研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法

1.一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，能同时实现对钢管砼受弯构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用，其特征在于由加载装置、腐蚀装置和测量装置三部分组成，其中加载装置主要包括千斤顶、大支座、小支座、拉杆、螺母、分配梁、加载梁和反力梁；腐蚀装置主要包括钢制腐蚀槽、上部阴极板、腐蚀液、绝缘层和外接直流电源；测量装置主要包括荷载传感器和机械式千分表以及小平板和连接杆；钢管砼受弯构件置于腐蚀装置的钢制腐蚀槽中，并同时在钢管砼受弯构件上放置加载装置，通过测量装置对钢管砼受弯构件长期荷载作用和电化学腐蚀作用进行测量；
其中两个大支座和两根拉杆固定于地面，钢制腐蚀槽放置在两个大支座上；在钢制腐蚀槽内的底板上放置两个简支小支座；钢制腐蚀槽的底板与简支小支座之间设置绝缘层；
在两个简支小支座上放置钢管砼受弯构件，在钢管砼受弯构件上放置两个分配梁小支座，在钢管砼受弯构件与两个分配梁小支座之间设置绝缘层；
在两个分配梁小支座上放置分配梁，然后在分配梁上放置荷载传感器；将加载梁穿过两根拉杆放置在荷载传感器上并通过螺母固定；在加载梁上放置千斤顶，然后将反力梁穿过两根拉杆放置在千斤顶上并通过螺母固定；
两个机械式千分表分别放置在预先焊接在钢管砼受弯构件的中和轴位置上的小平板上；分别用机械式千分表测量跨中挠度和支座沉降；
以钢制腐蚀槽和另设置的上部阴极板为阴极，以钢管砼受弯构件的钢管为阳极，外接直流电源腐蚀。
2.根据权利要求1一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，其特征在于所述简支小支座的外露部分需绝缘处理，分配梁小支座的外露部分需绝缘处理，钢管砼受弯构件和小平板之间的连接杆需绝缘处理。
3.一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的方法，采用权利要求1所述的研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)初始加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
(2)保持初始加载值不变，向钢制腐蚀槽内注入腐蚀液，外接直流电源开始腐蚀，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
(3)拆除钢制腐蚀槽，保持长期加载值不变，一次性破坏加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降。

研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法
技术领域
[0001] 本发明属结构工程领域，特别涉及一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法。
背景技术
[0002] 钢管砼属于组合结构的一种，是指在钢管中填充砼且两种材料共同受力而形成的结构。按钢管的布置可分为实心钢管砼、中空夹层钢管砼和离心式钢管砼等；按截面形式可分为圆形、方/矩形、多边形和异形钢管砼等。钢管砼在实际工程中往往承受较大的荷载，同时还要受到周围环境中腐蚀性液体或气体等的腐蚀作用，上述问题在工程设计与应用中不容忽视，有必要进行研究。
[0003] 已有用于钢管砼受弯构件在长期荷载下性能研究的试验装置与方法或用于钢管砼受弯构件耐电化学腐蚀性能研究的试验装置与方法，但上述试验装置与方法只能实现一种作用。
发明内容
[0004] 为了研究钢管砼受弯构件在轴力和腐蚀共同作用下的受力性能，必然涉及到相应的试验装置与方法，本发明提出了一种用于钢管砼受弯构件在长期荷载下耐电化学腐蚀性能研究的试验装置与方法，能同时实现对钢管砼受弯构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用。
[0005] 一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，由加载装置、腐蚀装置和测量装置三部分组成，其中加载装置主要包括千斤顶、大(小)支座、拉杆(含螺母)、分配梁、加载梁和反力梁等；腐蚀装置主要包括腐蚀槽、上部阴极板、腐蚀液、绝缘层和外接直流电源等；测量装置主要包括荷载传感器和机械式千分表以及小平板和连接杆等。钢管砼受弯构件置于腐蚀装置的腐蚀槽中，并同时在钢管砼受弯构件上放置加载装置，通过测量装置对钢管砼受弯构件长期荷载作用和电化学腐蚀作用进行测量。
