一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備，它由螺紋拉桿，左、右加載橫梁，自反力梁和液壓千斤頂組成的加載裝置，加載裝置通過由彎矩、軸力導(dǎo)入的方式，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行可控加載，真實(shí)地模擬運(yùn)營期隧道襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。同時，由穩(wěn)流直流電源、頂面腐蝕區(qū)或全向腐蝕區(qū)的腐蝕液，腐蝕液內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)及隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋組成電化學(xué)加速腐蝕系統(tǒng)，電化學(xué)加速腐蝕系統(tǒng)通過對隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加速腐蝕劣化。應(yīng)變片、位移計、壓力傳感器等實(shí)時測出隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變、變形位移等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)。其試驗(yàn)環(huán)境為荷載、侵蝕共同作用的環(huán)境，它與隧道襯砌結(jié)構(gòu)真實(shí)的地下環(huán)境更接近，能更準(zhǔn)確的反映真實(shí)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律；從而能為隧道工程的設(shè)計、維護(hù)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
【專利說明】
一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)階段我國城市軌道交通、越江跨海通道工程的蓬勃發(fā)展，交通隧道工程因其交通保障性能良好、結(jié)構(gòu)相對安全等優(yōu)勢，已逐漸成為交通工程比選中的主要方案。
[0003]較之地面結(jié)構(gòu)，由于地下水土環(huán)境的復(fù)雜性，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在水土荷載和周圍侵蝕環(huán)境的聯(lián)合作用下，其襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性能將在服役一段時間后發(fā)生更大的劣化衰退:一方面，侵蝕環(huán)境特有的Cl—、Mg2+、S042—等腐蝕性離子將隨著地下水、海水等緩慢侵入隧道中，導(dǎo)致襯砌中的鋼筋過早銹蝕，使鋼筋混凝土出現(xiàn)銹蝕劣化，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂損或局部破壞;另一方面，隧道襯砌結(jié)構(gòu)需長期承受巖土體圍巖壓力和水壓力的作用，將加速材料及結(jié)構(gòu)的腐蝕劣化。也即，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在力學(xué)因素(水土荷載)和化學(xué)因素(氯鹽、酸堿鹽等有害化學(xué)物質(zhì)等)的共同作用下，會發(fā)生腐蝕劣化，導(dǎo)致其承載能力降低，使用壽命縮短。
[0004]室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)方法因可模擬實(shí)際工程腐蝕劣化環(huán)境、并結(jié)合相似理論、電化學(xué)方法，可實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)結(jié)構(gòu)腐蝕劣化全過程性能的模擬試驗(yàn)，從而為隧道的設(shè)計、維護(hù)提供試驗(yàn)依據(jù)。目前對于隧道襯砌鋼筋混凝土的加速銹蝕試驗(yàn)主要針對鋼筋混凝土試件或隧道襯砌壓彎構(gòu)件開展，通常先采用電化學(xué)方法對鋼筋混凝土試件或構(gòu)件進(jìn)行加速銹蝕，然后對銹蝕后的試件或構(gòu)件進(jìn)行加載，測試銹蝕后試件或構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、破壞情況等力學(xué)及工程特性。這種先銹蝕、后承受荷載的試驗(yàn)場景，與荷載與侵蝕共同作用、同時進(jìn)行的隧道襯砌結(jié)真實(shí)環(huán)境不符，不能反映考慮隧道襯砌結(jié)構(gòu)周圍水土荷載環(huán)境和侵蝕劣化環(huán)境聯(lián)合作用下的性能衰退演變規(guī)律。其試驗(yàn)結(jié)果作為隧道設(shè)計、維護(hù)試驗(yàn)依據(jù)的可靠性有待提高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備，該試驗(yàn)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)水土荷載環(huán)境與周圍離子侵蝕環(huán)境同時、聯(lián)合作用下的隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)，其試驗(yàn)環(huán)境與隧道襯砌結(jié)構(gòu)的真實(shí)地下環(huán)境更接近，能更準(zhǔn)確的反映真實(shí)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律，從而為隧道工程的設(shè)計、維護(hù)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
