具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

为了便于在荷载和环境耦合作用下，更好地进行混凝土构件耐久性研究，提出一种用于混凝土构件耐久性试验的加载装置，如图1所示，其包括加载组件和底部支撑组件。

加载组件，如图1和图2所示，其包括上施力板1、第一螺杆5、第二螺杆18、螺母6、测力传感器2、千斤顶3、下施力板4、弹簧7、锥形定位销 19、第二千分表20和承力板8。如图2所示，测力传感器2和千斤顶3位于上施力板1和下施力板4之间，测力传感器2的第一端和上施力板1的下表面固定连接，测力传感器2的第二端和千斤顶3的第一端连接，千斤顶3的第二端和下施力板4的上表面连接，弹簧7位于下施力板4和承力板8之间，弹簧 7的第一端和下施力板4下表面的第一端固定连接，弹簧7的第二端和承力板 8上表面的第一端固定连接，上施力板1施加的力通过承力板8传递到混凝土试件。进一步地，假设每根螺杆所承受的荷载为P，为防止加载装置松动，选用自锁性能更好的细牙螺纹，根据规范选择螺杆的直径d，要求P<F_P(保证载荷)，再根据螺杆的型号选择配套螺母，螺杆的中心线到混凝土试件侧表面的距离为d/2，其中，d为螺杆的直径。

第二千分表20的第一端和承力板8上表面的第二端接触，第二千分表20 的第二端和地面固定连接，锥形定位销19位于弹簧7的内部，第一螺杆5和第二螺杆18的第一端分别通过螺母6与上施力板1上表面的两端固定连接，第一螺杆5和第二螺杆18的第二端依次分别穿过上施力板1、下施力板4和承力板8的两端通过螺母6与第一L型角钢11和第二L型角钢16的第一端连接，第一螺杆5和第二螺杆18的第二端分别位于第一L型角钢11和第二L 型角钢16横边的内侧，第一螺杆5和第二螺杆18的第二端分别焊接加劲肋 13，用来抵在第一螺杆5和第二螺杆18第二端的两侧并与L型角钢竖边焊接相连。

本发明加载装置中弹簧7型号及数量的选择根据装置的受力大小决定，为确保荷载恒定，长期荷载作用下，由混凝土徐变引起的构件挠度增量应不超过弹簧7初始压缩量的5％。在发明的一个优选实施例中，单侧加载点分两排均匀布置6个弹簧7。为固定弹簧7，保证弹簧7只发生竖向压缩，在弹簧7与承力板8、下施力板4接触的位置安装锥形定位销19，锥形定位销19底部的半径与弹簧7的内径相同。

底部支撑组件，如图1和图2所示，其包括支座9、底板10、第一L型角钢11、连接板12、加强肋13、有机玻璃槽14、第一千分表15、第三千分表 21、第二L型角钢16和第三L型角钢17，第一L型角钢11和第二L型角钢 16倒放与地面接触作为竖向支撑。如图3所示，第一L型角钢11的第二端和连接板12的第一端固定连接，连接板12的第二端和第二L型角钢16的第二端固定连接，第一L型角钢11和第二L型角钢16之间沿全长等距离焊接连接板12，保证底部支撑有足够的刚度；底板10的第一端分别与第一L型角钢 11和第二L型角钢16的第三端固定连接，增大连接的刚度，底板10的第二端和支座9的第一端固定连接，第三千分表21的第一端和支座9的第二端接触，第三千分表21的第二端和地面固定连接。

如图4所示，加强肋13对称分布在螺杆的两侧，并分别与第一L型角钢 11和第二L型角钢16固定连接，有机玻璃槽14位于混凝土构件中部的上表面，第三L型角钢17的第一端和混凝土构件中部的一侧固定连接，第一千分表15的第一端和第三L型角钢17的第二端接触，第一千分表15的第二端和地面固定连接。

具体而言，在加载装置中，加载组件对称分布在底部支撑组件的两侧；在加载组件中，上施力板1和下施力板4的外形均为矩形，螺杆的中心到施力板边缘的距离大于2d且小于4d或8t₁两者的较小值，其中d为螺杆直径，t₁为下施力板的厚度。

进一步的，为了保证加载装置进行试验的良好性，本加载装置中的一些关键零件应满足如下要求：

下施力板4的厚度t₁和承力板8的厚度t₂相等，上施力板1厚度的表达式为：t₀＝t₁+10mm；承力板8的宽度和施力板的宽度相等，承力板8的长度表达式为：l₂＝l₁+50mm，其中，l₁为施力板的长度；承力板8的厚度t₂应满足如下表达式：

式中，[σ]为钢材弯曲许用应力，[τ]为钢材剪切许用应力，E_s为钢材弹性模量，P为单侧加载点的加载值，b为混凝土构件的宽度，b₁为承力板的宽度， w_max为钢材刚度的最大变形值；

支座9的长度l₃的表达式为：l₃＝b+100mm，其中，b为混凝土构件宽度；支座9的半径r应满足如下表达式：

式中，E_s为钢材弹性模量，P为单侧加载点加载值，b为混凝土构件宽度， f为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值。

