[发明专利]荷载与环境耦合作用下试件耐久性试验装置

说明书

技术领域

本发明属于一种结构材料耐久性试验装置，特别涉及荷载与环境长时间耦合作用下对试件的力学性能测试试验的装置。

背景技术

随着建筑行业的发展，混凝土结构的运用也涉及到人类生活的方方面面，而近些年来由于混凝土结构耐久性不足而导致的事故不断增多，混凝土耐久性的问题也越来越被人们关注，特别是在一些重大工程，比如大坝、桥梁、港口等以及一些高层建筑物，这些结构在没有达到设计年限就破坏了，造成巨大经济损失和人员伤亡。

虽然有关混凝土结构耐久性的研究有几十年，相关研究成果也有不少，但很多研究主要考虑环境因素，而忽略其他因素，比如荷载因素。很多结构所处的环境比较复杂，对结构有很高的要求。例如沿海地区常年处于氯盐环境，结构受到严重的氯盐侵蚀，同时也有结构自身承受的荷载；酸雨地区结构不仅要满足荷载的要求，还要考虑硫酸的侵蚀；河流中的桥梁，不仅要承受来往的车辆的动荷载，同时还要考虑水对钢筋的锈蚀。随着人类社会的发展，对一些复杂的环境的开发，越来越多的结构不仅仅考虑单一的因素对其耐久性的影响，还必需考虑多因素的耦合作用。实际工程中，只考虑单一的环境因素是不全面的，无法真正的反应结构的实际情况，这样会产生隐患，所以对混凝土结构的耐久性的研究，考虑的应该是应力与不同环境共同作用下的，考虑的因素应是多因素的，至少是双因素。同时多因素对混凝土的影响也不是简单的叠加，不同因素会相互影响，更加剧了混凝土结构的破坏。如何更好地模拟实际工程中混凝土结构的耐久性是一个值得研究的问题。为了解像钢筋混凝土这类材料在恶劣环境下的特性，需要在恶劣环境下测试其力学性能，以及测试恶劣环境中荷载变化对材料或试件的力学性能影响。

研究混凝土在多因素共同作用下的耐久性问题，最主要的难点就是要建立一个能够同时进行多因素试验的方法，它包括试验环境以及荷载的加载方式。从实际的工程出发，钢筋混凝土结构无论处于什么复杂的环境，均是在承载状态下工作和运行的。所以，研究环境与荷载共同作用下混凝土的耐久性具有重要的研究意义和应用价值。在建立上述试验方法时，首先要考虑一下几点：第一，设计的加载方式要能够提供满足条件、准确的荷载作用；第二，设计的加载方式要能够提供可随时变化的荷载作用；第三，试验的数据要能够快速、准确的收集。

国内外对多因素共同作用下耐久性研究相对较少，阅读相关文献资料，总结后发现相关的加载装置所进行的试验均是受弯破坏。其主要原因有：①进行受拉破坏的试验装置一般都比较大，所需的试验空间较多，与环境因素结合起来困难，这使试验装置的设计和加工非常困难；②受拉破坏的试验操作难度大，试验中很容易出现偏心现象，这使实验结果不稳定，具有较大离散性；③考虑荷载因素与环境因素同时作用，一般的加载方法无法满足拉压破坏的要求，比如预应力加载。综合已有的文献资料，相关的多因素共同作用下混凝土耐久性试验的加载装置可以分为三种类型：1)利用杠杆原理的荷载加载方式；2)利用扭力扳手设计的加载方式；3)根据虎克定律利用弹簧设计的加载方式。这三个加载的方法各有优缺点，其中利用杠杆原理的加载方式的优点是操作简单，但缺点也很明显，这种方法所需的空间很大，对于一些复杂环境很不适用，比如腐蚀环境等；对于扭力扳手设计的加载方式，优点是体积较小，便于放在环境箱中，对于一些复杂环境也能够很好的适用，但缺点是这种方式的精度不够，不能够准确控制加载力的大小，而且在长时间的试验中会出现力的损失；对于利用弹簧的加载方式，优点是体积小，原理简单，操作方便，缺点是弹簧在使用后会有一定的松弛，出现荷载作用的损失。此外，上述装置还有一个突出的问题，那就是一旦荷载作用施加完毕，将试件放入耐久性实验装置后，就很难再对荷载作用进行调整。

针对上述几种加载方式的问题，研制一种能够随时独立施加荷载且与环境箱能很好匹配的混凝土耐久性装置，在混凝土耐久性研究中具有重要的应用价值，前景十分广阔。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于不同环境中测试试件的耐久性能和测试荷载变化对不同环境试件耐久性能影响的试验装置。主要解决了力加载和侵蚀环境作用的相互独立作用。发明的装置可以对试验过程中的荷载作用及氯离子侵蚀环境分别或同时调整，从而实现在可变荷载作用下模拟不同环境中试件受力性能测试。