CN103512807B - 一种混凝土半球壳的新型极限内压力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，包括胶囊、封挡装置、加压装置、形变检测装置和数据采集处理装置。如此，本发明利用加压装置给胶囊加压，胶囊将膨胀压力均匀施加于混凝土半球壳内表面，加压装置对胶囊加压直至破坏，并将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置检测混凝土半球壳的形变，将形变量等信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对各信号进行分析处理，得出钢筋混凝土半球壳的内压力极限以及内压力与破坏形式等的关系，与现有技术相比，利用本发明重复检测不同厚度、半径、钢筋构成等的混凝土半球壳，可预测混凝土半球壳可能出现的破坏形式；本发明还提出一种基于上述测试装置的测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物或构筑物中壳体结构的测试技术领域，具体涉及一种可测试钢筋混凝土半球壳所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置及测试方法。
背景技术
核电站的安全壳、海洋平台、大型筒仓和储液罐等是近年来发展迅速、前景广阔的工业领域，多为国家的大型重点工程，这些建筑物或构筑物的安全性便引起了各方的重视。
在实际建筑物或构筑物中的混凝土半球壳经常因内压力过大，自身强度不足而出现混凝土半球壳破裂等事故，但是由于这些建筑物或构筑物的体量较大、结构形式复杂等因素，工程技术人员难以开展准确的原型结构的科学实验研究，不便测试钢筋混凝土半球壳所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素，进而无法预测出混凝土半球壳在承受相应内压时可能出现的破坏形式及极限内压力的影响因素，以给出混凝土半球壳厚薄界限的建议值，对该类结构的工程设计进行指导，以提高该类结构抵御发生事故的能力。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的其一目的在于提供一种测试钢筋混凝土半球壳所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，进而可预测出混凝土半球壳在承受相应内压时可能出现的破坏形式及极限内压力的影响因素，从而给出混凝土半球壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地提高该类结构抵御发生事故的能力。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置的测试方法，可高效实现上述目的。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，包括胀设于混凝土半球壳内的胶囊，封挡于混凝土半球壳开口处的封挡装置，对胶囊进行加压膨胀的加压装置，设于混凝土半球壳上检测混凝土半球壳形变量的形变检测装置，和与加压装置和形变检测装置以信号传输的方式连接以采集并处理混凝土半球壳内部压力和形变数据的数据采集处理装置。
上述加压装置包括与上述胶囊连通的注水管道和泄水管道；所述注水管道具有水流水压调节泵、水压检测表和单向注水阀门，上述数据采集处理装置与所述水压检测表以信号传输的方式连接在一起；所述泄水管道具有单向泄水阀门。
上述水流水压调节泵包括电动试压泵和手动试压泵。
上述胶囊呈与混凝土半球壳相应的半球形。
上述胶囊的弧顶处设有排气孔。
上述形变检测装置包括多个布设于混凝土半球壳上用于检测相应处在预设方向上相对位移的差动式位移传感器，上述数据采集装置与各所述差动式位移传感器以信号传输的方式连接在一起。
上述封挡装置为与混凝土半球壳边缘固定连接并与地锚连接在一起的混凝土底板。
上述混凝土底板形成有分别供上述注水管道和泄水管道匹配穿过的通孔。
一种基于上述混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置的测试方法，采用如下步骤：
（1）根据测试要求制作相应壁厚和半径的混凝土半球壳试件和上述封挡装置；
（2）将上述胶囊置于制作完成的上述混凝土半球壳试件内，将上述加压装置与所述胶囊安装在一起，用上述封挡装置封挡住所述混凝土半球壳试件的开口，并将所述混凝土半球壳试件与所述封挡装置固定连接在一起；将上述形变检测装置安装于所述混凝土半球壳试件的表面；将上述数据采集处理装置分别与所述加压装置和所述形变检测装置以信号传输的方式连接在一起；
（3）利用上述加压装置对上述胶囊进行加压膨胀；运行上述形变检测装置和数据采集处理装置；利用所述加压装置对所述胶囊进行持续加压膨胀直至上述混凝土半球壳试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号和形变数据信号进行分析处理。
在上述步骤（1）中通过支模和浇筑方法制作上述混凝土半球壳试件，在所述混凝土半球壳试件的边缘一体形成有与上述封挡装置相连接的延伸连接部，并在此延伸连接部上布设多个螺栓孔一；采用上述混凝土底板形式的封挡装置，通过单独支模和浇筑方法制作，形成上述通孔，并对应各所述螺栓孔一设置多个螺栓孔二；
在上述步骤（2）中，在预定位置设置多个与各上述螺栓孔二相对应的地锚孔以形成地锚，将上述混凝土底板置于地锚上，并使各所述螺栓孔二与各所述地锚孔相对应；准备上述胶囊并安装，保证所述胶囊在注水加压后的体积和形状能充满整个上述混凝土半球壳试件的内部，将上述注水管道和泄水管道分别通过上述通孔进行安装；将上述水压检测表、电动试压泵、手动试压泵和单向注水阀门与上述注水管道安装在一起，并将所述水压检测表与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将上述单向泄水阀门与上述泄水管道安装在一起；打开上述排气孔，关闭所述泄水管道，利用上述电动试压泵对所述胶囊进行注水加压，使所述胶囊注满水，不留褶皱，然后关闭所述排气孔，之后将所述混凝土半球壳试件的各上述螺栓孔一与各所述螺栓孔二和各所述地锚孔相对应，通过螺栓将所述混凝土半球壳试件、混凝土底板形式的封挡装置与地锚锁固在一起；上述形变检测装置采用多个上述差动式位移传感器，将多个所述差动式位移传感器布设于所述混凝土半球壳试件上的各位移待测点处，并将各所述差动式位移传感器与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；
