CN102435405B - 试件应力测试方法及其应力听诊器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试件应力测试方法及其应力听诊器，该应力测试方法利用活塞推杆推动活塞内的活塞块提供气密式高压，以将应变片贴紧在试件的待测试区域，使得应变片能够与待测试区域的形变相协调，从而测取待测试区域的应变数值；其中，活塞推杆推动活塞块所产生的气密式高压通过试件与活塞之间形成的磁力维持；所述应力听诊器基于上述应力测试方法制得，其包括半封闭外壳、应力测定装置以及活塞式加压构件；因此，本发明所述的应力听诊器实现了应变／应力的快速检测，有效克服了粘贴应变片一次性使用、粘贴耗时等不足，大大提高了结构日常检测与维护的效率。因此，本发明作为检测设备，在结构检测，尤其是钢结构检测领域具有较大的优势与竞争力。

Description

试件应力测试方法及其应力听诊器

技术领域

本发明涉及一种试件应力测试方法及基于该应力测试方法的应力／应变测试装置，属于土木工程结构检测领域。

背景技术

随着大型桥梁的兴建与使用，桥梁结构，尤其是大型桥梁的日常检测与维护越来越受到重视。然而无论是传统的桥梁检测还是新兴的健康监测系统，均需要使用大量应变片，对于大型桥梁结构而言，这种“以量保质”的方式不得不提高检测成本。而“搜索式的结构损伤排查＋可疑区域的细部无损检测”的方案则为目前大型桥梁日常监测、维护的理想方法。尽管日前声发射技术在“损伤排查”区域得到了初步应用，但其技术难度大、检测成本高等不足限制了其进一步广泛使用。因此，研制经济、高效地结构损伤排查设备或装置具有十分现实的工程意义。

发明内容

本发明针对现有检测技术的不足，提供一种试件应力测试方法及基于该应力测试方法的应力听诊器，其针对目前传统应变片粘贴麻烦、单次使用等不足而提出，能在保证检测精度的同时有效克服上述不足，大大提高了桥梁检测效率与适用范围。因此，本发明在桥梁检测中颇有优势和竞争力。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种试件应力测试方法，利用活塞推杆推动活塞内的活塞块提供气密式高压，以将应变片贴紧在试件的待测试区域，使得应变片能够与待测试区域的形变相协调，从而测取待测试区域的应变数值；其中，活塞推杆推动活塞块所产生的气密式高压通过试件与活塞之间形成的磁力维持。

本发明的另一技术目的是提供一种基于上述试件应力测试方法的应力听诊器，包括半封闭外壳、应力测定装置以及加压构件；所述应力测定装置靠近半封闭外壳的敞口端设置，且应力测定装置与半封闭外壳的内壁气密封连接；所述加压构件包括活塞块以及推动活塞块在半封闭外壳的内腔平移的活塞推杆，该活塞块与半封闭外壳的内壁气密封连接，而活塞推杆的一端与活塞块刚性固连，另一端则与半封闭外壳的封闭端螺纹连接后采用螺帽锁紧；另外，半封闭外壳的封闭端、半封闭外壳的内壁以及活塞块围接而成的空间设置有通气孔，所述半封闭外壳采用磁性材料制作而成或者半封闭外壳的敞口端粘结磁性材料元件。

所述应力测定装置包括接触片以及弱弹模橡胶连接件，该接触片包括接触垫片以及粘贴在接触垫片上的应变片，且接触垫片通过弱弹模橡胶连接件与半封闭外壳的敞口端气密封连接，同时应变片与应变信号输出线的一端连接，而应变信号输出线的另一端依次穿过活塞块上所开设的通孔、通气孔后与应变仪连接，且应变信号输出线与活塞块上所开设通孔的孔壁间气密封连接。

所述半封闭外壳呈圆柱形设置；所述应力测定装置、加压构件与半封闭外壳同轴布置；所述弱弹模橡胶连接件内部设置与接触垫片外缘相适配的空腔，该弱弹模橡胶连接件箍紧接触垫片的外缘，且弱弹模橡胶连接件内腔由弦长不等的两组以上的扇面交错拼接而成。

所述半封闭外壳的敞口端安装圆环形高摩阻橡胶片。

所述活塞块包括金属圆盘以及安装在金属圆盘上的橡胶块，所述金属圆盘与活塞推杆固定，而橡胶块则与半封闭外壳的内壁气密封连接。

所述通气孔至少为三个，各通气孔均开设在半封闭外壳的内壁上，且各通气孔环形均布。

所述活塞推杆为螺杆。

根据以上的技术方案，与目前广泛使用的结构检测设备相比，本发明具有以下几个特点：

1、    操作便捷，测试速度快

应力听诊器可直接吸附于磁性结构表面，并且只要通过旋转螺帽即可完成应变片与待测结构的紧密连接；当数据采集完毕后，直接反向旋转螺帽即可。相比于传统的应变片粘贴方式，本产品的操作性能优势显著。

