一种高性能工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及制备方法

1.本发明涉及一种高性能工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及制备方法。


背景技术：

2.腐蚀作为钢制桥梁所面临最常见且危害较大的问题之一，但我们现如今对它的研究大多还停留在对它的整体腐蚀上面，对局部腐蚀的研究较少，但局部腐蚀所带来的影响对钢制桥梁的整体稳定性和承载力的削减也是十分显著的，例如局部腐蚀会导致端部截面的损失，从而降低钢梁端部承载力，这也会降低整座桥梁的安全系数，因此对局部腐蚀钢梁端部性能的研究是非常有必要的。
3.局部腐蚀通常为腐蚀区域不规则的非均匀性腐蚀，为了便于模拟，将其简化为腐蚀区域为均匀的腐蚀，而且在现有的模拟实验中设备一般较大安装与拆卸时有一定的使用麻烦，腐蚀溶液的回收也是一个值得我们注意的问题。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提出了一种高性能工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及制备方法。
5.本发明提供一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，包括高性能工字形钢梁和设于所述高性能工字形钢梁上下两侧的不锈钢板，所述高性能工字形钢梁上侧的所述不锈钢板上设有具有导线的直流电源，所述高性能工字形钢梁内置定型腐蚀箱和腐蚀溶液输入箱，所述腐蚀溶液输入箱的顶端设有第一腐蚀溶液管，所述第一腐蚀溶液管通过塑胶管连接定型腐蚀箱，所述高性能工字形钢梁下侧的所述不锈钢板上设有支撑墩，以及设于所述支撑墩与所述不锈钢板之间的垫块，所述垫块的一侧设有腐蚀溶液回收箱，所述腐蚀溶液回收箱通过第二腐蚀溶液管和所述定型腐蚀箱连接。
6.进一步的，所述第二腐蚀溶液管上设有开关闸阀。
7.进一步的，所述定型腐蚀箱为内部空心结构，内部空心部分具有浓度为5%的nacl溶液。
8.进一步的，所述定型腐蚀箱和所述高性能工字形钢梁的连接封处具有防水封胶。
9.进一步的，所述定型腐蚀箱通过滑动式滚轮卡扣与所述高性能工字形钢梁固定。
10.进一步的，所述高性能工字形钢梁设有滑轨，所述滑轨用于所述滑动式滚轮卡扣滑轨进入，所述滑轨上设有滑动轮，所述滑动式滚轮卡扣和所述高性能工字形钢梁卡接，所述滑动式滚轮卡扣远离所述滑轨的表面设有两个相对设置的卡扣钢板，所述滑动式滚轮卡扣上设有拧块，所述拧块位于两个所述卡扣钢板之间，每一个所述卡扣钢板上设有卡扣连接螺丝，所述滑动式滚轮卡扣的相对两端设有塑料板。
11.第二部分，本发明提供一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的制备方法，包括如下步骤：步骤1，根据高性能工字形钢梁内部所拟定的腐蚀形状，制作所需尺寸的定型腐蚀
箱，腐蚀箱的尺寸大于所拟定的腐蚀形状尺寸1cm，腐蚀的尺寸形状根据实际拟定的大小来进行设置；步骤2，根据高性能工字形钢梁的的尺寸长度放置好支撑墩，在支撑墩的中心点处各放置一个垫块，高性能工字形钢梁左右两端的支撑受力点在所放置垫块的中心线上以保证受力的均匀性；步骤3，把腐蚀箱放置到高性能工字形钢梁的待腐蚀区；步骤4，将腐蚀箱用高性能工字形钢梁所预留的卡扣滑道上的卡扣把腐蚀箱给固定住，随后拧紧卡扣连接螺丝和锁定拧块；步骤5，在腐蚀装置与高性能工字形钢梁的连接处用防水封胶密实紧封；步骤6，将不锈钢板放置在高性能工字形钢梁上，腐蚀溶液输入箱中装载浓度为5%的nacl溶液，定型腐蚀箱通过第一腐蚀溶液管和塑胶管把腐蚀溶液输入箱中装载的浓度为5%的nacl溶液输入进来；步骤7，直流电源的正极电路通过导线连接定型腐蚀箱所覆盖的待腐蚀区域，电源的负极电路通过导线连接不锈钢板；步骤8，检查线路的连接是否正常，接通直流电源进行钢梁的腐蚀实验；步骤9，做完实验后腐蚀溶液可以通过打开开关闸阀从第二腐蚀溶液管回收进腐蚀溶液回收箱从而实现腐蚀溶液的回收；步骤10，所述直流电源的电流设置为1880ma，估算加速腐蚀的时间；步骤11，选择所述的高性能工字形钢梁区格内卡扣的强度设计与尺寸，容器所属压强的转化比为0.57-0.71。
