荷載和環境耦合作用下鋼筋混凝土柱服役性能試驗裝置的製作方法

2023-07-02 20:09:01 5

專利名稱：荷載和環境耦合作用下鋼筋混凝土柱服役性能試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼筋混凝土柱全壽命服役性能的試驗裝置，尤其適用於研究環境和荷載耦合作用下鋼筋混凝土柱時變力學性能和剩餘承載力的場合，屬於結構耐久性試驗領域。
背景技術：
混凝土結構都是在一定荷載作用下工作，並經受硬化、滲透、凍融、化學侵蝕等多種因素耦合作用，大量的無荷載作用下的混凝土耐久性成果並不能合理反映結構所處的實際狀態。半個世紀以來，混凝土結構由於耐久性不足而導致過早破壞、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並造成巨大的經濟損失和人員傷亡。因此，系統開展雙重或多重破壞因素作用下混凝土結構、構件的耐久性和服役性能研究是當前土木工程領域的重大科學技術與理論難題。要研究複雜環境作用與荷載耦合作用下混凝土結構、構件的耐久性，必須首先提出一套可以考慮多個因素同時作用的耐久性試驗系統。但是，目前還沒有這樣的能夠進行鋼筋混凝土柱全壽命服役性能的試驗方法和試驗裝置。目前鋼筋混凝土柱力學性能的測試通常是在長柱試驗機或鋼結構反力架試驗臺上進行，這是一種短期力學性能的試驗裝置。因此，現有技術仍存在以下不足一是沒有考慮使用荷載作用的影響，而實際構件是負荷工作的；二是不能考慮結構構件服役環境的影響，由於試驗裝置體積龐大，無法放入現有的模擬加速試驗設備，如凍融試驗機、碳化箱、人工環境模擬箱等模擬實際結構所處的工作環境，即使能放入現有的加速環境模擬試驗設備，加載裝置本身的防腐和性能退化也是個難以解決的技術問題；三是現有技術無法測得構件在使用狀態下的剩餘承載力，現有技術多為成組組合的構件通過反力架施加荷載，要測得構件的剩餘承載力必須卸去持載裝置然後進行靜力試驗。而且，現有技術均是關於梁的試驗技術，如專利CN 201681017 U公開的技術。這種卸去持載裝置後進行的靜力試驗所得結果與實際情況完全不同，如當地震或風或其它能導致結構構件荷破壞的荷載發生時，我們並不能將作用在結構構件上的使用荷載全部卸掉，就如同地震發生時我們不能完全保證所有人員都能從建築物中撤離一樣。結構構件的破壞往往是結構構件使用荷載和偶然荷載共同作用的結果。為此，人們更加關注的是結構構件在使用荷載和環境共同作用下，即正常工作狀態下隨著服役時間的推移構件的退化衰變規律以及其還有多少抵抗偶然荷載破壞的能力。

發明內容
本發明的目的在於解決目前試驗裝置中不能考慮使用荷載作用，體積龐大不能考慮服役環境影響，無法在不卸載的情況下測得構件的剩餘承載力，無法測試環境和荷載耦合作用下柱全壽命服役性能的缺點，提供一種結構簡單、操作方便、體積小巧、不佔試驗空間且能同時考慮環境和荷載耦合作用的鋼筋混凝土柱全壽命服役性能和剩餘承載力變化的試驗裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是本發明是一種鋼筋混凝土柱全壽命服役性能試驗加載裝置，包括鋼筋混凝土柱、 開設於鋼筋混凝土柱上的預留孔、拉力筋、固定件、錨固件、加載支座、環境模擬箱和試驗機，拉力筋穿插於鋼筋混凝土柱的預留孔中，固定件固定於拉力筋的一端，錨固件固定於拉力筋的另一端，加載支座的中間開設有通孔，孔徑大於固定件和錨固件的直徑，固定件和錨固件可穿插於加載支座的通孔內並與加載支座相對上下活動連接。作為一種改進，本發明所述的鋼筋混凝土柱上的預留孔沿柱的長度方向開設。作為一種改進，本發明所述的鋼筋混凝土柱的兩端留有突出柱的翼緣，翼緣同柱寬，根部高度不小於柱的高度。作為一種改進，本發明所述的預留孔沿柱長度方向開設於翼緣上。作為一種改進，本發明所述的預留孔沿柱長度方向開設於柱體上。作為一種改進，本發明所述的拉力筋為不鏽鋼鋼絞線或經過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線或不鏽鋼精扎螺紋鋼或經過防腐處理的精扎螺紋鋼，在環境作用下耐久性不降低。