[0006]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其目的所采用的第一種技術(shù)方案是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)備，其特征是:
[0007]隧道襯砌構(gòu)件下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構(gòu)件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側(cè)，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂?shù)淖蠖送ㄟ^壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0008]所述的隧道襯砌構(gòu)件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片和位移計；
[0009]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應(yīng)變片和位移計均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0010]所述的隧道襯砌構(gòu)件的頂部設(shè)有蓄水槽，所述的蓄水槽由防水材料在隧道襯砌構(gòu)件的頂部圍合形成;蓄水槽內(nèi)放置有不銹鋼網(wǎng)；
[0011]所述的不銹鋼網(wǎng)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
[0012]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其目的所采用的第二種技術(shù)方案是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:
[0013]隧道襯砌構(gòu)件下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿依次穿過左加載橫梁、右加載橫梁和自反力梁，螺紋拉桿的兩端連接有錨固螺栓，左加載橫梁、右加載橫梁均通過傳力襯墊分別與隧道襯砌構(gòu)件下部的左端和右端接觸；自反力梁位于右加載橫梁的右側(cè)，且自反力梁的左面固定有水平的液壓千斤頂，液壓千斤頂?shù)淖蠖送ㄟ^壓力傳感器與右加載橫梁的右面相連；
[0014]所述的隧道襯砌構(gòu)件的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片和位移計；
[0015]所述的液壓千斤頂、壓力傳感器、應(yīng)變片和位移計均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0016]所述的隧道襯砌構(gòu)件的前側(cè)面、后側(cè)面及底面，密封包裹一層防水材料形成保水區(qū)；隧道襯砌構(gòu)件前側(cè)面、后側(cè)面的防水材料伸出隧道襯砌構(gòu)件頂部的頂緣與隧道隧道襯砌構(gòu)件頂面左側(cè)和右側(cè)的防水材料，圍合形成襯砌構(gòu)件頂部的蓄水槽;在保水區(qū)內(nèi)的隧道襯砌構(gòu)件的前側(cè)面、后側(cè)面、底面及蓄水槽的底部布設(shè)不銹鋼網(wǎng)；并在保水區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)與防水材料之間填充吸水海綿；
[0017]所述的不銹鋼網(wǎng)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
[0018]本實(shí)用新型試驗(yàn)設(shè)備的工作過程和原理是:
[0019]將高強(qiáng)傳力螺紋拉桿兩端的錨固螺栓擰緊，使左加載橫梁、右加載橫梁錨固在待測的隧道襯砌構(gòu)件左右兩側(cè)的下部。將腐蝕液灌入蓄水槽中，對第一種技術(shù)方案的裝置，腐蝕液即經(jīng)隧道襯砌構(gòu)件的頂面向下滲透，在隧道襯砌構(gòu)件頂部附近形成頂面腐蝕區(qū)；對第二種技術(shù)方案的裝置則在腐蝕液即經(jīng)隧道襯砌構(gòu)件的頂面、側(cè)面、底面向隧道襯砌構(gòu)件內(nèi)部滲透，在隧道襯砌構(gòu)件周圍形成全向腐蝕區(qū)。
[0020]隨后，數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)控制液壓千斤頂向右加載橫梁施加載荷，隧道襯砌構(gòu)件下部的左右兩側(cè)即受到中軸線以下的偏心擠壓(彎矩載荷)，其載荷值的大小由壓力傳感器實(shí)時測出并反饋給數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)。同時，穩(wěn)流直流電源啟動，直流電流依次通過穩(wěn)流直流電源的陽極、隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋、頂面腐蝕區(qū)(第一種方案)或全向腐蝕區(qū)(第二種方案)的腐蝕液，腐蝕區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)流向穩(wěn)流直流電源的陰極，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕回路，從而在承載狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)對隧道襯砌構(gòu)件的加速腐蝕試驗(yàn)。