[0006] 所述两个大支座和两根拉杆固定于地面，钢制腐蚀槽放置在两个大支座上；在钢制腐蚀槽内的底板上放置两个简支小支座，钢制腐蚀槽的底板与简支小支座之间设置绝缘层；
[0007] 在两个简支小支座上放置钢管砼受弯构件，在钢管砼受弯构件上放置两个分配梁小支座，在钢管砼受弯构件与两个分配梁小支座之间设置绝缘层；
[0008] 在两个分配梁小支座上放置分配梁，然后在分配梁上放置荷载传感器；将加载梁穿过两根拉杆放置在荷载传感器上并通过螺母固定；在加载梁上放置千斤顶，然后将反力梁穿过两根拉杆放置在千斤顶上并通过螺母固定；
[0009] 机械式千分表分别放置在预先焊接在钢管砼受弯构件的中和轴位置上的小平板上；分别用机械式千分表测量跨中挠度和支座沉降；
[0010] 以钢制腐蚀槽和另设置的上部阴极板为阴极，以钢管砼受弯构件的钢管为阳极，外接直流电源腐蚀。
[0011] 所述简支小支座的外露部分需绝缘处理，分配梁小支座的外露部分需绝缘处理，钢管砼受弯构件和小平板之间的连接杆需绝缘处理。
[0012] 一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的方法，采用上述研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，按照以下步骤进行：
[0013] (1)初始加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
[0014] (2)保持初始加载值不变，向腐蚀槽内注入腐蚀液，外接直流电源开始腐蚀，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
[0015] (3)拆除腐蚀槽，保持长期加载值不变，一次性破坏加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降。
[0016] 本发明采用特定的加载装置和方法，通过初始加载阶段、电化学腐蚀/长期加载阶段和破坏加载阶段，所得试验数据可以绘制出钢管砼受弯构件的弯矩-跨中挠度受力全过程曲线。既适用于实心钢管砼、中空夹层钢管砼和离心式钢管砼等，也适用于圆形、方/矩形、多边形和异形钢管砼等。
[0017] 本发明的优点与效果是：
[0018] 1.本发明能同时实现对钢管砼受弯构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用。
[0019] 2.本发明采用电化学腐蚀，腐蚀速度高于自然环境腐蚀，可以加快试验进度。
[0020] 3.本发明所得试验数据可以绘制出钢管砼受弯构件的弯矩-跨中挠度受力全过程曲线。
附图说明
[0021] 图1为实心钢管砼受弯构件在长期荷载下耐电化学腐蚀性能研究的试验装置主视图；
[0022] 图2为实心钢管砼受弯构件在长期荷载下耐电化学腐蚀性能研究的试验装置侧视图；
[0023] 图3为在初始加载阶段所使用的试验装置示意图；
[0024] 图4为在破坏加载阶段所使用的试验装置示意图；
[0025] 上图中：1大支座，2拉杆，3钢制腐蚀槽，4小支座，5绝缘层，6钢管砼受弯构件，7端板，8分配梁小支座，9分配梁，10荷载传感器，11加载梁，12螺母，13千斤顶，14反力梁，
15机械式千分表，16小平板，17连接杆，18腐蚀液，19上部阴极板，20外接直流电源。
[0026] 图5为电化学腐蚀/长期加载阶段所使用的试验装置实物图；
[0027] 图6为某一方截面实心钢管砼受弯构件弯矩(M)-跨中挠度(um)受力全过程曲线。
具体实施方式
[0028] 一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，如图1-4所示，由加载装置、腐蚀装置和测量装置三部分组成，其中加载装置主要包括千斤顶13、大支座1和小支座
4、拉杆2(含螺母12)、分配梁9、加载梁11和反力梁14；腐蚀装置主要包括腐蚀槽3、上部阴极板19、腐蚀液18、绝缘层5和外接直流电源20；测量装置主要包括荷载传感器10和机械式千分表15以及小平板16和连接杆17；钢管砼受弯构件6置于腐蚀装置的腐蚀槽3中，并同时在钢管砼受弯构件上放置加载装置，通过测量装置对钢管砼受弯构件长期荷载作用和电化学腐蚀作用进行测量。
