一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术属于预应力筋测试技术领域，且公开了一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统，包括有反力架装置、干湿腐蚀装置、预应力筋加载装置和应力监测装置，所述反力架装置包括有设置于其前后两侧的横梁和设置于其内侧的腐蚀容器托架，所述干湿腐蚀装置包括有若干固定安装在腐蚀容器托架上的串联腐蚀器。本发明专利技术结构简单、设计合理、运行高效，通过PLC控制器的定时供、断电功能，分别对水泵和电磁阀进行开闭控制，从而实现腐蚀液的注入和排出，模拟出干湿交替的腐蚀环境；通过调节高强螺栓进入内螺纹筒体的长度，实现精确加载和安全卸载；通过应力监测系统，长期实时对腐蚀过程中的筋体应力状态进行监测。力状态进行监测。力状态进行监测。

【技术实现步骤摘要】
一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于预应力筋测试
，具体为一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]预应力锚固技术广泛应用于水利工程、道桥工程以及地下洞室等工程，为工程施工及运行期间提供稳定的锚固力。其原理是通过对安装在岩体中钢质筋体施加一定的应力水平，来平衡工程建设过程中岩体变形产生的应力或在失稳面增加法应力来增大岩体间的摩擦。随着工程建设发展的迅速部分，预应力筋应用规模越来越大，数量越来越多，加载的应力水平越来越高。
[0003]但是作为金属材质的筋体，在长期服役过程中必然会遭受环境中的水和氧等因素的影响，从而存在发生腐蚀的可能。腐蚀的影响使预应力筋存在失效的风险，有学者据此将其比喻为“定时炸弹”，据报道，瑞典北部一座水电站在运行不到30年的时间，一根预应力锚杆杆体断裂，从锚孔高速射出；美国一单排预应力锚索挡土墙在2年时间左右发生数根索体断裂，并像标枪一样飞走，这类触目惊心的案例加深了工程界对预应力筋腐蚀引起的耐久性能退化问题的关注。
[0004]研究显示，高应力水平可能会加速金属的腐蚀过程，甚至引发应力腐蚀断裂。另外，由于施工质量和复杂地质的原因，预应力筋可能存在干湿交替环境，该环境中的预应力筋长期遭受风吹日晒雨淋，因此更容易腐蚀。在高应力水平和干湿交替环境的共同作用下，预应力筋的寿命可能会大打折扣。因此，通过开展室内腐蚀试验，了解预应力筋在干湿交替环境下的腐蚀规律对工程运行维护具有重要的意义。
[0005]相对来说，干湿交替环境的金属处于一个加速腐蚀的状态，其问题更加严重，目前的金属腐蚀试验规范，介绍了转动型和提升型的金属腐蚀装置，这类装置构造复杂、制作麻烦、较难维护，更关键的是无法对试样进行应力加载。一些学者介绍了部分预应力筋的加载腐蚀装置，但是其加载方式是通过液压千斤顶来实现的，导致试样不能精确加载到设计应力。另外，在试验结束后，需要使用千斤顶来张拉拆除锚具并卸载，由于试样可能发生较大程度腐蚀，在该过程中不仅可能会破坏试样，甚至存在试验人员受伤的风险。
[0006]因此，研发一种可模拟干湿交替环境、可精确加载、安全卸载的预应力筋干湿腐蚀试验装置及其重要，此外，对腐蚀过程中的预应力筋应力状态进行监测，有利于定量分析应力的影响和作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统及其使用方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统及其使用方法，包括有反力架装置、干湿腐蚀装置、预应力筋加载装置和应力监测
装置，所述反力架装置包括有设置于其前后两侧的横梁和设置于其内侧的腐蚀容器托架；
[0009]所述干湿腐蚀装置包括有若干固定安装在腐蚀容器托架上的串联腐蚀器，与所述串联腐蚀器固定联通并向串联腐蚀器供给腐蚀液的水位控制器，通过进水管与所述水位控制器相连通的水泵，盛有腐蚀液并且安装有所述水泵的腐蚀液箱；
[0010]所述水泵通过PLC控制器控制，所述串联腐蚀器包括有单腐蚀器，所述单腐蚀器的内侧穿插有预应力筋；
[0011]所述预应力筋加载装置上固定安装于位于前侧的横梁，所述预应力筋的一端被横梁夹持，所述预应力筋的另一端穿过后侧的横梁并与应力监测装置连接；
[0012]优选的，所述串联腐蚀器还包括有将各个单腐蚀器相连通的二号三通管、一号弯头、二号连接管和三号连接管组成的连通结构，所述三号连接管通过电磁阀控制排出腐蚀液，所述电磁阀的端口连通有电磁阀排水管，且电磁阀受PLC控制器直接控制。
[0013]优选的，所述单腐蚀器包括有腐蚀筒，固定安装于所述腐蚀筒两端的堵头，固定安装在所述腐蚀筒端部的一号三通管，固定连通于所述一号三通管底端的一号连接管，所述堵头中心开设有供预应力筋穿过插的一号孔洞。
[0014]优选的，所述水位控制器包括有由三号三通管、二号弯头和排水管构成的倒U形管，所述三号三通管上开设有二号孔洞，所述三号三通管的底端固定连通有可调连接管，所述可调连接管的底端固定连通有四号三通管，所述四号三通管的一端连通于三号连接管且其另一端固定通过四号连接管连通有外丝接头，所述外丝接头连通于电磁阀。
[0015]优选的，所述水泵通过进水管固定连通于二号孔洞，所述水泵通过水泵控制线与PLC控制器电连接。
[0016]优选的，所述预应力筋加载装置包括有内螺纹筒体、高强螺栓、平面推力轴承、垫板和锚具，所述高强螺栓与内螺纹筒体螺纹连接，所述内螺纹筒体、高强螺栓、平面推力轴承、垫板和锚具的中心均设有供预应力筋穿过的孔洞，所述高强螺栓、平面推力轴承、垫板和锚具依次排列且相邻两者之间挤压接触，所述内螺纹筒体固定安装于横梁上。
