中的荷載變化情況，監(jiān)測試件的疲勞損傷歷史；4.加載量程范圍大，可用于測試不同標(biāo)號鋼筋混凝土試件。電動液壓泵可以輸出 0-100KN的荷載，適應(yīng)范圍廣；5.自動化程度高，勞動強(qiáng)度小。操作步驟少，操作人員容易上手，能夠M小時工作，不需人工加載，大大減小了勞動強(qiáng)度；6.疲勞加載裝置具備良好的抗腐蝕性能。加載裝置和部件均采用不銹鋼制造，大大提高了抗腐蝕能力。


圖1為本發(fā)明凍融循環(huán)與鹽溶液侵蝕性條件下鋼筋混凝土疲勞加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中疲勞加載組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的俯視圖。圖4為疲勞荷載譜。圖中1-觸摸屏，2-可編程序控制器PLC，3-電動液壓泵，4_三通電磁換向閥， 4A-電磁換向閥常開出口，4B-電磁換向閥常閉出口，5-快速凍融循環(huán)儀箱體，6-加載組件， 6A、6B-左右擋板，7-液壓千斤頂，8-滑板，9-橡膠盒，10-大絲杠，11_定位桿，12-壓力傳感器，13承托板，14-四點(diǎn)彎曲墊板，15-試件，16-四點(diǎn)彎曲墊板上的半圓輥。圖1中，虛線表示為數(shù)據(jù)線連接，實(shí)線表示為管路連通。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。參見圖1所示，本發(fā)明凍融循環(huán)與鹽溶液侵蝕性條件下鋼筋混凝土疲勞加載裝置包括觸摸屏1、控制器2、電動液壓泵3、三通電磁換向閥4、快速凍融循環(huán)儀箱體5和加載組件6。其中觸摸屏1是一個人機(jī)對話界面，與控制器2通過數(shù)據(jù)線連接，能夠通過它將疲勞加載歷程的要求輸入到控制器2中，還能夠在試驗(yàn)過程中實(shí)時觀察疲勞荷載的變化情況；控制器2為可編程序控制器PLC，是整個裝置的計算中心，負(fù)責(zé)收集從加載組件6 的壓力傳感器12 (參見圖2和圖幻中接收信號，與觸摸屏1中輸入的數(shù)據(jù)做邏輯運(yùn)算以及順序控制，從而做出電磁換向閥4的4A和4B出口通斷和電動液壓泵3是否動作的命令；電動液壓泵3與加載組件6中的液壓千斤頂7 (參見圖2和圖幻通過管路連通， 經(jīng)電磁換向閥4向液壓千斤頂7提供液壓油的裝置；電動液壓泵3還與控制器2通過數(shù)據(jù)線連接，受到可編程序控制器PLC 2的控制進(jìn)行開啟或關(guān)閉；
電磁換向閥4是負(fù)責(zé)液壓油路通斷的，相當(dāng)于是一個加載和卸載的開關(guān)，安裝在電動液壓泵3和液壓千斤頂7的連接管路上，其具有一個入口和常開出口 4A、常閉出口 4B ； 電磁換向閥4還受到可編程序控制器PLC 2的控制，在進(jìn)行加載時，三通電磁換向閥4的常開出口 4A打開，常閉出口 4B關(guān)閉，電動液壓泵3輸出端的液壓油通過三通電磁換向閥4的常開出口 4A打入液壓千斤頂7的液壓油缸，驅(qū)動液壓千斤頂7動作；在泄壓時，三通電磁換向閥4的常開出口 4A關(guān)閉，常閉出口 4B打開，液壓千斤頂7液壓油缸內(nèi)的液壓油通過常閉出口 4B回流到電動液壓泵3液壓油缸內(nèi)，完成泄壓； 快速凍融循環(huán)儀箱體5提供一種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，箱體中充滿防凍液，加載組件6放置其中，能夠起到快速的凍融循環(huán)作用；加載組件6中放置受試鋼筋混凝土試件15，并能持續(xù)向試件15施加疲勞荷載；力口載組件6放置在快速凍融循環(huán)儀箱體5的防凍液中，可以實(shí)現(xiàn)凍融環(huán)境下試件15的加載；具體的加載組件6可以為智能液壓加載系統(tǒng)，參見圖2和圖3所示，它包括左右擋板6A、6B，連接在左右擋板6A、6B上的四根大絲杠10，右擋板6B內(nèi)側(cè)固定一液壓千斤頂7， 左擋板6A內(nèi)側(cè)固定一壓力傳感器12 ；壓力傳感器12和液壓千斤頂7之間放置數(shù)塊滑板8 