[0021 ]在加速腐蝕試驗(yàn)過程中，應(yīng)變片和位移計實(shí)時測出隧道襯砌構(gòu)件的應(yīng)變和變形位移;并可通過鋼筋銹蝕儀測試出隧道襯砌構(gòu)件的鋼筋銹蝕劣化程度，通過超聲無損探測儀探測出構(gòu)件內(nèi)部的損傷演化過程，通過裂縫深度寬度測試儀記錄待加載腐蝕構(gòu)件裂縫開展變化過程。試驗(yàn)完成后，通過對載荷值、腐蝕液種類、應(yīng)變、位移、鋼筋銹蝕程度、裂縫開展變化的分析、處理即可得出隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律，從而為隧道工程的設(shè)計、維護(hù)提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0023]由螺紋拉桿，左、右加載橫梁，自反力梁和液壓千斤頂組成的加載裝置通過由彎矩、軸力導(dǎo)入的方式，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行可控加載，真實(shí)地模擬運(yùn)營期隧道襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。同時，由穩(wěn)流直流電源、頂面腐蝕區(qū)或全向腐蝕區(qū)的腐蝕液，腐蝕液內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)及隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋組成的電化學(xué)加速腐蝕系統(tǒng)對隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加速腐蝕劣化。應(yīng)變片、位移計、壓力傳感器等實(shí)時測出隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變、變形位移等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)。
[0024]總之。本實(shí)用新型的試驗(yàn)環(huán)境為荷載、侵蝕共同作用的環(huán)境，它與隧道襯砌結(jié)構(gòu)真實(shí)的地下環(huán)境更接近，能更準(zhǔn)確的反映真實(shí)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的性能衰退演變規(guī)律;從而能為隧道工程的設(shè)計、維護(hù)提供更加可靠的試驗(yàn)依據(jù)。
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0027]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的主視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0028]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一■的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0029]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例一
[0031]圖1-2示出，本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)備，其特征是:
[0032]隧道襯砌構(gòu)件10下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿3，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿3依次穿過左加載橫梁2、右加載橫梁I和自反力梁5，螺紋拉桿3的兩端連接有錨固螺栓6，左加載橫梁2、右加載橫梁I均通過傳力襯墊4分別與隧道襯砌構(gòu)件10下部的左端和右端接觸；自反力梁5位于右加載橫梁I的右側(cè)，且自反力梁5的左面固定有水平的液壓千斤頂7，液壓千斤頂7的左端通過壓力傳感器8與右加載橫梁I的右面相連；
[0033]所述的隧道襯砌構(gòu)件10的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片21和位移計22;
[0034]所述的液壓千斤頂7、壓力傳感器8、應(yīng)變片21和位移計22均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0035]所述的隧道襯砌構(gòu)件10的頂部設(shè)有蓄水槽11，所述的蓄水槽11由防水材料14在隧道襯砌構(gòu)件10的頂部圍合形成;蓄水槽11內(nèi)放置有不銹鋼網(wǎng)12;
[0036]所述的不銹鋼網(wǎng)12通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件10的鋼筋1a則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
[0037]實(shí)施例二
[0038]圖3-4示出，本實(shí)用新型的第二種【具體實(shí)施方式】是，一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)備，其特征是:
[0039]2、一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:
[0040]隧道襯砌構(gòu)件10下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿3，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿3依次穿過左加載橫梁2、右加載橫梁I和自反力梁5，螺紋拉桿3的兩端連接有錨固螺栓6，左加載橫梁2、右加載橫梁I均通過傳力襯墊4分別與隧道襯砌構(gòu)件10下部的左端和右端接觸；自反力梁5位于右加載橫梁I的右側(cè)，且自反力梁5的左面固定有水平的液壓千斤頂7，液壓千斤頂7的左端通過壓力傳感器8與右加載橫梁I的右面相連；
