[发明专利]持载构件的自然暴露实验装置及方法

说明书

本发明涉及持载构件的自然暴露实验装置，包括用于支撑试件的反力架、用于给试件加载的加载装置以及测试装置，试件为长条形试件，若干个试件并排放置于反力架上，反力架分别支撑试件的两个位置，加载装置位于反力架的两个支撑位置之间，加载装置施加给试件一个与重力方向相同的力，测试装置包括压力传感器和数显式应变计，压力传感器位于加载装置与试件之间，用于测试试件受到的压力，数显式应变计位于试件的受拉部位，用于测量试件的受拉部位的变形情况。本发明能够实现多种环境下持载构件的自然暴露实验，通用性好，适用范围广；能够同时对多个试件实施相同环境与荷载共同作用下的自然暴露实验，以便于对其长期力学性能的统计分析。

技术领域

本发明涉及材料力学实验领域，特别是涉及持载构件的自然暴露实验装置 及方法。

背景技术

长期以来，模拟自然环境下结构性能退化的自然暴露实验只对材料(小试 件)实施无荷载作用的自然暴露实验。这种无荷载作用的自然暴露实验显然与 桥梁、房屋、场馆、港口码头、水坝、舰船、深海平台、车辆、航空器等建筑 物或器械的服役环境有异，其实验结果无法直接应用于上述建筑物或器械的设 计和安全评价等。

进入本世纪后，世界各国开始重视对服役环境与荷载共同作用下结构物的 长期力学性能/耐久性的研究。与此相对应，通过自行研制的简易实验装置，考 虑恒载(持载)下材料(小试件)的自然暴露实验也偶见报道。目前，持载下 的材料(小试件)的自然暴露实验方法及装置存在以下问题：1)在长期实验中 荷载的精确控制困难。主要原因是实验装置的结构还不够合理，或是装置中的 主要受力构件的刚度不足，或是测量仪器的精度或耐久性不足；2)多环境下能 够通用的实验方法及装置未见报道。目前报道的自然暴露实验方法和装置都为 某特定环境下的实验方法和装置，不具有通用性；3)实验数据的长期连续测试和采集困难。目前报道的自然暴露实验中试件的变形是通过应变片等来测试， 但采用应变片的测试方法由于其使用寿命过短及电力等保障措施困难而很难做 到长期连续测试和采集；4)实验场地、条件和装置的长期维护困难。自然暴露 实验的周期一般需要几十年甚至上百年，在这样长的周期里维持设定的实验条 件(环境、受力等)、保障实验装置的功能及稳定性、维护实验场地等，都是异 常艰巨的工作；5)试件受力及变形测试方法有待完善。一方面，目前的测试方 法无法适应试件随着所处环境变化而引起的变形和受力变化规律的测试，既无 法完整、实时、高精度地捕捉到试件的变形和受力随环境变化而变化的数据。另一方面，以往的自然暴露实验装置无法同时对多个试件实施相同环境与荷载 共同作用下的自然暴露实验，不利于对其长期力学性能进行统计分析；6)构件 及结构层次的持载构件的自然暴露实验未见报道。一方面，目前的自然暴露实 验大都是针对材料(小试件)实施的，但这样的实验结果无法反映尺寸效应、 几何效应等，与实际结构或构件的长期力学性能变化规律是有差异的。另一方 面，偶见报道的构件层次的自然暴露实验，其构件是不承受外加载荷的。因此， 需要对实际结构、构件在自然环境下实施长期的持载的暴露实验。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供持载构件的 自然暴露实验装置，其能够在长期实验中精确控制载荷，适合多环境下实验， 便于实验数据的长期连续测试，便于采集数据，便于维护。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供持载构件的 自然暴露实验方法，其能够完整、实时、高精度地捕捉到试件的变形和受力随 环境变化而变化的数据，且能同时对多个试件实施相同环境与载荷共同作用下 的自然暴露实验。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

持载构件的自然暴露实验装置，包括用于支撑试件的反力架、用于给试件 加载的加载装置以及测试装置，试件为长条形试件，若干个试件并排放置于反 力架上，反力架分别支撑试件的两个位置，加载装置位于反力架的两个支撑位 置之间，加载装置施加给试件一个与重力方向相同的力，测试装置包括压力传 感器和数显式应变计，压力传感器位于加载装置与试件之间，用于测试试件受 到的压力，数显式应变计位于试件的受拉部位，用于测量试件的受拉部位的变 形情况。