和由四點(diǎn)彎曲墊板14與橡膠盒9組成的試件盒，試件15和侵蝕性鹽溶液裝于試件盒中，試件15位于兩塊四點(diǎn)彎曲墊板14之間，試件盒的定位通過定位桿11和承托板13完成；其中左右擋板6A、6B的四個角上各設(shè)有一個帶螺紋的孔，通過大絲杠10連接，起到支撐液壓千斤頂7與壓力傳感器12并能夠使試件15受力的作用；液壓千斤頂7是動力元件，通過油管與三通電磁換向閥4的常開出口 4A和常閉出口 4B相連，負(fù)責(zé)荷載輸出；壓力傳感器12負(fù)責(zé)采集壓力信號，將試件15的受力數(shù)值通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)娇删幊绦蚩刂破鱌LC 2上；定位桿11為兩根，是光滑的圓桿，固定在左右擋板6A、6B之間并位于上端大絲杠 10的下方；滑板8上端設(shè)兩圓孔，通過該圓孔穿過兩定位桿11而懸掛在定位桿11上(滑板 8下部自由)，滑板8能夠左右移動，在液壓千斤頂7動作后向左移動，進(jìn)而推動四點(diǎn)彎曲墊板14及半圓輥面16和橡膠盒及其中的試件15向左移動，直至接觸壓力傳感器12使其能夠測得輸出的荷載值；橡膠盒9上端敞口，其中放置試件15、四點(diǎn)彎曲墊板14和盛放侵蝕性鹽溶液，四點(diǎn)彎曲墊板14卡放在在橡膠盒9內(nèi)的左、右兩側(cè)壁，中間放試件15，四點(diǎn)彎曲墊板14的半圓輥面16接觸試件15的非成型面，需要時注入侵蝕性鹽溶液浸泡試件15 ；以此形成試件盒；四根大絲杠10將左右擋板6A、6B連接在一起，也是受拉桿；承托板13為一塊表面光滑的平板，固定在左右擋板6A、6B之間并位于下端大絲杠 10的下方，主要承托橡膠盒9及附著其上的四點(diǎn)彎曲墊板14和試件15，保證試件盒在同一水平面上；試件盒的上端卡放在兩根定位桿11之間，保證一組試件在一條直線上，受力后不會歪斜；試件15是試驗(yàn)用的鋼筋混凝土試件。通過以上各部件組裝得到加載組件6，將其裝入快速凍融循環(huán)儀箱體5中，將壓力傳感器12與控制器2信號連接，液壓千斤頂7與三通電磁換向閥4和電動液壓泵3管路相連后形成本發(fā)明疲勞加載裝置的一種具體實(shí)施方式
?？梢悦鞔_的是，在不需要模擬凍融環(huán)境時，可以省略使用快速凍融循環(huán)儀箱體5，即形成本發(fā)明另一實(shí)施方式；在不需要模擬鹽溶液侵蝕環(huán)境時，橡膠盒9中不必加入侵蝕性鹽溶液，即形成本發(fā)明再一實(shí)施方式。一個典型的試驗(yàn)操作過程如下(參見圖1)第一步，將帶有四點(diǎn)彎曲墊板14的橡膠盒9放入兩個滑板8之間，置于兩根定位桿11內(nèi)側(cè)，并位于承托板13之上，將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期的IOOmmX IOOmmX400mm的鋼筋混凝土試件15放入到橡膠盒9中并加入試驗(yàn)所需濃度的鹽溶液，保證試件15的非成型面與四點(diǎn)彎曲墊板14的半圓輥面16接觸；第二步，接通系統(tǒng)電源，然后在觸摸屏1上輸入設(shè)計好的疲勞加載歷程(見圖4) 和精度范圍，檢查系統(tǒng)各部分是否正常，確定后將自動啟動電動液壓泵3;第三步，啟動電動液壓泵3進(jìn)行加壓的同時，電磁換向閥4的常開出口 4A打開，常閉出口 4B關(guān)閉，電動液壓泵3輸出的液壓油經(jīng)4A使液壓千斤頂7動作并向左運(yùn)動并帶動滑板8向左滑行，與四點(diǎn)彎曲墊板14接觸后，帶動在承托板13上的橡膠盒9向左滑行，使得橡膠盒9中的試件15依次受力，最后最左側(cè)的滑板8與壓力傳感器12接觸后，壓力傳感器12將測得的荷載數(shù)值傳給可編程序控制器PLC 2做計算，直至達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值時自動停止電動液壓泵3動作，完成加載并進(jìn)行保壓，達(dá)到保壓時間后，可編程序控制器PLC 2命令電磁換向閥4的常開出口 4A關(guān)閉，常閉出口 4B打開，液壓油經(jīng)常閉出口 4B回流到電動液壓泵3的油缸內(nèi)，完成泄壓；如此按照設(shè)定的疲勞加載歷程反復(fù)進(jìn)行加載、保壓、卸載、保壓的周期疲勞動作；第四步，將加載組件6放入到快速凍融循環(huán)儀箱體5中以耦合服役環(huán)境進(jìn)行凍融循環(huán)，直至達(dá)到目標(biāo)試驗(yàn)時間，先切斷智能液壓加載裝置系統(tǒng)的電源，待液壓千斤頂7向右歸位后取出試件15用于其他耐久性能參數(shù)的測量，至此試驗(yàn)完成。