对于非磁性结构，如混凝土结构等，可利用环氧树脂在其表面粘贴磁性材料制成的薄片，再将应力听诊器吸附即可。

2、    循环使用，适用范围广

每次测试中，应力听诊器中的应变片均保留原有状态，在其表面无杂质附着的情况下，可用于下一次检测，这使得应力听诊器可多次、重复循环使用。此外，应力听诊器中的应变片可以是普通应变片，也可以是正弦式应变片等其他形式，可适用于各种结构的应变／应力检测。

3、    满足结构检测精度要求

本发明所述应力听诊器是通过高气压使应变片及接触垫片与待测结构紧密接触，其变形协调性能不如直接粘贴的应变片，故检测精度较粘贴式应变片低；但经过本申请人的相关结构试验表明，本发明所述的应力听诊器的应变／应力测试误差能够有效地控制在5%左右，满足实际工程中日常检测与损伤排查的要求。

综上所述，本发明主要适用于大型桥梁结构，尤其是钢桥的日常检测与损伤排查；通过快速、大范围的“应力听诊”，以确定现役桥梁可能存在的结构损伤，并采用其他设备对可疑区域进行细部检测。应力听诊器使得“搜索式的结构损伤排查＋可疑区域的细部无损检测”检测方式便捷化、简约化，可大大优化桥梁结构日常检测的资源分配，以实现结构检测的定期化与高效化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A-A结构示意图；

图3是图1中B向结构示意图；

其中：螺帽1；通气孔2；导线3；金属圆盘4；硅橡胶密封5；弱弹模橡胶连接件6；活塞推杆7；半封闭外壳8；活塞块9；高摩阻橡胶片10；接触片11；应变片12；导线口13。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

本发明公开了一种试件应力测试方法，其利用活塞推杆7推动活塞内的活塞块9提供气密式高压，以将应变片12贴紧在试件的待测试区域，使得应变片12能够与待测试区域的形变相协调，从而测取待测试区域的应变数值；其中，活塞推杆7推动活塞块9所产生的气密式高压通过试件与活塞之间形成的磁力维持。

基于上述的试件应力测试方法，本发明公开了一种应力听诊器，如图1至3所示，该应力听诊器包括半封闭外壳8、应力测定装置以及加压构件；所述应力测定装置靠近半封闭外壳8的敞口端设置，且应力测定装置与半封闭外壳8的内壁气密封连接；所述加压构件包括活塞块9以及推动活塞块9在半封闭外壳8的内腔平移的活塞推杆7，该活塞块9与半封闭外壳8的内壁气密封连接，而活塞推杆7的一端与活塞块9刚性固连，另一端则与半封闭外壳8的封闭端螺纹连接后采用螺帽1锁紧，本实施例中，所述活塞推杆7为螺杆；另外，半封闭外壳8的封闭端、半封闭外壳8的内壁以及活塞块9围接而成的空间设置有通气孔2，所述通气孔2至少为三个，各通气孔2均开设在半封闭外壳8的内壁上，且各通气孔2环形均布；所述半封闭外壳8采用磁性材料制作而成或者半封闭外壳8的敞口端粘结磁性材料元件。

如图2所示，所述应力测定装置包括接触片11以及弱弹模橡胶连接件6，该接触片11包括接触垫片以及粘贴在接触垫片上的应变片12，且接触垫片通过弱弹模橡胶连接件6与半封闭外壳8的敞口端气密封连接，同时应变片12与应变信号输出线的一端连接，而应变信号输出线的另一端依次穿过活塞块9上所开设的通孔、通气孔2后与应变仪连接，且应变信号输出线与活塞块9上所开设通孔的孔壁间气密封连接。所述半封闭外壳8呈圆柱形设置；所述应力测定装置、加压构件与半封闭外壳8同轴布置；所述弱弹模橡胶连接件6内部设置与接触垫片外缘相适配的空腔，该弱弹模橡胶连接件6箍紧接触垫片的外缘，且弱弹模橡胶连接件6内腔由弦长不等的两组以上的扇面交错拼接而成。所述半封闭外壳8的敞口端安装圆环形高摩阻橡胶片10。所述活塞块9包括金属圆盘4以及安装在金属圆盘4上的橡胶块，所述金属圆盘4与活塞推杆7固定，而橡胶块则与半封闭外壳8的内壁气密封连接。本发明中，弱弹模橡胶连接件是指变形能力比较好的橡胶片，以满足加压构件施压时，能够及时地实现应变片与测点的贴紧；高摩阻橡胶片具有较高的模阻，类似于活塞中常用的橡胶块模阻即可。