底板10的宽度与混凝土构件宽度相等；底板10的长度与混凝土构件长度相等；底板10的厚度t₃满足如下表达式：

式中，P为单侧加载点加载值，l₀为混凝土构件净跨长度，E_s为钢材弹性模量，b为混凝土构件宽度，w_max为钢材刚度的最大变形值。

第一L型角钢11和第二L型角钢16的第二端长度B分别满足如下表达式：

B≥B₁+2.5d

式中，d为螺杆直径，B₁为第一L型角钢或第二L型角钢的第二端和底板固定连接的长度；

第一L型角钢11和第二L型角钢16的厚度t₄≥10mm。

连接板12的长度l₄表达式为：l₄＝b-2B₁，其中，b为混凝土构件宽度，B₁为第一L型角钢或第二L型角钢的第二端和底板固定连接的长度；连接板12 的宽度b₃的表达式为：b₃＝b₂-20mm，其中，b₂为第一L型角钢或第二L型角钢第三端的长度；连接板12的厚度t₅≥10mm。

优选地，本发明的加载装置满足以下条件:①避免因构件自重引起荷载差异，导致试验结果不准确；②能较为精准地控制施加荷载的大小以及保持两个加载点施加荷载的平衡；③长期荷载作用下，由混凝土徐变引起的构件挠度增量不超过弹簧初始压缩量的5％，确保长期加载过程中荷载恒定；④为模拟实际工况，构件将进行溶液侵蚀的干湿循环，试验装置占地面积不宜过大且便于进行干湿循环；⑤试验过程中，可持续对构件进行裂缝及挠度的观测和测定，为评定构件耐久性提供依据。

另一方面，用于混凝土构件耐久性试验加载装置的测量方法，如图5所示，其包括：

S1、计算：根据混凝土构件确定加载组件和底部支撑组件中部分零件的尺寸。

S2、分别组装加载组件和底部支撑组件：

S21、焊接底部支撑组件：分别将第一L型角钢11和第二L型角钢16与连接板12的两端焊接，将底板10的第一端焊接在第一L型角钢11和第二L 型角钢16的第三端，以混凝土构件底部计算长度的三分点距离将支座9焊接在底板10的第二端，将加强肋13分别焊接在螺杆的两侧。

S22、组装加载组件：分别将第一螺杆5和第二螺杆18依次穿过L型角钢、承力板8、上施力板1和下施力板4，且将锥形定位销19和弹簧7均匀布置在下施力板1和承力板4间，锥形定位销19的数量是弹簧7数量的两倍，将测力传感器2和千斤顶3安装在上施力板1和下施力板4之间，并拧紧上施力板上部的的螺母6，松开下施力板上部的螺母6。

S3、加载：以固定步长用油泵给位于底部支撑组件两端的加载组件中的千斤顶3加压，使加载组件中的弹簧7压缩。

S4、当测力传感器2的示数达到单侧加载点预定荷载值P时，拧紧下施力板4上部的螺母6，卸载千斤顶3并拆卸上施力板1。

S5、侵蚀：在有机玻璃槽14中注入和抽出氯盐或硫酸盐等侵蚀溶液，按照干湿循环机制，对混凝土构件进行干湿循环。

S6、观测：

S61、通过承力板8上的第二千分表20、支座9上的第三千分表21和混凝土构件跨中的第一千分表15，测量混凝土构件在长期加载过程中的跨中挠度，具体表达式如下：

δ＝δ₀-(δ₁+δ₂)/2

式中，δ₀为跨中千分表示数，δ₁、δ₂分别为两支座9上千分表的示数。

S62、使用裂缝测宽仪测量长期加载过程中混凝土构件的裂缝宽度并记录。

以下结合实例对本发明一种用于混凝土构件耐久性试验的加载装置及其测量方法做进一步描述：

选取混凝土构件的具体尺寸为：b×h×l＝200mm×300mm×2800mm，b 为混凝土构件的截面宽度，h为混凝土构件的截面高度，l为混凝土构件的长度；混凝土构件的净跨l₀为2400mm，纯弯段和剪弯段均为800mm。混凝土构件的底部采用两根直径为16mm的HRB400钢筋，混凝土构件的架立筋采用两根直径为10mm的HRB335钢筋，混凝土构件的全长每隔100mm布置有直径为8mm的HRB335箍筋。混凝土构件的设计强度为C40。

通过本加载装置试验的具体实施过程如下：

S1、计算：根据选择的混凝土构件确定加载组件和底部支撑组件中部分零件的尺寸，各零件的具体尺寸如下：

上施力板1的尺寸为150mm×350mm，厚度为25mm；下施力板4的尺寸为150mm×350mm，厚度为15mm；承力板8的尺寸为150mm×390mm，厚度为15mm；支座9半径为30mm，长度为300mm；底板10的尺寸为200mm ×2800mm，厚度为40mm；第一L型角钢11和第二L型角钢16尺寸均为140mm ×90mm，厚度为14mm；第三L型角钢17尺寸为50mm×50mm，厚度为3mm；连接板12的尺寸为70mm×70mm，厚度为10mm；加强肋13的尺寸为120mm ×65mm，尺寸为15mm；第一螺杆5和第二螺杆18均选用直径为27mm的国标细牙螺纹螺杆；螺母6与第一螺杆5和第二螺杆18配套；弹簧7的外径为 50mm，内径为30mm，节距为19mm，有效圈数为9圈，自由高度为185mm。

