一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置製造方法
2023-05-02 08:56:36
一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置，包括上壓板、直流線圈、鐵芯、鐵芯支架、上部螺栓、下部螺栓、下壓板、混凝土試件、墊棒和直流電源，所述混凝土試件設置在上壓板與下壓板之間，上壓板與混凝土試件之間、各混凝土試件之間、混凝土試件與下壓板之間均設有墊棒，所述混凝土試件的兩側分別設有鐵芯支架，鐵芯支架的下部通過下部螺栓固定在下壓板上，鐵芯支架的上部通過上部螺栓與鐵芯連接，兩個鐵芯分別繞設有直流線圈，直流線圈與直流電源連接。本發明適用於混凝土材料在荷載和腐蝕環境因素耦合作用下的耐久性試驗，能實現荷載的精確施加，並保持長期持荷過程中無應力鬆弛。
【專利說明】一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於水泥和混凝土基礎研究領域，涉及一種利用電磁原理的加載裝置，具體涉及一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置。
【背景技術】
[0002]近年以來，混凝土結構由於耐久性不足而導致混凝土結構過早失效破壞、壽命縮短的事故不斷增多，尤其是大壩、道路、橋梁、港口等重大工程以及高層建築物未達到設計年限就破壞的事故時有發生，造成巨大經濟損失和人員傷亡。雖然有關混凝土耐久性的研究已有幾十年，但研究工作多考慮單一環境破壞因素作用下的耐久性；然而事實上，實際工程混凝土的耐久性應該是在應力與不同環境共同作用下運行的，單一因素作用下的耐久性研究難以真實地反映客觀實際，混凝土的耐久性是多因素共同作用下的結果。考慮到在實際工程中，結構混凝土均是在承載狀態下工作和運行的。因此，研究荷載與其他環境破壞因素共同作用下混凝土耐久性，系統開展多重破壞因素作用下混凝土耐久性研究，是當前混凝土學科的重大科學技術與理論難題。
[0003]研究荷載與其他環境破壞因素共同作用下混凝土耐久性，首要任務就是要建立能夠同時考慮多個破壞因素的試驗裝置。此類試驗裝置設計有2個關鍵技術必須解決:①試驗加載系統能夠長期、精確控制施加的荷載值；②試驗加載裝置具有耐腐蝕性。
[0004]國內外對應力作用下混凝土耐久性研究不多，綜合已有的文獻資料不難發現，現有的試驗加載多採用根據虎克定律的彈簧加載裝置。裝置原理簡單、體積小，適用於現有的標準碳化箱等耐久性儀器，可實現應力-環境的多因素耦合，而且一次可以實現對3個試塊同時加載，大大提高了效率；其缺點在於:①用取樣的彈簧彈性係數作為所有彈簧的彈性係數，彈簧係數的微小變化會造成很大的荷載變化，使彈簧裝置施加的力在個體上有很大偏差，導致無法進行精確加載；②彈簧加載裝置在長期持荷過程中存在應力鬆弛問題在荷載與腐蝕環境耦合作用下的混凝土耐久性試驗中，彈簧加載裝置受到鏽蝕的影響，彈簧有效面積不斷減小，導致加載裝置失效。
[0005]上述諸多缺點嚴重限制了彎拉應力加載裝置在混凝土多因素耐久性試驗中的廣泛應用。因此，研製適用於混凝土腐蝕性試驗，能精確施加荷載，並保持長期持荷過程中無應力鬆弛的加載裝置，具有重要的應用價值，前景十分廣闊，為研究荷載與其他環境破壞因素共同作用下混凝土耐久性，系統開展多重破壞因素作用下混凝土耐久性研究提供試驗基礎。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於針對現有技術中的不足和缺陷，利用電磁原理，研製一種適用於混凝土材料在荷載和腐蝕環境耦合作用下的耐久性試驗，能實現精確施加荷載，並保持長期持荷過程中無應力鬆弛的加載裝置。
[0007]本發明採用的技術方案為:一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置，包括上壓板、直流線圈、鐵芯、鐵芯支架、上部螺栓、下部螺栓、下壓板、混凝土試件、墊棒和直流電源，所述混凝土試件設置在上壓板與下壓板之間，上壓板與混凝土試件之間、各混凝土試件之間、混凝土試件與下壓板之間均設有墊棒，所述混凝土試件的兩側分別設有鐵芯支架，鐵芯支架的下部通過下部螺栓固定在下壓板上，鐵芯支架的上部通過上部螺栓與鐵芯連接，兩個鐵芯分別繞設有直流線圈，直流線圈與直流電源連接。
[0008]本發明的特點:
[0009]1、精確加載問題的解決
[0010]原有的彈簧加載系統中，用取樣的彈簧彈性係數作為所有彈簧的彈性係數，而彈簧係數的微小變化會造成很大的荷載變化，使彈簧裝置施加的力個體上有很大偏差，導致無法進行精確加載。為進行荷載的精確施加，本加載裝置改用電磁鐵產生的磁力代替彈簧裝置產生的機械力。電磁鐵所產生的磁場與電流大小、線圈圈數及中心的鐵磁體有關，選定合適的線圈分布和鐵磁體後，磁場的強弱與電流大小成正比，從而可以通過調節電流對磁力大小進行精確控制，易於操作。
