[发明专利]承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀劣化试验装置

说明书

一种承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀试验装置，它由螺纹拉杆，左、右加载横梁，自反力梁和液压千斤顶组成的加载装置，加载装置通过由弯矩、轴力导入的方式，对隧道衬砌结构构件进行可控加载，真实地模拟运营期隧道衬砌结构的实际受力状态。同时，由稳流直流电源、顶面腐蚀区或全向腐蚀区的腐蚀液，腐蚀液内的不锈钢网及隧道衬砌结构构件的钢筋组成电化学加速腐蚀系统，电化学加速腐蚀系统通过对隧道衬砌结构构件进行加速腐蚀劣化。应变片、位移计、压力传感器等实时测出隧道衬砌结构构件的应变、变形位移等数据，从而实现了承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀劣化试验。其试验环境为荷载、侵蚀共同作用的环境，它与隧道衬砌结构真实的地下环境更接近，能更准确的反映真实隧道衬砌结构的性能衰退演变规律；从而能为隧道工程的设计、维护提供更加可靠的试验依据。

技术领域

本发明涉及承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀劣化试验装置。

背景技术

随着现阶段我国城市轨道交通、越江跨海通道工程的蓬勃发展，交通隧道工程因其交通保障性能良好、结构相对安全等优势，已逐渐成为交通工程比选中的主要方案。

较之地面结构，由于地下水土环境的复杂性，隧道衬砌结构在水土荷载和周围侵蚀环境的联合作用下，其衬砌结构力学性能将在服役一段时间后发生更大的劣化衰退：一方面，侵蚀环境特有的Cl^-、Mg²⁺、SO₄^2-等腐蚀性离子将随着地下水、海水等缓慢侵入隧道中，导致衬砌中的钢筋过早锈蚀，使钢筋混凝土出现锈蚀劣化，使结构出现裂损或局部破坏；另一方面，隧道衬砌结构需长期承受岩土体围岩压力和水压力的作用，将加速材料及结构的腐蚀劣化。也即，隧道衬砌结构在力学因素(水土荷载)和化学因素(氯盐、酸碱盐等有害化学物质等)的共同作用下，会发生腐蚀劣化，导致其承载能力降低，使用寿命缩短。

室内加速腐蚀试验方法因可模拟实际工程腐蚀劣化环境、并结合相似理论、电化学方法，可实现短期内结构腐蚀劣化全过程性能的模拟试验，从而为隧道的设计、维护提供试验依据。目前对于隧道衬砌钢筋混凝土的加速锈蚀试验主要针对钢筋混凝土试件或隧道衬砌压弯构件开展，通常先采用电化学方法对钢筋混凝土试件或构件进行加速锈蚀，然后对锈蚀后的试件或构件进行加载，测试锈蚀后试件或构件的强度、刚度、破坏情况等力学及工程特性。这种先锈蚀、后承受荷载的试验场景，与荷载与侵蚀共同作用、同时进行的隧道衬砌结真实环境不符，不能反映考虑隧道衬砌结构周围水土荷载环境和侵蚀劣化环境联合作用下的性能衰退演变规律。其试验结果作为隧道设计、维护试验依据的可靠性有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀劣化试验装置，该试验装置可实现水土荷载环境与周围离子侵蚀环境同时、联合作用下的隧道衬砌结构加速腐蚀试验，其试验环境与隧道衬砌结构的真实地下环境更接近，能更准确的反映真实隧道衬砌结构的性能衰退演变规律，从而为隧道工程的设计、维护提供更加可靠的试验依据。

本发明实现其发明目的所采用的第一种技术方案是，一种承载状态下隧道衬砌结构加速腐蚀试验装置，其特征是：

隧道衬砌构件下部的前后两侧均设有高强传力螺纹拉杆，高强传力螺纹拉杆依次穿过左加载横梁、右加载横梁和自反力梁，螺纹拉杆的两端连接有锚固螺栓，左加载横梁、右加载横梁均通过传力衬垫分别与隧道衬砌构件下部的左端和右端接触；自反力梁位于右加载横梁的右侧，且自反力梁的左面固定有水平的液压千斤顶，液压千斤顶的左端通过压力传感器与右加载横梁的右面相连；

所述的隧道衬砌构件的混凝土和钢筋表面均安装有应变片和位移计；

所述的液压千斤顶、压力传感器、应变片和位移计均与数据处理及控制系统相连；

所述的隧道衬砌构件的顶部设有蓄水槽，所述的蓄水槽由防水材料在隧道衬砌构件的顶部围合形成；蓄水槽内放置有不锈钢网；