S2、分别组装加载组件和底部支撑组件：

S21、焊接底部支撑组件：分别将第一L型角钢11和第二L型角钢16与连接板12的两端焊接，将底板10的第一端焊接在第一L型角钢11和第二L 型角钢16的第三端，以混凝土构件底部计算长度的三分点距离将支座9焊接在底板10的第二端，将加强肋13分别焊接在螺杆的两侧；

S22、组装加载组件：分别将第一螺杆5和第二螺杆18依次穿过L型角钢、承力板8、上施力板1和下施力板4，且将锥形定位销19和弹簧7均匀布置在下施力板1和承力板4间，锥形定位销19的数量是弹簧7数量的两倍，将测力传感器2和千斤顶3安装在上施力板1和下施力板4之间，并拧紧上施力板上部的螺母6，松开下施力板上部的螺母6。

S3、加载：以固定步长用油泵给位于底部支撑组件两端的加载组件中的千斤顶3加压，使加载组件中的弹簧7压缩。

S4、当测力传感器2的示数达到单侧加载点预定荷载值P时，拧紧下施力板4上部的螺母6，卸载千斤顶3并拆卸上施力板1。

S5、侵蚀：在有机玻璃槽14中注入和抽出氯盐溶液，按照干湿循环机制，对混凝土构件进行干湿循环。

S6、观测：

S61、通过承力板8上的第二千分表20、支座9上的第三千分表21和混凝土构件跨中的第一千分表15，测量混凝土构件在长期加载过程中的跨中挠度，具体表达式如下：

δ＝δ₀-(δ₁+δ₂)/2

式中，δ₀为跨中千分表示数，δ₁、δ₂分别为支座9上千分表的示数。

S62、使用裂缝测宽仪测量长期加载过程中混凝土构件的裂缝宽度并记录。

传统采用两构件叠加的试验加载装置的测量计算过程如下：

在测量混凝土构件长期跨中挠度时，两根混凝土构件竖向叠放，位于支座上部的构件受自重和支座处荷载提供的弯矩，自重与挠曲方向相同；位于支座下部构件受两根混凝土构件自重和支座处荷载提供的弯矩，两根混凝土构件的自重与挠曲方向相反。混凝土构件自重引起的荷载差异带来的挠度影响不可忽略。

根据本实施例中混凝土构件的参数，通过以下公式计算采用两构件叠加的试验加载装置中，在长期荷载作用下混凝土构件跨中的长期挠度，其具体表达式如下：

式中，B_s为混凝土受弯构件短期刚度，E_s为钢筋的弹性模量，A_s为受拉区纵向钢筋截面面积，h₀为截面高度，ψ为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，α_E为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，ρ为纵向受拉钢筋配筋率，f_tk为混凝土轴心抗拉强度标准值，ρ_te为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，σ_s为按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋应力， M为按荷载准永久组合计算的弯矩值，B_l为混凝土受弯构件长期刚度，θ考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数。

式中，f为混凝土构件的跨中挠度，S为与荷载类型和支承条件有关的系数，P为单侧加载点加载值，l为构件净跨长度，B为混凝土受弯构件刚度。

根据混凝土构件的基本参数信息，可得混凝土构件的重力G＝2.96kN，混凝土构件的正截面承载力P_u＝42.5kN。

在两构件叠加的试验装置中施加0.4P_u荷载作用下，上部混凝土构件所受荷载为36.96kN，下部混凝土构件所受荷载为28.08kN，荷载差值达到8.88kN；上部混凝土构件和下部混凝土构件的长期挠度分别为3.09mm和2.38mm，上部混凝土构件挠度较下部混凝土构件的挠度增加了30％。

通过上述传统的两构件叠加的试验加载装置可知，混凝土构件正常使用阶段所受荷载水平较低，采用两构件叠加的试验加载装置测量混凝土构件长期跨中挠度时，混凝土构件自重引起的荷载差异导致构件挠度测量结果不准确。

本发明的加载装置采用一混凝土构件可以避免构件自重引起的荷载差异带来的挠度影响，试验结果更加准确；采用两混凝土构件叠加的加载装置，一般需设置用于浸泡构件及装置的溶液池，通过反复吊装构件或对溶液池反复充、放溶液实现干湿循环，所需溶液环境空间大、操作难度高；两混凝土构件叠加的加载装置进行长期试验时，一般需浸泡于溶液中，难以安装仪表测量混凝土构件其挠度；本发明采用一根混凝土构件且无需浸泡于溶液中，可在混凝土构件两端及跨中安装仪表测量混凝土构件的挠度；本发明装置占地面积小，能节约试验空间，结构简单、便于安装、操作方便。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。