[0011]2、彈簧加載裝置在長期持荷過程中的應力鬆弛問題的解決
[0012]原有的彈簧加載系統在長期持荷過程中，雖然彈簧的壓縮量沒有變，恢復力卻不斷降低。本加載裝置利用電磁原理，鐵芯一旦被通電線圈磁化，只需維持線圈內電流的大小，電磁鐵將長期保持磁性而不退磁，從而使加載裝置在長期耐久性試驗中始終維持初始加載值，避免了應力鬆弛的問題。
[0013]3、加載裝置受腐蝕而失效問題的解決
[0014]荷載與腐蝕環境共同作用下的混凝土耐久性試驗中，彈簧加載裝置受到鏽蝕的影響，彈簧有效面積不斷減小，導致加載裝置失效。本加載裝置對電磁鐵裝置經過密封處理後，可將加載裝置放入腐蝕性溶液、氣體中用於荷載和腐蝕環境耦合作用下的混凝土材料的耐久性試驗。
[0015]作為優選，為避免電磁鐵的磁場對金屬墊棒產生磁力，從而幹擾加載過程，電磁加載裝置中採用砂漿墊棒代替金屬墊棒。
[0016]本發明根據電磁原理，利用上壓板受到的電磁力對混凝土試件進行加載，通過調節直流線圈中電流的強弱，實現對荷載大小的精確控制。本發明適用於混凝土材料在荷載和腐蝕環境因素耦合作用下的耐久性試驗，能實現荷載的精確施加，並保持長期持荷過程中無應力鬆弛。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發明加載裝置佔用體積小，可利用現有碳化箱、化學腐蝕實驗箱等，實現荷載和腐蝕環境耦合作用下的混凝土材料的耐久性試驗，並滿足短期內大批量試驗的要求。
[0019]2、本發明施力方法簡單，加載過程中無應力鬆弛現象。
[0020]3、本發明加載裝置對電磁鐵裝置經過密封處理，可避免在試驗過程中出現加載裝置發生鏽蝕而導致的應力變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明加載裝置的結構示意圖；
[0022]圖2是圖1的側視圖。【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明。
[0024]如圖1和圖2所示，電磁加載裝置的核心部件為電磁鐵裝置，電磁鐵由上壓板1、直流線圈3、鐵芯2、鐵芯支架4構成。其中，上壓板I起到電磁鐵中銜鐵的作用，上壓板I為鋼板材質。鐵芯4由鐵芯置片和不鎊鋼製鐵芯外殼構成的。鐵芯置片為90度彎起的U形石夕鋼片疊壓而成，剛度較小，為了增加電磁鐵的整體剛度和防止鏽蝕，在鐵芯疊片外包了一層不鏽鋼製鐵芯外殼。鐵芯外殼為焊接結構，用螺栓與鐵芯疊片固定，將鐵芯疊片壓緊壓實，鐵芯外殼的下部採用上部螺栓5固定於下壓板7。打開直流電源10，通電後的直流線圈3產生磁場,線圈中的鐵芯2被磁化，形成電磁鐵，對上壓板I產生電磁力。上壓板I作為電磁力的受力物體，對混凝土試件8施加荷載。
[0025]鐵芯支架4的上部採用上部螺栓5與鐵芯2連接，鐵芯支架4的下部利用下部螺栓6固定在下壓板7上。在上壓板I與下壓板7之間設有混凝土試件8，在各混凝土試件8之間以及混凝土試件8與上壓板I或下壓板7之間設有墊棒9。
[0026]為避免電磁鐵的磁場對金屬墊棒產生磁力，從而幹擾加載過程，所以本電磁加載裝置中採用砂眾墊棒代替金屬墊棒。砂眾墊棒的製作方法為:製備水灰比小於0.36的砂眾試塊，養護28天後取出，待其乾燥後，使用無齒鋸切出兩根砂漿墊棒，再打磨成試驗所需的墊棒的形狀。
[0027]在進行荷載和腐蝕環境耦合作用下的混凝土耐久性試驗時，首先取同配合比的三個混凝土試件做四點彎曲試驗，獲得平均抗彎強度；然後利用圖1所示的電磁加載裝置對混凝土試件施加荷載，使得混凝土試件上半部分承受彎壓應力作用，下半部分承受彎拉應力作用。加載裝置外側中心跨距為試件長度的3/4，內側支點跨距為試件長度的1/4。施加荷載時，應緩慢加大直流電源的電流大小，直至上壓板對混凝土試件施加的應力達到規定的應力比後，保持電流大小恆定。加載完畢後將帶有加載裝置的混凝土試件置於碳化箱、化學腐蝕實驗箱等耐久性裝置的試驗倉內，進行荷載、碳化和化學腐蝕等環境多重耦合作用下的耐久性試驗。
[0028]應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置，其特徵在於:包括上壓板、直流線圈、鐵芯、鐵芯支架、上部螺栓、下部螺栓、下壓板、混凝土試件、墊棒和直流電源，所述混凝土試件設置在上壓板與下壓板之間，上壓板與混凝土試件之間、各混凝土試件之間、混凝土試件與下壓板之間均設有墊棒，所述混凝土試件的兩側分別設有鐵芯支架，鐵芯支架的下部通過下部螺栓固定在下壓板上，鐵芯支架的上部通過上部螺栓與鐵芯連接，兩個鐵芯分別繞設有直流線圈，直流線圈與直流電源連接。
2.根據權利要求1所述的一種用於混凝土耐久性試驗的電磁加載裝置，其特徵在於:所述墊棒為砂眾墊棒。
【文檔編號】G01N3/02GK103592176SQ201310585260
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】韓建德, 梁羽, 劉偉慶, 王曙光, 徐鋒 申請人:南京工業大學