研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法

技术领域

本发明属结构工程领域，特别涉及一种研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置 与方法。

背景技术

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。

已有用于钢管砼轴压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轴压构 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

为了研究钢管砼轴压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轴压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轴压构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用。

一种研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置，主要由加载装置、腐蚀装置和测 量装置三部分组成，其中加载装置主要包括承载板和拉杆(含螺母)；腐蚀装置主要包括钢制 腐蚀槽、腐蚀液、绝缘层和外接电源；测量装置主要包括荷载传感器和机械式千分表；钢管 砼轴压构件置于腐蚀装置的钢制腐蚀槽中，并同时在钢管砼轴压构件上放置加载装置，通过 测量装置对砼轴压构件长期荷载作用和电化学腐蚀作用进行测量。

所述四根拉杆的一端通过螺母固定，四根拉杆的另一端穿过承载板上的四个预制的孔； 在承载板上面放置钢制垫块，然后在钢制垫块上面放置钢制腐蚀槽；在钢制腐蚀槽底板上放 置绝缘层，然后在绝缘层上面放置钢管砼轴压构件，试件端板的暴露面也应绝缘处理；

在钢管砼轴压构件的试件端板上面放置绝缘层，然后在绝缘层上面放置钢制垫块，四根 拉杆穿过另一块刚度足够大的承载板上的四个预制的孔；每根拉杆穿一个荷载传感器，再通 过螺母固定；预置机械式千分表安装在两块承载板之间；测量两块承载板之间的相对位移， 旋紧螺母加载直至达到设计荷载，同时记录每级荷载及其对应的压缩量；

钢制腐蚀槽内注入腐蚀液，液面高度应与试件端板的下表面平齐，以钢制腐蚀槽为阴极， 钢管砼轴压构件的钢管为阳极，外接直流电源开始腐蚀，在此期间定期记录荷载及其对应的 压缩量直至达到腐蚀/长期加载期限。

一种研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装方法，采用上述研究钢管砼轴压构件 在荷载与腐蚀下性能的装置，按照以下步骤进行：

(1)初始加载，记录荷载及其对应的压缩量；

(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 荷载及其对应的压缩量；

(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压 缩量。

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轴压构件的轴压力-压缩量受力全过程曲线。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。

本发明的优点与效果是：

1.本发明能同时实现对钢管砼轴压构件的长期荷载作用和电化学腐蚀作用。

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。

3.本发明所得试验数据可以绘制出钢管砼轴压构件的轴压力-压缩量受力全过程曲线。

附图说明

图1为实心钢管砼轴压构件在长期荷载下耐电化学腐蚀性能研究的试验装置示意图；

图2为初始加载阶段所使用的试验装置示意图；

图3为破坏加载阶段所使用的试验装置示意图；

上述图中1拉杆，2螺母，3承载板，4钢制垫块，5钢制腐蚀槽，6绝缘层，7钢管砼轴 压构件，8试件端板，9荷载传感器，10机械式千分表，11腐蚀液，12外接直流电源，13压 力机；

图4为初始加载阶段所使用的试验装置实物图；

图5为某一方截面实心钢管砼轴压构件轴压力(N)-压缩量(Δ)受力全过程曲线。

具体实施方式

一种研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置，如图1-3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承载板3和拉杆1(含螺母2)；腐蚀装 置主要包括钢制腐蚀槽5、腐蚀液11、绝缘层6和外接直流电源12等；测量装置主要包括荷 载传感器9和机械式千分表10。钢管砼轴压构件7置于腐蚀装置的钢制腐蚀槽5中，并同时 在钢管砼轴压构件上放置加载装置，通过测量装置对钢管砼轴压构件长期荷载作用和电化学 腐蚀作用进行测量。

所述四根拉杆1的一端通过螺母2固定，四根拉杆1的另一端穿过承载板3上的四个预 制的孔；在承载板3上面放置钢制垫块4，然后在钢制垫块4上面放置钢制腐蚀槽5；在钢制 腐蚀槽5底板上放置绝缘层6，然后在绝缘层6上面放置钢管砼轴压构件7，试件端板8的暴 露面也应绝缘处理；

在钢管砼轴压构件7的试件端板8上面放置绝缘层6，然后在绝缘层6上面放置钢制垫 块4，四根拉杆1穿过另一块刚度足够大的承载板3上的四个预制的孔；每根拉杆1穿一个 荷载传感器9，再通过螺母2固定；预置机械式千分表10安装在两块承载板之间；测量两块 承载板之间的相对位移，旋紧螺母2加载直至达到设计荷载，同时记录每级荷载及其对应的 压缩量；

钢制腐蚀槽内注入腐蚀液11，液面高度应与试件端板8的下表面平齐，以钢制腐蚀槽5 为阴极，钢管砼轴压构件7的钢管为阳极，外接直流电源12开始腐蚀，在此期间定期记录荷 载及其对应的压缩量直至达到腐蚀/长期加载期限。

一种研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的方法，采用上述研究钢管砼轴压构件在 荷载与腐蚀下性能的方法，按照以下步骤进行：

(1)初始加载，记录荷载及其对应的压缩量；

(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 荷载及其对应的压缩量；

(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压 缩量。

采用本发明的装置进行钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能测量时，分为三个阶段：

初始加载阶段：如图2所示，首先在四根拉杆1的一端分别拧好螺母2，然后将四根拉 杆1穿过一块刚度足够大的承载板3上的四个预制的孔；在承载板3上面放置钢制垫块4， 然后在钢制垫块4上面放置钢制腐蚀槽5；在腐蚀槽5底板上放置绝缘层6，然后在绝缘层6 上面放置钢管砼轴压构件7，试件端板8的暴露面也应绝缘处理；在钢管砼轴压构件7的试 件端板8上面放置绝缘层6，然后在绝缘层6上面放置钢制垫块4，再将四根拉杆1穿过另一 块刚度足够大的承载板3上的四个预制的孔；每根拉杆1穿一个荷载传感器9，然后再拧好 另一端的螺母2；预置机械式千分表10测量两块承载板之间的相对位移；人工旋紧螺母2加 载直至达到设计荷载，同时记录每级荷载及其对应的压缩量。

电化学腐蚀/长期加载阶段：如图1所示，保持初始加载值不变，向腐蚀槽内注入腐蚀液 11，液面高度应与试件端板8的下表面平齐，以钢制腐蚀槽5为阴极，钢管砼轴压构件7的 钢管为阳极，外接直流电源12开始腐蚀，在此期间定期记录荷载及其对应的压缩量直至达到 腐蚀/长期加载期限。

破坏加载阶段：如图3所示，抽出腐蚀液11，拆除外接直流电源12和腐蚀槽5，保持长 期加载值不变，用吊车将钢管砼轴压构件7连同自反力装置整体运到压力机13上做一次性破 坏加载试验，同时记录荷载及其对应的压缩量。

采用某一方截面实心钢管砼轴压构件进行测试，实心钢管砼轴压构件长度L=480mm、外 边长B=160mm、钢管原始壁厚t_s=3.83mm、腐蚀厚度Δt=1.18mm、腐蚀液浓度ρ=3.5%、设计 持载等级r_b=60%和腐蚀时间t=120d。试验结束后得到的轴压力(N)-压缩量(Δ)受力全过程曲 线，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。