本發(fā)明涉及一種環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置及方法，特別是涉及一種檢測混凝土梁在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下長期性能的實驗裝置及方法，屬于水利水電工程、土木工程技術領域。

背景技術：

水利基礎設施中的吊車梁、閘門工作橋、碼頭排架、PCCP管道，近海和除冰鹽環(huán)境中的混凝土鐵路和公路橋梁，在承受移動重復荷載作用的同時，還受到環(huán)境中二氧化碳、氯離子、硫酸根離子等物質(zhì)的長期侵蝕，結構病害不斷，混凝土梁的使用壽命大幅降低，存在巨大的安全隱患。

近年來，我國混凝土公路橋梁結構垮塌破壞事故頻發(fā)，在腐蝕環(huán)境和重復荷載的共同作用下，混凝土梁的服役時間遠小于設計壽命，為保證工程質(zhì)量，特別需要一種能夠研究實際環(huán)境中混凝土梁服役壽命的實驗裝置及方法，通過室內(nèi)實驗研究混凝土梁結構在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下的漸進破壞機理，為理論研究和工程實踐提供基礎數(shù)據(jù)，降低實際工程運行管理帶來的風險。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述原因，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置及方法，該實驗裝置能夠模擬多種腐蝕環(huán)境，模擬力學重復加載作用，研究混凝土梁在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下的漸進破壞機理，為理論研究和工程實踐提供基礎數(shù)據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置，包括：

混凝土梁、用于容置含有腐蝕物質(zhì)的溶液的槽體、底座、加載水箱、儲水箱、位移傳感器、測力傳感器，

該底座通過支座支撐于該混凝土梁中部，該混凝土梁兩端分別吊設有該加載水箱，混凝土梁上設有位移傳感器和測力傳感器，該混凝土梁的頂面中部設有該槽體，該槽體中的溶液可滲入該混凝土梁；

該加載水箱與儲水箱中分別設置第一、第二抽水機，通過兩個抽水機的交替抽水作業(yè)，控制兩個水箱中水量的變化。

所述第一、第二抽水機上分別設有用于控制抽水機抽水頻率的第一、第二定時器。

該實驗裝置設置于溫度、濕度可控的室內(nèi)環(huán)境中。

所述槽體的側壁與所述混凝土梁中部形成的負彎矩區(qū)段相粘接。

基于上述實驗裝置檢測混凝土梁長期性能的實驗方法，包括：

混凝土梁上相應位置設置位移傳感器和測力傳感器，將混凝土梁的中部對應放置于底座上，其頂面中部固定槽體，

將兩個空的加載水箱分別吊設于混凝土梁的兩端，保持混凝土梁的平衡，通過位移傳感器和測力傳感器獲得混凝土梁的初始位移量和荷載量；

向槽體中加入含腐蝕物質(zhì)的溶液；

根據(jù)預設的重復加載頻率設置第一、第二定時器，根據(jù)預設的重復加載幅值確定加載水箱內(nèi)的水位高度，通過第一、第二定時器控制第一、第二抽水機的交替抽水作業(yè)，實現(xiàn)混凝土梁的重復加載過程，實驗過程中，持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移量和荷載量、環(huán)境溫度和濕度；

當混凝土梁的位移量和應變量突然增大時，實驗結束。

實驗過程中，當所述槽體中的溶液液面下降至一定高度時，向所述槽體補充所述含腐蝕物質(zhì)的溶液，每隔一定時間測定溶液內(nèi)各物質(zhì)的濃度。

所述含腐蝕物質(zhì)的溶液根據(jù)實際工程服役水環(huán)境中的氯離子濃度、硫酸根離子濃度、pH值參數(shù)進行配置。

所述混凝土梁根據(jù)實際工程設定梁所用材料的配合比，采用相似模型的方法，設定梁的截面、尺寸和承載力，澆筑混凝土梁，在室溫+90％濕度環(huán)境條件下養(yǎng)護至試驗齡期。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明的環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置及方法，該實驗裝置能夠模擬實際的腐蝕環(huán)境，同時模擬力學重復加載作用，通過控制環(huán)境溫、濕度模擬實際工程環(huán)境，于實驗過程中監(jiān)測混凝土梁的位移、應變過程，研究混凝土梁在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下的漸進破壞機理，為理論研究和工程實踐提供基礎數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的裝置進行腐蝕環(huán)境和重復荷載作用的實驗方法流程示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明公開的環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置，包括實驗用的混凝土梁1、容置含有腐蝕物質(zhì)的溶液的槽體2、底座6、加載水箱7、儲水箱10、微型抽水機、位移傳感器、測力傳感器等，底座6通過兩個支座3支撐于混凝土梁1中部，混凝土梁1兩端分別通過支撐軸4、墊板5吊設有加載水箱7，混凝土梁1的兩端部及對應兩個支座3的位置分別設有位移傳感器14，混凝土梁1上對應兩個支撐軸4的位置設有測力傳感器9；