12.与现有技术相比，本发明的优势如下：本发明的工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及其制备方法相较于现有技术的优势是，内置定型腐蚀箱由卡扣和凹槽来固定它的位置，所以它就能方便的更换定型腐蚀箱的形状从而来控制所腐蚀出的形状；而且在高性能工字形钢梁的腐蚀区下方放置了腐蚀溶液回收箱，当腐蚀实验做完时或者需要移动实验器材的时候，方便回收腐蚀溶液从而保证的实验场地的清洁与卫生，而且该实验设备易拆解，所以它的空间的要求不那么严苛，因此它可广泛应用于实际工程或是实验中的局部电化学加速腐蚀。
附图说明
13.图1为本发明的工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的结构示意图；图2为图1所示工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的内置定型腐蚀箱的结构示意图；图3为图1所示工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的滑动式滚轮卡扣的结构示意图；图4为图1所示工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的滑动式滚轮卡扣的卡扣固定示意图；图5为图1所示工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的滑动式滚轮卡扣咬合后示意图；图中：直流电源1、导线2、高性能工字形钢梁3、nacl溶液4、第一腐蚀溶液管5、塑胶
管6、腐蚀溶液输入箱7、垫块8、支撑墩9、第二输出腐蚀溶液管10、开关闸阀11、腐蚀溶液回收箱12、不锈钢板14、防水封胶15、定型腐蚀箱16、滑动轮17、卡扣钢板18、卡扣连接螺丝19、塑料板20、拧块21。
实施方式
14.下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
15.请参阅图1-图5，本发明提供一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，包括高性能工字形钢梁3和设于所述高性能工字形钢梁3上下两侧的不锈钢板14，所述高性能工字形钢梁3上侧的所述不锈钢板14上设有具有导线2的直流电源1，所述高性能工字形钢梁3内置定型腐蚀箱16和腐蚀溶液输入箱7，所述腐蚀溶液输入箱7的顶端设有第一腐蚀溶液管5，所述第一腐蚀溶液管5通过塑胶管6连接定型腐蚀箱16，所述高性能工字形钢梁3下侧的所述不锈钢板14上设有支撑墩9，以及设于所述支撑墩9与所述不锈钢板14之间的垫块8，所述垫块8的一侧设有腐蚀溶液回收箱12，所述腐蚀溶液回收箱12通过第二腐蚀溶液管10和所述定型腐蚀箱16连接。
16.其中，所述定型腐蚀箱的尺寸是由拟定所需腐蚀形状来定制。
17.在一个实施方式中，所述第二腐蚀溶液管10上设有开关闸阀11。
18.在一个实施方式中，所述定型腐蚀箱16为内部空心结构，内部空心部分具有浓度为5%的nacl溶液4。
19.在一个实施方式中，所述定型腐蚀箱16和所述高性能工字形钢梁3的连接封处具有防水封胶15,防水封胶用于防水的密封处理。