[0041 ]所述的隧道襯砌構(gòu)件10的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片21和位移計22;
[0042]所述的液壓千斤頂7、壓力傳感器8、應(yīng)變片21和位移計22均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連；
[0043]所述的隧道襯砌構(gòu)件10的前側(cè)面、后側(cè)面及底面，密封包裹一層防水材料14形成保水區(qū)；隧道襯砌構(gòu)件10前側(cè)面、后側(cè)面的防水材料14伸出隧道襯砌構(gòu)件10頂部的頂緣與隧道襯砌構(gòu)件10頂面左側(cè)和右側(cè)的防水材料14，圍合形成襯砌構(gòu)件10頂部的蓄水槽11’ ；在保水區(qū)內(nèi)的隧道襯砌構(gòu)件10的前側(cè)面、后側(cè)面、底面及蓄水槽11’的底部布設(shè)不銹鋼網(wǎng)12;并在保水區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)12與防水材料14之間填充吸水海綿15;
[0044]所述的不銹鋼網(wǎng)12通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件10的鋼筋1a則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備，其特征是: 隧道襯砌構(gòu)件(10)下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿(3)，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿(3)依次穿過左加載橫梁(2)、右加載橫梁(I)和自反力梁(5)，螺紋拉桿(3)的兩端連接有錨固螺栓(6)，左加載橫梁(2)、右加載橫梁(I)均通過傳力襯墊(4)分別與隧道襯砌構(gòu)件(10)下部的左端和右端接觸；自反力梁(5)位于右加載橫梁(I)的右側(cè)，且自反力梁(5)的左面固定有水平的液壓千斤頂(7)，液壓千斤頂(7)的左端通過壓力傳感器(8)與右加載橫梁(I)的右面相連； 所述的隧道襯砌構(gòu)件(10)的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片(21)和位移計(22); 所述的液壓千斤頂(7)、壓力傳感器(8)、應(yīng)變片(21)和位移計(22)均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連； 所述的隧道襯砌構(gòu)件(10)的頂部設(shè)有蓄水槽(11)，所述的蓄水槽(11)由防水材料(14)在隧道襯砌構(gòu)件(10)的頂部圍合形成;蓄水槽(11)內(nèi)放置有不銹鋼網(wǎng)(12); 所述的不銹鋼網(wǎng)(12)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件(10)的鋼筋(1a)則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。2.一種承載狀態(tài)下隧道襯砌結(jié)構(gòu)加速腐蝕劣化試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于: 隧道襯砌構(gòu)件(10)下部的前后兩側(cè)均設(shè)有高強(qiáng)傳力螺紋拉桿(3)，高強(qiáng)傳力螺紋拉桿(3)依次穿過左加載橫梁(2)、右加載橫梁(I)和自反力梁(5)，螺紋拉桿(3)的兩端連接有錨固螺栓(6)，左加載橫梁(2)、右加載橫梁(I)均通過傳力襯墊(4)分別與隧道襯砌構(gòu)件(10)下部的左端和右端接觸；自反力梁(5)位于右加載橫梁(I)的右側(cè)，且自反力梁(5)的左面固定有水平的液壓千斤頂(7)，液壓千斤頂(7)的左端通過壓力傳感器(8)與右加載橫梁(I)的右面相連； 所述的隧道襯砌構(gòu)件(10)的混凝土和鋼筋表面均安裝有應(yīng)變片(21)和位移計(22); 所述的液壓千斤頂(7)、壓力傳感器(8)、應(yīng)變片(21)和位移計(22)均與數(shù)據(jù)處理及控制系統(tǒng)相連； 所述的隧道襯砌構(gòu)件(10)的前側(cè)面、后側(cè)面及底面，密封包裹一層防水材料(14)形成保水區(qū)；隧道襯砌構(gòu)件(10)前側(cè)面、后側(cè)面的防水材料(14)伸出隧道襯砌構(gòu)件(10)頂部的頂緣與隧道隧道襯砌構(gòu)件(10)頂面左側(cè)和右側(cè)的防水材料(14)，圍合形成襯砌構(gòu)件(10)頂部的蓄水槽(11’)；在保水區(qū)內(nèi)的隧道襯砌構(gòu)件(10)的前側(cè)面、后側(cè)面、底面及蓄水槽(11’)的底部布設(shè)不銹鋼網(wǎng)(12);并在保水區(qū)內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)(12)與防水材料(14)之間填充吸水海綿(15); 所述的不銹鋼網(wǎng)(12)通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陰極電連接;隧道襯砌構(gòu)件(10)的鋼筋(1a)則通過導(dǎo)電線與穩(wěn)流直流電源的陽極電連接。
【文檔編號】G01N17/00GK205483953SQ201620052675
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】封坤, 劉四進(jìn), 何川, 安哲立
【申請人】西南交通大學(xué)