由此可知，本发明具有以下特点：

1、本发明利用气密式高压使应变片12及接触垫片与被测试区域贴紧，使其变形与测试区变形高度协调。

2、本发明采用强磁性金属外壳，通过磁力与待测结构上的铁磁性金属紧密连接，以提供舱室高压产生的作用反力。其中，为确保应力听诊器的密封性能，金属外壳与待测结构接触区域布置环向高摩阻橡胶。若被测结构为钢结构，则直接将应力听诊器附着于其上，同时施加气压即可；若被测结构为非铁磁性结构，如混凝土、砌体结构、木结构等，对其表面进行整平处理后，利用环氧树脂粘贴薄钢片，然后再将应力听诊器附着于其上。

3、强磁性金属外壳顶部开设螺纹孔，并将螺杆贯通于其中，金属外壳顶部设有螺帽1，通过旋转螺帽1可使螺杆上、下运动。螺杆底部设有金属圆盘4，圆盘另一侧粘贴密封橡胶活塞。金属圆盘4与橡胶活塞构成整体，其四周与金属外壳紧密接触，确保活塞下部空间的密封性，金属圆盘4同时提供了较大的刚度，避免活塞在加、减压过程中发生较大的变形。活塞中开设有一个小孔，用于导出应变片12的电信号。剩余空隙采用硅橡胶密封5。

4、活塞最高位置与金属外壳顶部均有一定的间距，在此范围内，金属外壳沿环向设有若干小孔，用于平衡活塞上部空间的气压，同时可作为导线的一个出口。

5、应变片12通过环氧树脂直接粘贴于接触垫片上。接触垫片厚度极小，通过弱弹模橡胶带与强磁性金属外壳连接，其中，橡胶带的厚度极小，且呈扇形布置，以均衡接触垫片的应力分布；接触垫片在与强磁性金属外壳连接前应施加环向预应力或双向预应力，使其处于绷紧状态。

6、应变可以为常规的应变片12，也可以是正弦式应变片12等。

Claims (5)

1.一种试件应力测试方法的应力听诊器，其特征在于：包括半封闭外壳、应力测定装置以及加压构件；所述应力测定装置靠近半封闭外壳的敞口端设置，且应力测定装置与半封闭外壳的内壁气密封连接；所述加压构件包括活塞块以及推动活塞块在半封闭外壳的内腔平移的活塞推杆，该活塞块与半封闭外壳的内壁气密封连接，而活塞推杆的一端与活塞块刚性固连，另一端则与半封闭外壳的封闭端螺纹连接后采用螺帽锁紧；另外，半封闭外壳的封闭端、半封闭外壳的内壁以及活塞块围接而成的空间设置有通气孔，所述半封闭外壳采用磁性材料制作而成或者半封闭外壳的敞口端粘结磁性材料元件；所述应力测定装置包括接触片以及弱弹模橡胶连接件，该接触片包括接触垫片以及粘贴在接触垫片上的应变片，且接触垫片通过弱弹模橡胶连接件与半封闭外壳的敞口端气密封连接，同时应变片与应变信号输出线的一端连接，而应变信号输出线的另一端依次穿过活塞块上所开设的通孔、通气孔后与应变仪连接，且应变信号输出线与活塞块上所开设通孔的孔壁间气密封连接；所述活塞块包括金属圆盘以及安装在金属圆盘上的橡胶块，所述金属圆盘与活塞推杆固定，而橡胶块则与半封闭外壳的内壁气密封连接。

2.根据权利要求1所述应力听诊器，其特征在于：所述半封闭外壳呈圆柱形设置；所述应力测定装置、加压构件与半封闭外壳同轴布置；所述弱弹模橡胶连接件内部设置与接触垫片外缘相适配的空腔，该弱弹模橡胶连接件箍紧接触垫片的外缘，且弱弹模橡胶连接件内腔由弦长不等的两组以上的扇面交错拼接而成。

3.根据权利要求2所述应力听诊器，其特征在于：所述半封闭外壳的敞口端安装圆环形高摩阻橡胶片。

4.根据权利要求1所述应力听诊器，其特征在于：所述通气孔至少为三个，各通气孔均开设在半封闭外壳的内壁上，且各通气孔环形均布。

5.根据权利要求1所述应力听诊器，其特征在于：所述活塞推杆为螺杆。

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