20.在一个实施方式中，所述定型腐蚀箱16通过滑动式滚轮卡扣与所述高性能工字形钢梁3固定。
21.其中，所以高性能工字形钢梁3的待腐蚀区要事先预制滑动轮轨以方便滑动式滚轮卡扣的滑动，在高性能工字形钢梁3和定型腐蚀箱16的左右两侧接触面的二分之一处和底面中部一共预留4条滑动轮轨。
22.在一个实施方式中，所述高性能工字形钢梁3设有滑轨，所述滑轨用于所述滑动式滚轮卡扣滑轨进入，所述滑轨上设有滑动轮17，所述滑动式滚轮卡扣和所述高性能工字形钢梁3卡接，所述滑动式滚轮卡扣远离所述滑轨的表面设有两个相对设置的卡扣钢板18，所述滑动式滚轮卡扣上设有拧块21，所述拧块21位于两个所述卡扣钢板18之间，每一个所述卡扣钢板18上设有卡扣连接螺丝19，所述滑动式滚轮卡扣的相对两端设有塑料板20。定型腐蚀箱与钢梁边相连接的边设有滑动式滚轮卡扣因此它能够自由移动，定型腐蚀箱的底面和左右两侧面附在钢梁上。
23.具体的，本发明的工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，包括定型腐蚀箱、滑动式滚轮卡扣、防水封胶；所示高性能工字形钢梁区格内的局部电化学腐蚀区由待腐蚀高性能工字形钢梁（3）和定型腐蚀箱（16）组成封闭式环境，又由滑动式滚轮卡扣把定型腐蚀箱（16）滑倒指定位置后，用防水封胶把可能会出现局部渗漏的地方都封堵一遍；
所述的定型腐蚀箱（16）与高性能工字形钢梁（3）在接触缝处的上部和下部都有能给予充分拉力的滑动式滚轮卡扣；所诉滑动式滚轮卡扣的上部滑动至下部咬合接口后；所述高性能工字形钢梁（3）和定型腐蚀箱（16）用滑动式滚轮卡扣连接后被固定下来；所述高性能工字形钢梁（3）预留和工定型腐蚀箱（16）所接触左右两侧接触面二分之一处和底部共设置了4条卡扣滑道，卡扣滑道的空间大小与动式滚轮卡扣（13）的厚度一致以增强密闭性；所述定型腐蚀箱通过滑动式滚轮卡扣安装在高性能工字形钢梁的底面和左右两壁板上；在两个支撑墩（9）上各放置垫块（8），高性能工字形钢梁（3） 放置在垫块（8）上，在高性能工字形钢梁（3）的右侧放置装腐蚀溶液的输入箱（7），装腐蚀溶液的输入箱用塑胶管（6）与第一腐蚀溶液管（5）相连接；用导线（2）连接直流电源（1）的正极电路到高性能工字形钢梁（3）的待腐蚀区，用另一根导线（2）连接直流电源（1）的负极和不锈钢板（14）；定型腐蚀箱（16）与高性能工字形钢梁（3）在连接处用防水封胶（15）把区域密封起来；再由装腐蚀溶液的输入箱（7）往钢梁的腐蚀区中注入nacl溶液（4），直至nacl溶液（4）浸没不锈钢板（14）和高性能工字形钢梁（3）待腐蚀的部位；第二腐蚀溶液管（10）从待腐蚀高性能工字形钢梁（3）的下方连接到腐蚀溶液回收箱（12）中，在第二腐蚀溶液管（10）的靠下部三分之一处安装开关闸阀（11）好控制溶液的流通；所示高性能工字形钢梁区格内的局部电化学腐蚀区的阳极导线（2）所连接的区域用一个定型腐蚀箱（16）来塑造一个特定的曲边腐蚀区；高性能工字形钢梁区格内的局部电化学腐蚀区由定型腐蚀箱（16）和滑动式滚轮卡扣所固定，再用防水封胶（15）来最后黏合加固。
24.另外，本发明还提供一种制备工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的方法，包括如下步骤：步骤1，根据高性能工字形钢梁3内部所拟定的腐蚀形状，制作所需尺寸的定型腐蚀箱16，腐蚀箱16的尺寸以大于所拟定的腐蚀形状尺寸1cm为最佳，腐蚀的尺寸形状根据实际拟定的大小来进行设置；步骤2，根据高性能工字形钢梁3的的尺寸长度放置好支撑墩9，在支撑墩9的中心点处各放置一个垫块8，高性能工字形钢梁3左右两端的支撑受力点在所放置垫块8的中心线上以