作為一種改進，本發明所述的固定件、錨固件為不鏽鋼或經過防腐處理，在環境作用下耐久性不降低。作為一種改進，本發明所述的加載支座的中間開設有通孔，孔徑大於固定件和錨固件的直徑，加載支座對固定件和錨固件無約束，二次加載時固定件和錨固件可在加載支座的孔內縱向自由移動。本發明的翼緣截面可以是方形，也可以是梯形。在具體使用時，先將拉力筋穿入柱的預留孔，由固定件固定拉力筋的一端，錨固件固定拉力筋的另一端，張拉拉力筋的錨固端達到設計荷載，固定錨固件，將施加荷載的柱放入環境模擬箱中，待達到設計齡期後，取出柱將加載支座對準柱兩端加載處安放在試驗機反力架上對柱施加極限荷載，可得到柱的剩餘承載力。本發明的有益效果主要表現在1、加載裝置不鏽蝕、強度高，能滿足任意尺寸柱、任意荷載比的加載需要；2、試驗裝置體積小，幾乎不佔空間，能充分利用現有耐久性試驗裝置如凍融試驗機、碳化箱、人工環境模擬箱等模擬構件真實工作狀態，研究環境和荷載耦合作用對鋼筋混凝土柱的力學性能；3、勿需卸載測試，可以直接對持載狀態的混凝土柱(即不卸掉使用荷載的情況下)進行連續的應力-應變、荷載-撓度、剩餘承載力等力學性能測試，且持續荷載的加載裝置對二次加載沒有約束作用，能夠真實反映荷載和環境耦合作用對鋼筋混凝土柱全壽命服役性能和剩餘承載力的影響，充分保證試驗結果揭示柱的全過程破壞機理和反映柱在實際工作狀態下的損傷失效過程。


圖1為鋼筋混凝土柱全壽命服役性能試驗加載裝置的結構示意圖；圖2為鋼筋混凝土柱全壽命服役性能試驗加載裝置施加極限荷載狀態的結構示3/4頁
意圖；圖3為鋼筋混凝土柱A結構示意圖；圖4為鋼筋混凝土柱B結構示意圖；圖5為鋼筋混凝土柱C結構示意圖；圖6為施加荷載的柱放於環境模擬箱中荷載和環境耦合作用的結構示意圖；圖7為帶孔加載支座剖面示意圖；圖8為帶孔加載支座俯視示意圖。圖中，1為鋼筋混凝土柱，2為預留孔，3為拉力筋，4為固定件，5為錨固件，6為加載支座，7為環境模擬箱，8為試驗機，9為柱體，10為翼緣。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。圖1為鋼筋混凝土柱1全壽命服役性能試驗加載裝置的結構示意圖；一種鋼筋混凝土柱1全壽命服役性能試驗加載裝置，包括鋼筋混凝土柱1、開設於鋼筋混凝土柱1上的預留孔2、拉力筋3、固定件4、錨固件5、帶孔加載支座6和試驗機8，拉力筋3穿插於鋼筋混凝土柱1的預留孔2中，固定件4固定於拉力筋3的一端，錨固件5固定於拉力筋3的另一端，加載支座的中間開設有通孔，孔徑大於固定件和錨固件的直徑，固定件4和錨固件5可穿插於加載支座6的通孔內並與加載支座6相對上下活動連接，加載支座6對固定件4和錨固件5無約束，二次加載時固定件4和錨固件5可在加載支座6的通孔內縱向自由移動。在具體使用過程中，先將拉力筋3穿入柱的預留孔2，由固定件4固定拉力筋3的一端，錨固件5固定拉力筋3的另一端，張拉拉力筋3的錨固端達到設計荷載，固定錨固件 5，將施加荷載的柱放入環境模擬箱7中，圖6即為施加荷載的柱放於環境模擬箱7中荷載和環境耦合作用的結構示意圖；待達到設計齡期後，取出柱將加載支座6對準柱兩端加載處安放在試驗機8上對柱施加極限荷載，這裡的試驗機8也可以是反力架，如圖2。圖7為帶孔加載支座6剖面示意圖，圖8為帶孔加載支座6俯視示意圖，加載支座6的結構如圖7 與8所示。鋼筋混凝土柱1的結構有多種，現例舉以下三個經典的結構圖3為鋼筋混凝土柱IA結構示意圖；預留孔2沿鋼筋混凝土柱1的長度方向開設。圖4為鋼筋混凝土柱IB結構示意圖；鋼筋混凝土柱1包括柱體10和翼緣9，翼緣 9的截面為方形，預留孔2沿鋼筋混凝土柱1的長度方向開設在柱體10上。圖5為鋼筋混凝土柱IC結構示意圖；鋼筋混凝土柱1包括柱體10和翼緣9，翼緣 9的截面為梯形，預留孔2沿鋼筋混凝土柱1的長度方向開設在翼緣9上。