兩個加載水箱7的重量分別通過對應的支撐軸4作用于混凝土梁1的兩端，使得混凝土梁1頂面中部形成負彎矩區(qū)；加載水箱7與儲水箱10相鄰設置，加載水箱7與儲水箱10中分別設置微型抽水機8、13，通過兩個微型抽水機8、13的交替抽水工作，使得加載水箱7與儲水箱10中的水量發(fā)生變化，通過加載水箱7的周期性重量變化，實現(xiàn)對混凝土梁1的重復加載作用；兩個微型抽水機8、13上分別設有定時器12、11，調(diào)節(jié)兩個定時器12、11，可對應控制兩個微型抽水機8、13的抽水頻率，實現(xiàn)重復加載頻率的控制，同時，通過調(diào)節(jié)抽水機的抽水量可調(diào)節(jié)加載水箱7內(nèi)的水體積，實現(xiàn)重復加載幅值的控制。

混凝土梁1頂面中部的負彎矩區(qū)設置槽體2，槽體2的側壁與混凝土梁1的負彎矩區(qū)段粘接，槽體2的底部透水(如，底部安裝濾網(wǎng))，其中容置有含腐蝕物質(zhì)的溶液，溶液經(jīng)槽體2底部滲入混凝土梁1的負彎矩區(qū)，進一步滲入整個混凝土梁1。

考慮到混凝土梁的實際工程環(huán)境溫濕度條件多變，本發(fā)明的實驗裝置布設于溫濕度可監(jiān)測、可控的室內(nèi)環(huán)境中，實驗過程中同步監(jiān)測和控制室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度，使得實驗環(huán)境更接近于實際工程環(huán)境。

如圖2所示，基于上述實驗裝置檢測混凝土梁在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下長期性能的實驗方法，包括步驟：

S1：依據(jù)實際工程調(diào)研結果，制作實驗用的混凝土梁、配置含腐蝕物質(zhì)的溶液、確定加載水箱的重復加載頻率和幅值；

實驗用的混凝土梁1根據(jù)實際工程設定梁所用材料的配合比，采用相似模型的方法，設定梁的截面、尺寸和承載力，澆筑混凝土梁，在室溫+90％濕度環(huán)境條件下養(yǎng)護至試驗齡期。

含腐蝕物質(zhì)的溶液需要根據(jù)實際工程服役水環(huán)境中的氯離子濃度、硫酸根離子濃度、pH值等參數(shù)加以配置。

S2：搭建實驗裝置，進行實驗；

具體實驗步驟包括：

從養(yǎng)護環(huán)境中取出混凝土梁，混凝土梁上相應位置設置位移傳感器和測力傳感器，將其中部對應放置于底座6上，其頂面中部固定槽體2，

將兩個空的加載水箱7吊設于混凝土梁的兩端，保持混凝土梁的平衡，通過位移傳感器和測力傳感器獲得此時混凝土梁的位移量和荷載量初值；

向槽體2中加入含腐蝕物質(zhì)的溶液，注意溶液高度低于槽體高度；

根據(jù)確定的重復加載頻率設置定時器11、12，開啟儲水箱10內(nèi)的微型抽水機13，抽水過程中持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移量和荷載量；

根據(jù)確定的重復加載幅值，當加載水箱7內(nèi)的水面達到預定高度時，定時器11自動關閉儲水箱10內(nèi)的微型抽水機13；開啟加載水箱7內(nèi)的微型抽水機8，將加載水箱7中的水抽回儲水箱10，對混凝土梁卸載，抽水過程中持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移量和荷載量；

這樣，通過定時器12、11控制微型抽水機8、13的交替抽水工作，實現(xiàn)對混凝土梁的自動重復加載，于此同時，槽體2中溶液不斷滲入混凝土梁，整個實驗過程中，持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移量、應變量，以及環(huán)境溫度和濕度。

實驗過程中，當槽體中的溶液下降至一定高度時，應適時向槽體中補充含腐蝕物質(zhì)的溶液，同時，每隔一定時間測定溶液內(nèi)各物質(zhì)的濃度。

S3：實驗過程中，當混凝土梁的位移量、荷載量突然增大時，實驗結束，記錄各項實驗參數(shù)，分析實驗結果。

整個實驗過程中，持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移量、荷載量(繪制成曲線體現(xiàn))，當其位移量突然增大時，說明已達到混凝土梁的服役壽命，停止實驗，記錄加載循環(huán)次數(shù)，記錄混凝土梁的腐蝕疲勞壽命等實驗參數(shù)，為理論研究和工程實踐提供基礎數(shù)據(jù)。

本發(fā)明公開的環(huán)境和荷載耦合作用下混凝土梁長期性能實驗裝置及方法，搭建混凝土梁的實際工程環(huán)境，能夠模擬碳化、氯鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕等多種腐蝕環(huán)境，同時模擬力學重復加載作用，利用加載水箱的重量加載作用于混凝土梁兩端，使得梁頂面中部形成負彎矩區(qū)，加載水箱和儲水箱之間通過微型抽水機交替抽水作業(yè)，使得加載水箱的重量發(fā)生周期性變化，實現(xiàn)對混凝土梁的重復加載，與此同時，含有腐蝕物質(zhì)的溶液經(jīng)負彎矩區(qū)不斷滲入混凝土梁，可實現(xiàn)腐蝕環(huán)境和重復荷載的耦合作用，整個實驗過程中，持續(xù)監(jiān)測混凝土梁的位移、應變過程，以及環(huán)境溫度和濕度，直至混凝土梁破壞。本發(fā)明可研究在腐蝕環(huán)境和重復荷載耦合作用下，混凝土梁的漸進破壞機理，為理論研究和工程實踐提供基礎數(shù)據(jù)。

以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。