保证受力的均匀性；步骤3，把腐蚀箱16放置到高性能工字形钢梁3的待腐蚀区；步骤4，将腐蚀箱16用高性能工字形钢梁3所预留的卡扣滑道上的卡扣把腐蚀箱16给固定住，随后拧紧卡扣连接螺丝和锁定拧块，从而实现牢牢固定腐蚀箱16，防止在做腐蚀实验时出现滑移现象；步骤5，在腐蚀装置与高性能工字形钢梁3所有的连接处都用防水封胶15密实紧封，从而防止腐蚀溶液出现渗漏现象；步骤6，将不锈钢板14放置在高性能工字形钢梁上，腐蚀溶液输入箱7中装载浓度为5%的nacl溶液4，定型腐蚀箱16通过第一腐蚀溶液管5和塑胶管6把腐蚀溶液输入箱7中装载的浓度为5%的nacl溶液4输入进来；步骤7，直流电源1的正极电路通过导线2连接定型腐蚀箱16所覆盖的待腐蚀区域，
电源的负极电路通过导线2连接不锈钢板14；步骤8，检查线路的连接是否正常，接通直流电源1进行钢梁的腐蚀实验；步骤9，做完实验后腐蚀溶液可以通过打开开关闸阀11从第二腐蚀溶液管10回收进腐蚀溶液回收箱12从而实现腐蚀溶液的回收；步骤10，所述直流电源2的电流设置为1880ma，并且可基于下述公式估算加速腐蚀的时间：；其中，e为电子电荷；m0为钢梁的初始质量；i为锈蚀电流；n为阿伏伽德罗常数；m为钢筋锈蚀后的质量；步骤11，所述的高性能工字形钢梁区格内卡扣的强度设计与尺寸的指导选择，其特征在于，容器所属压强的转化比为0.57-0.71，建议地取一个折中0.65的转化比，把定型腐蚀箱等效类比为一个三菱住，所以基于下述公式估算水压强于卡扣尺寸的指导选择：溶液体积为sh/3溶液质量为shρ/3溶液压力为shgρ/3因为容器所属压强的转化比建议地取为0.65所以卡扣所受压强为：n=0.65shgρ/3又因为底部一侧设计有两个卡扣所以每个卡扣所分到的压力为：n=0.65shgρ/6卡扣面积要满足应力的要求：；其中,s为定型腐蚀容器底面积；h为定型腐蚀容器的最大高度；g为质比系数9.8；ρ为腐蚀溶液的密度；σ
cr
为所选用钢材的极限受压正应力；a为卡扣的面积。最后用计算所得的a来确定卡扣的尺寸。
25.本发明的工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及其制备方法，内置定型腐蚀箱由卡扣和凹槽来固定它的位置，所以它就能方便的更换定型腐蚀箱的形状从而来控制所腐蚀出的形状；而且在高性能工字形钢梁的腐蚀区下方放置了腐蚀溶液回收箱，当腐蚀实验做完时或者需要移动实验器材的时候，方便回收腐蚀溶液从而保证的实验场地的清洁与卫生，而且该实验设备易拆解，所以它的空间的要求不那么严苛，因此它可广泛应用于实际工程或是实验中的局部电化学加速腐蚀。
26.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限于本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，包括高性能工字形钢梁和设于所述高性能工字形钢梁上下两侧的不锈钢板，所述高性能工字形钢梁上侧的所述不锈钢板上设有具有导线的直流电源，所述高性能工字形钢梁内置定型腐蚀箱和腐蚀溶液输入箱，所述腐蚀溶液输入箱的顶端设有第一腐蚀溶液管，所述第一腐蚀溶液管通过塑胶管连接定型腐蚀箱，所述高性能工字形钢梁下侧的所述不锈钢板上设有支撑墩，以及设于所述支撑墩与所述不锈钢板之间的垫块，所述垫块的一侧设有腐蚀溶液回收箱，所述腐蚀溶液回收箱通过第二腐蚀溶液管和所述定型腐蚀箱连接。2.根据权利要求1所述的一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，所述第二腐蚀溶液管上设有开关闸阀。3.根据权利要求2所述的一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，所述定型腐蚀箱为内部空心结构，内部空心部分具有浓度为5%的nacl溶液。