[0017]优选的，所述锚具包括有锚筒和套设在锚筒内部的夹片。
[0018]优选的，所述应力监测装置包括有计算机、应力采集仪、测力计、监测数据线和测力计连接线，所述应力采集仪通过监测数据线电连接于计算机，所述应力采集仪通过测力计连接线与测力计电连接，所述测力计安装于预应力筋的一端。
[0019]优选的，操作步骤如下：
[0020]S1.按试验要求配制腐蚀液，并注入腐蚀液箱；
[0021]S2.计算机开机，测试应力采集仪和测力计工作状态，确定状态正常后，将应力采集数据清零并正式开始采集；
[0022]S3.依次旋转高强螺栓使得预应力筋预紧，实时观察计算机采集的应力数据，进一步旋转高强螺栓来对预应力筋进行加载，到达目标值后停止加载，若超过目标值反方向旋转高强螺栓来卸载；
[0023]S4.按照步骤S3的加载流程依次对所有的预应力筋进行加载；
[0024]S5.全部预应力筋加载完成后，观察计算机采集的应力数据，并根据目标值，调节高强螺栓，实现预应力筋的精确加载；
[0025]S6.重复步骤S5两到三次，至所有预应力筋的应力水平达到试验设计要求；
[0026]S7.接通PLC控制器电源，按照试验要求设置水泵和电磁阀电磁阀通断电时间；
[0027]S8.启动PLC控制器，试验开始，水泵通电状态时，腐蚀液注入水位控制器，并在连通器作用下进入串联腐蚀器，使预应力筋处于浸润状态；电磁阀通电状态时，腐蚀液通过电磁阀和电磁阀排水管进入腐蚀液箱；
[0028]S9.腐蚀时间到达设计时长后，关闭PLC控制器，旋转高强螺栓，使预应力筋应力水平降至为零，预应力筋出于松弛状态；分别拆除锚固端和张拉端的锚具，抽出预应力筋并进行编号，完成取样；
[0029]S10.在计算机上停止应力数据采集，并保存应力监测数据，试验结束。
[0030]本专利技术的有益效果如下：
[0031]本专利技术结构简单、设计合理、运行高效，通过PLC控制器的定时供、断电功能，分别对水泵和电磁阀进行开闭控制，从而实现腐蚀液的注入和排出，模拟出干湿交替的腐蚀环境；通过调节高强螺栓进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统，其特征在于：包括有反力架装置、干湿腐蚀装置(2)、预应力筋加载装置(3)和应力监测装置(4)，所述反力架装置包括有设置于其前后两侧的横梁(101)和设置于其内侧的腐蚀容器托架(104)；所述干湿腐蚀装置(2)包括有若干固定安装在腐蚀容器托架(104)上的串联腐蚀器(201)，与所述串联腐蚀器(201)固定联通并向串联腐蚀器(201)供给腐蚀液的水位控制器(202)，通过进水管(207)与所述水位控制器(202)相连通的水泵(206)，盛有腐蚀液并且安装有所述水泵(206)的腐蚀液箱(212)；所述水泵(206)通过PLC控制器(210)控制，所述串联腐蚀器(201)包括有单腐蚀器(201
‑
1)，所述单腐蚀器(201
‑
1)的内侧穿插有预应力筋(5)；所述预应力筋加载装置(3)上固定安装于位于前侧的横梁(101)，所述预应力筋(5)的一端被横梁(101)夹持，所述预应力筋(5)的另一端穿过后侧的横梁(101)并与应力监测装置(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统，其特征在于：所述串联腐蚀器(201)还包括有将各个单腐蚀器(201
‑
1)相连通的二号三通管(201
‑
2)、一号弯头(201
‑
3)、二号连接管(201
‑
4)和三号连接管(201
‑
5)组成的连通结构，所述三号连接管(201
‑
5)通过电磁阀(204)控制排出腐蚀液，所述电磁阀(204)的端口连通有电磁阀排水管(205)，且电磁阀(204)受PLC控制器(210)直接控制。3.根据权利要求2所述的一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统，其特征在于：所述单腐蚀器(201
‑
1)包括有腐蚀筒(201
‑1‑
2)，固定安装于所述腐蚀筒(201
‑1‑
2)两端的堵头(201
‑1‑
1)，固定安装在所述腐蚀筒(201
‑1‑
2)端部的一号三通管(201
‑1‑
3)，固定连通于所述一号三通管(201
‑1‑
3)底端的一号连接管(201
‑1‑
5)，所述堵头(201
‑1‑
1)中心开设有供预应力筋(5)穿过插的一号孔洞(201
‑1‑
4)。4.根据权利要求2所述的一种预应力筋干湿条件下的腐蚀试验系统，其特征在于：所述水位控制器(202)包括有由三号三通管(202
‑
1)、二号弯头(202
‑
3)和排水管(202
‑
4)构成的倒U形管，所述三号三通管(202
‑
1)上开设有二号孔洞(202
‑
2)，所述三号三通管(202
‑
1)的底端固定连通有可调连接管(202
‑
5)，所述可调连接管(202
‑
5)的底端固定连通有四号三通管(202
‑
6)，所述四号三通管(202
‑
6)的一端连通于三号连接管(201
‑
5)且其另一端固定通过四号连接管(202
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兴松，周华，王玉杰，陈鸿杰，张强，张洪伟，尹韬，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
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