[0029] 所述两个大支座1和两根拉杆2固定于地面，钢制腐蚀槽3放置在两个大支座1上；在钢制腐蚀槽3内的底板上放置两个简支小支座4；钢制腐蚀槽3的底板与简支小支座
4之间设置绝缘层5；
[0030] 在两个简支小支座4上放置钢管砼受弯构件6，在钢管砼受弯构件6上放置两个分配梁小支座8，在钢管砼受弯构件6与两个分配梁小支座8之间设置绝缘层5；
[0031] 在两个分配梁小支座8上放置分配梁9，然后在分配梁9上放置荷载传感器10；将加载梁11穿过两根拉杆2放置在荷载传感器10上并通过螺母12固定；在加载梁11上放置千斤顶13，然后将反力梁14穿过两根拉杆2放置在千斤顶13上并通过螺母12固定；
[0032] 机械式千分表15分别放置在预先焊接在钢管砼受弯构件6的中和轴位置上的小平板16上；分别用机械式千分表15测量跨中挠度和支座沉降；
[0033] 以钢制腐蚀槽3和另设置的上部阴极板19为阴极，以钢管砼受弯构件6的钢管为阳极，外接直流电源20开始腐蚀。
[0034] 所述简支小支座4的外露部分绝缘处理，分配梁小支座8的外露部分也绝缘处理，钢管砼受弯构件6和小平板16之间的连接杆17也绝缘处理。
[0035] 一种研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的方法，采用上述研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置，按照以下步骤进行：
[0036] (1)初始加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
[0037] (2)保持初始加载值不变，向腐蚀槽内注入腐蚀液，外接直流电源开始腐蚀，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降；
[0038] (3)拆除腐蚀槽，保持长期加载值不变，一次性破坏加载，记录荷载及其对应的挠度和支座沉降。
[0039] 使用研究钢管砼受弯构件在荷载与腐蚀下性能的装置进行测量时，分以下三个阶段：
[0040] 初始加载阶段：如图3所示，首先固定两个大支座1和两根拉杆2，然后在两个大支座1上放置钢制腐蚀槽3；在钢制腐蚀槽3的底板上放置两个简支小支座4，在钢制腐蚀槽3的底板上与简支小支座4之间设置绝缘层5，简支小支座4的外露部分也绝缘处理；在两个简支小支座4上放置钢管砼受弯构件6，钢管砼受弯构件6的端板7的外露部分也绝缘处理；在钢管砼受弯构件6上放置两个分配梁小支座8，在钢管砼受弯构件6与两个分配梁小支座8之间设置绝缘层5，分配梁小支座8的外露部分也绝缘处理；在两个分配梁小支座8上放置刚度足够大的分配梁9，然后在分配梁9上放置荷载传感器10；将加载梁11穿过两根拉杆2放置在荷载传感器10上，然后在两根拉杆2上分别拧上螺母12；在加载梁11上放置千斤顶13，然后将反力梁14穿过两根拉杆2放置在千斤顶13上，再旋紧螺母12；分别用两个机械式千分表15测量跨中挠度和支座沉降，千分表15的指针分别放置在预先焊接在钢管砼受弯构件6的中和轴位置上的小平板16上，钢管砼受弯构件6和小平板16之间的连接杆17也绝缘处理；用千斤顶13加载直至达到设计荷载，同时记录每级荷载及其对应的挠度和支座沉降。
[0041] 电化学腐蚀/长期加载阶段：如图1和图2所示，拧紧螺母12直至千斤顶13的荷载被完全替换掉，移除千斤顶13。保持初始加载值不变，向腐蚀槽内注入腐蚀液18，液面高度应高于钢管砼受弯构件6的上表面，以钢制腐蚀槽3和另设置的上部阴极板19为阴极，以钢管砼受弯构件6的钢管为阳极，外接直流电源20开始腐蚀，在此期间定期记录荷载及其对应的挠度和支座沉降直至达到腐蚀/长期加载期限。
[0042] 破坏加载阶段：如图4所示，抽出腐蚀液18，拆除外接直流电源20以及腐蚀槽3和上部阴极板19，用千斤顶13做一次性破坏加载试验，同时记录荷载及其对应的挠度和支座沉降。
[0043] 采用某一方截面实心钢管砼受弯构件进行在荷载与腐蚀下性能测试，其长度L＝
1250mm；净跨L′＝1050mm；外边长B＝160mm；钢管原始壁厚ts＝3.83mm；腐蚀厚度Δt＝0.69mm；腐蚀液浓度ρ＝3.5％；设计持载等级rb＝60％；腐蚀时间t＝120d。试验结束后得到的弯矩(M)-跨中挠度(um)受力全过程曲线如图6所示，其中细实线为初始加载阶段试验结果；粗实线为电化学腐蚀/长期加载阶段试验结果；虚线为破坏加载阶段试验结果。