[发明专利]一种地铁钢筋腐蚀与拉伸疲劳耦合试验装置

说明书

技术领域

本发明属于工程结构耐久性领域。

背景技术

地铁以其具有快速、客运量大等优点正广泛被用来缓解当前日趋繁重的城市交通压力。但地铁运营过程中易产生杂散电流，使其混凝土结构金属材料多在杂散电流、氯离子和拉伸疲劳荷载共同作用下服役。地铁结构金属材料在这种苛刻条件下服役，一方面杂散电流、氯离子易引发钢筋腐蚀，另一方面地铁列车拉伸疲劳荷载易与钢筋腐蚀相互促进、构成耦合作用，导致其结构提前失效时有发生，且其失效过程、破坏形式等不同于一般环境腐蚀、机械疲劳下的损伤特性。因此，有关混凝土结构在杂散电流、氯离子和拉伸疲劳荷载耦合作用下的损伤日益引起广大土木工程界的高度重视，成为近年来混凝土结构材料耐久性领域研究的热点。

针对钢筋混凝土在钢筋腐蚀和拉伸疲劳荷载耦合作用下的损伤，因耦合加载装置的匮乏目前多采用交替作用进行研究。即先将钢筋腐蚀一定程度，然后借助常规的疲劳试验机再对混凝土构件进行拉伸疲劳加载；或借助常规的疲劳试验机先对混凝土构件进行拉伸疲劳加载一定循环次数，然后再对其钢筋进行腐蚀。显然，以上研究方法存在如下问题：一是对服役环境中的多因素共同(耦合)作用进行模拟时不是同步加载而是分步加载，与实际工程真实服役状态不符；二是仅能得到经历一次交互作用后的损伤状态，不能提供实时监测其损伤全过程等理想研究平台。此外，也存在诸如所模拟的环境条件功能单一、适用范围窄、智能化控制程度低以及劳动强度大等问题。这也是目前同类研究无法深入开展地铁混凝土结构在钢筋腐蚀和拉伸疲劳耦合作用下的损伤演化及失效机理等研究工作的主要原因所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效模拟出地铁钢筋在杂散电流、腐蚀介质和拉伸疲劳耦合的试验装置，以解决现有装置中无法实现地铁钢筋的腐蚀与拉伸疲劳同步作用的缺陷，以及模拟附加杂散电流腐蚀等复杂环境。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种地铁钢筋腐蚀与拉伸疲劳耦合试验装置，包括钢架、拉伸疲劳加载系统、钢筋腐蚀系统、控制系统。拉伸疲劳加载系统位于钢筋腐蚀系统正上方，拉伸疲劳加载系统、钢筋腐蚀系统分别与控制系统相连接。

所述的钢架包括四根立柱(5)、钢板一(4)、钢模块一(8)、钢板二(9)、钢模块二(14)、钢板三(13)、钢立架组(17)、底座(21)；四根立柱(5)呈正方形排列，各立柱(5)用地脚螺栓与底座(21)固接，底座(21)固定在地面上，钢板一(4)的四个角固接在四根立柱(5)顶端上，钢板二(9)位于钢板一(4)正下方，其四个角固接在四根立柱(5)上，钢板二(9)中心开圆孔，圆孔四周设有四个钢模块一(8)，四个钢模块一(8)组成内径与钢板一(4)中心圆孔等径的圆形孔，钢板三(13)位于钢板二(9)正下方，其中心开有与钢板二(9)等径的圆形孔，并安装有四个钢模块二(14)，钢模块二(14)中心开有圆孔；钢板一(4)、钢模块一(8)、钢模块二(14)的圆孔中心在同一竖直直线上；钢立架组(17)位于钢模块二(14)正下方，其有四个钢立架组成，钢立架成正方形排列，顶端安装有不锈钢板，不锈钢板上开有螺栓孔，不锈钢板由钢立架顶端固接，底部通过地脚螺栓与底座(21)固接。

所述的拉伸疲劳加载系统包括调速电动机(1)、传输轴(22)、变速器(2)、传输轴(23)、曲柄连杆机构(3)、滑块(7)、套筒(6)、荷载传感器(10)、拉杆压头(11)、夹头(12)、弹性元件(1201)；调速电动机(1)、变速器(2)水平固接在钢板一(4)上表面上，调速电动机(1)通过传输轴(22)与变速器(2)左端相连接，曲柄连杆机构(3)穿过钢板一(4)中心圆孔，其左端通过传输轴(23)与变速器(2)右端相连接，其下端与滑块(7)上端相连接，滑块(7)安装在套筒(6)内，套筒(6)垂直固接在钢模块一(8)上表面上，且其中心轴与钢模块一(8)中心圆孔的圆心在同一轴线上，套筒(6)内径与钢模块一(8)中心圆孔等径；荷载传感器(10)垂直固接在滑块(7)顶杆底部中心，其下端并设有拉杆压头(11)，拉杆压头(11)下端与夹头(12)固接，且夹头(12)位于钢模块二(14)中心圆孔内，夹头(12)上侧面设有八个弹性元件(1201)，弹性元件(1201)的顶端与钢模块二(14)下侧面固接；荷载传感器(10)通过数据线与计算机(19)连接。