4.根据权利要求3所述的一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，所述定型腐蚀箱和所述高性能工字形钢梁的连接封处具有防水封胶。5.根据权利要求4所述的一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，所述定型腐蚀箱通过滑动式滚轮卡扣与所述高性能工字形钢梁固定。6.根据权利要求5所述的一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置，其特征在于，所述高性能工字形钢梁设有滑轨，所述滑轨用于所述滑动式滚轮卡扣滑轨进入，所述滑轨上设有滑动轮，所述滑动式滚轮卡扣和所述高性能工字形钢梁卡接，所述滑动式滚轮卡扣远离所述滑轨的表面设有两个相对设置的卡扣钢板，所述滑动式滚轮卡扣上设有拧块，所述拧块位于两个所述卡扣钢板之间，每一个所述卡扣钢板上设有卡扣连接螺丝，所述滑动式滚轮卡扣的相对两端设有塑料板。7.一种工字型高性能钢梁局部曲边锈蚀模拟装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据高性能工字形钢梁内部所拟定的腐蚀形状，制作所需尺寸的定型腐蚀箱，腐蚀箱的尺寸大于所拟定的腐蚀形状尺寸1cm，腐蚀的尺寸形状根据实际拟定的大小来进行设置；步骤2，根据高性能工字形钢梁的的尺寸长度放置好支撑墩，在支撑墩的中心点处各放置一个垫块，高性能工字形钢梁左右两端的支撑受力点在所放置垫块的中心线上以保证受力的均匀性；步骤3，把腐蚀箱放置到高性能工字形钢梁的待腐蚀区；步骤4，将腐蚀箱用高性能工字形钢梁所预留的卡扣滑道上的卡扣把腐蚀箱给固定住，随后拧紧卡扣连接螺丝和锁定拧块；步骤5，在腐蚀装置与高性能工字形钢梁的连接处用防水封胶密实紧封；步骤6，将不锈钢板放置在高性能工字形钢梁上，腐蚀溶液输入箱中装载浓度为5%的nacl溶液，定型腐蚀箱通过第一腐蚀溶液管和塑胶管把腐蚀溶液输入箱中装载的浓度为5%的nacl溶液输入进来；步骤7，直流电源的正极电路通过导线连接定型腐蚀箱所覆盖的待腐蚀区域，电源的负极电路通过导线连接不锈钢板；步骤8，检查线路的连接是否正常，接通直流电源进行钢梁的腐蚀实验；
步骤9，做完实验后腐蚀溶液可以通过打开开关闸阀从第二腐蚀溶液管回收进腐蚀溶液回收箱从而实现腐蚀溶液的回收；步骤10，所述直流电源的电流设置为1880ma，估算加速腐蚀的时间；步骤11，选择所述的高性能工字形钢梁区格内卡扣的强度设计与尺寸，容器所属压强的转化比为0.57-0.71。

技术总结
一种高性能工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及制备方法。所述装置包括高性能工字形钢梁和设于所述高性能工字形钢梁上下两侧的不锈钢板，所述高性能工字形钢梁上侧的所述不锈钢板上设有具有导线的直流电源，所述高性能工字形钢梁内置定型腐蚀箱和腐蚀溶液输入箱，所述腐蚀溶液输入箱的顶端设有第一腐蚀溶液管，所述第一腐蚀溶液管通过塑胶管连接定型腐蚀箱，所述高性能工字形钢梁下侧的所述不锈钢板上设有支撑墩。本发明的工字型钢梁局部曲边锈蚀模拟装置及其制备方法，操作简单方便实验，不但具有方便定制安装的直流电源，还具有可拆卸回收的腐蚀溶液系统，在做实验的同时既保证了实验能正常安全的完成下去，又起到了保护环境等优点。境等优点。境等优点。


技术研发人员：肖林发 方军 陈曦 陈华鹏 刘林芽
受保护的技术使用者：华东交通大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/14