下面通過一個具體的實施例來對本發明的技術方案作詳細說明(1)如圖1所示，首先按照試驗方案要求製作鋼筋混凝土柱1，柱的截面尺寸為 120 X 120mm,高750mm，柱的主筋為4 Φ 10，箍筋為Φ 6050-100，保護層15mm，翼緣9突出柱的長度為120mm，在柱兩端翼緣9部位預留偏心距100mm，直徑32mm的對稱預留孔2。將成型後的鋼筋混凝土柱1兩天後拆模並在標準養護室養護觀天。(2)根據計算柱的極限承載力為64kN，對柱施加50%的極限荷載，即32000kN。首先將直徑為25mm的不鏽精軋螺紋鋼拉力筋3穿入柱翼緣9的預留孔2，然後將不鏽鋼螺紋固定件4旋入螺紋鋼拉力筋3的一端，將不鏽鋼螺紋錨固件5旋入螺紋鋼的另一端，再用穿心式千斤頂從錨固端張拉螺紋鋼拉力筋3，考慮到由於柱在環境和荷載耦合作用下其剛度退化引起應力鬆弛，經計算對柱進行5%的超張拉，實際施加35. 2kN荷載，當張拉力達到達到後35. 2kN時，持荷3分鐘，然後固定錨固件5。(3)構件的持續荷載施加完畢後，將構件放入人工環境模擬箱7，模擬結構的實際工作狀態，如圖6所示。(4)待達到設計齡期後，從人工環境模擬箱7中取出柱，將帶孔加載支座6穿入固定件4和錨固件5，然後依次將力傳感器，千斤頂布置在鋼結構反力架試驗臺8上，最後對試件施加荷載，直至結構破壞。測得柱的剩餘承載力為16kN，比不考慮環境和荷載耦合作用柱的承載力降低25%。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例，顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形，本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種鋼筋混凝土柱全壽命服役性能試驗加載裝置，其特徵在於，包括鋼筋混凝土柱(1)、開設於鋼筋混凝土柱(1)上的預留孔⑵、拉力筋(3)、固定件(4)、錨固件(5)和加載支座(6)，所述的拉力筋(3)穿插於鋼筋混凝土柱⑴的預留孔(2)中，固定件⑷固定於拉力筋⑶的一端，錨固件(5)固定於拉力筋(3)的另一端，所述的加載支座(6)的中間開設有通孔，孔徑大於固定件⑷和錨固件(5)的直徑，所述的固定件⑷和錨固件(5)可穿插於加載支座(6)的通孔內並與加載支座(6)相對上下活動連接。
2.根據權利要求1所述的加載裝置，其特徵在於，所述的鋼筋混凝土柱(1)上的預留孔(2)沿柱的長度方向開設。
3.根據權利要求1所述的加載裝置，其特徵在於，所述的鋼筋混凝土柱(1)的兩端留有突出柱的翼緣(9)，翼緣(9)同柱寬，根部高度不小於柱的高度。
4.根據權利要求3所述的加載裝置，其特徵在於，所述的預留孔(2)沿柱長度方向開設於翼緣(9)上。
5.根據權利要求3所述的加載裝置，其特徵在於，所述的預留孔(2)沿柱長度方向開設於柱體(10)上。
6.根據權利要求2或4或5所述的加載裝置，其特徵在於，所述的拉力筋(3)為不鏽鋼鋼絞線或經過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線或不鏽鋼精扎螺紋鋼或經過防腐處理的精扎螺紋鋼。
7.根據權利要求6所述的加載裝置，其特徵在於，所述的固定件0)、錨固件(5)為不鏽鋼或經過防腐處理。
全文摘要
本發明涉及一種鋼筋混凝土柱服役性能的試驗裝置，尤其適用於研究環境和荷載耦合作用下鋼筋混凝土柱時變力學性能和剩餘承載力的場合，屬於結構耐久性試驗領域。本發明包括鋼筋混凝土柱、開設於鋼筋混凝土柱上的預留孔、拉力筋、固定件、錨固件、加載支座、環境模擬箱和試驗機，拉力筋穿插於鋼筋混凝土柱的預留孔中，固定件固定於拉力筋的一端，錨固件固定於拉力筋的另一端，加載支座的中間開設有通孔，孔徑大於固定件和錨固件的直徑，固定件和錨固件可穿插於加載支座的通孔內並與加載支座相對上下活動連接。
文檔編號G01N3/02GK102374950SQ20111036419
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者崔巍, 李強, 王曉翠, 胡穎, 蔣學 申請人:浙江建設職業技術學院