權(quán)利要求
1.一種混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置，其特征在于包括觸摸屏、控制器、電動液壓泵、電磁換向閥和加載組件；所述加載組件包括固定的左右擋板，其中一擋板內(nèi)側(cè)固定一液壓千斤頂，另一擋板內(nèi)側(cè)固定一壓力傳感器，壓力傳感器和液壓千斤頂之間平行放置數(shù)塊可滑動的滑板和由四點(diǎn)彎曲墊板與橡膠盒組成的試件盒，試件盒內(nèi)放試件；所述觸摸屏與控制器數(shù)據(jù)線連接，壓力傳感器與控制器數(shù)據(jù)線連接，控制器與電動液壓泵和電磁換向閥數(shù)據(jù)線連接，液壓千斤頂通過管路與電磁換向閥和電動液壓泵連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述左右擋板的四個角上各設(shè)有一個帶螺紋的孔，通過大絲杠連接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述裝置，其特征在于加載組件中左右擋板6A、6B之間上部固定兩根水平的定位桿，下部水平固定一承托板，所述試件盒放置在該承托板上并限位于兩定位桿之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于所述滑板上端設(shè)兩圓孔，通過該圓孔穿過兩定位桿而懸掛在定位桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述裝置，其特征在于四點(diǎn)彎曲墊板卡放在橡膠盒的左、右兩側(cè)壁，四點(diǎn)彎曲墊板的半圓輥面接觸試件的非成型面。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述裝置，其特征在于還包括一快速凍融循環(huán)儀箱體，其中裝有冷凍液，所述加載組件裝入其中并浸泡在冷凍液中。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述裝置，其特征在于所述橡膠盒上端敞口，其中裝有侵蝕性鹽溶液，試件浸泡在該侵蝕性鹽溶液中。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述裝置，其特征在于所述電動液壓泵出液口通過膠管與三通電磁閥連接。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述裝置，其特征在于所述三通電磁閥進(jìn)口通過膠管與電動液壓泵連接，常開出口和常閉出口通過膠管與液壓千斤頂連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土耐久性試驗(yàn)用疲勞加載裝置，包括觸摸屏、控制器、電動液壓泵、電磁換向閥和加載組件；加載組件一擋板內(nèi)側(cè)固定一液壓千斤頂，另一擋板內(nèi)側(cè)固定一壓力傳感器，之間平行放置數(shù)塊可滑動的滑板和由四點(diǎn)彎曲墊板與橡膠盒組成的試件盒，試件盒內(nèi)放試件；觸摸屏、控制器、壓力傳感器、電動液壓泵和電磁換向閥通過數(shù)據(jù)線連接，液壓千斤頂通過管路與電磁換向閥和電動液壓泵連通。本發(fā)明裝置可以模擬實(shí)際工程中疲勞荷載、化學(xué)侵蝕、干濕循環(huán)或凍融循環(huán)共同作用于混凝土構(gòu)件的真實(shí)工況，從而使實(shí)驗(yàn)室測得的數(shù)據(jù)更具有工程參考價值。
文檔編號G01N3/02GK102466586SQ201010546650
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者姚燕, 王玲, 王陣地 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院