在上述步骤（3）中，上述加压装置对上述胶囊进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对所述胶囊进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在上述混凝土半球壳试件破裂前，利用手动试压泵对所述胶囊进行第二阶段注水加压，直至上述混凝土半球壳试件破坏；
在上述步骤（1）中制作多个壁厚和半径不同的混凝土半球壳试件，并重复上述步骤分别对各混凝土半球壳试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理。
采用上述技术方案后，本发明的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，利用加压装置对胶囊进行加压使其膨胀，封挡装置保持胶囊在混凝土半球壳内部膨胀，胶囊将膨胀压力均匀施加于待测的混凝土半球壳的内表面，加压装置对胶囊逐渐加压直至混凝土半球壳破坏，加压装置在整个加压过程中将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置在整个过程中检测混凝土半球壳的形变，并将形变量等参数信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对采集的数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土半球壳所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素，与现有技术相比，利用本发明的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，重复检测不同厚度、半径、钢筋构成等的混凝土半球壳，经分析处理后，可预测出钢筋混凝土半球壳在承受相应内压时可能出现的破坏形式及极限内压力的影响因素，从而给出钢筋混凝土半球壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地提高该类结构抵御发生事故的能力。
本发明还提出一种基于上述混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置的测试方法，可高效实现对混凝土半球壳的极限内压力的测试，并对实际建筑物或构筑物中的钢筋混凝土半球壳的性能进行准确分析和预测，给出钢筋混凝土半球壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地提高该类结构抵御发生事故的能力。
附图说明
图1为本发明的剖视示意图；
图2为本发明分解状态的剖视示意图；
图3为本发明的俯视示意图。
图中：
1-胶囊11-排气孔
2-封挡装置21-螺栓孔二
3-加压装置31-注水管道
311-水流水压调节泵312-水压检测表
313-单向注水阀门32-泄水管道
321-单向泄水阀门
4-形变检测装置41-差动式位移传感器
5-混凝土半球壳51-延伸连接部
52-螺栓孔一
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。
本发明的一种混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，在使用时，通常弧顶朝上，如图1-3所示，包括胶囊1、封挡装置2、加压装置3、形变检测装置4和数据采集处理装置（图中未标出）。
胶囊1以膨胀的形式设于混凝土半球壳5内，封挡装置2设于混凝土半球壳5的开口处对胶囊1进行封挡，加压装置3对胶囊1进行加压使其膨胀，形变检测装置4设于混凝土半球壳5上用于检测混凝土半球壳5的形变量，数据采集处理装置与加压装置3和形变检测装置4均以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接，在使用过程中，利用加压装置3对胶囊1进行加压使其膨胀，封挡装置2保持胶囊1在混凝土半球壳5内部膨胀，胶囊1将膨胀压力均匀施加于待测的混凝土半球壳5的内表面，加压装置3对胶囊1逐渐加压直至使混凝土半球壳5破坏，加压装置3在整个加压过程中将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置4在整个过程中检测混凝土半球壳5的形变，并将形变量等参数信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对采集的数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土半球壳5所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素，并可利用本发明的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置，重复检测不同厚度、半径、钢筋构成等的混凝土半球壳5，经分析处理后，可预测出混凝土半球壳5在承受相应内压时可能出现的破坏形式及极限内压力的影响因素，从而给出混凝土半球壳5厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地提高该类结构抵御发生事故的能力。
为了具体实现加压装置3对胶囊1的加压，优选地，加压装置3通过注水加压的方式对胶囊1进行加压，包括与胶囊1连通的注水管道31和泄水管道32；注水管道31具有水流水压调节泵311、水压检测表312和单向注水阀门313，上述数据采集处理装置与水压检测表312以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；泄水管道32具有单向泄水阀门321，操作人员可根据测试要求通过水流水压调节泵311调节注水管道31中的水压、水流量，水压检测表312用于检测注水管道31内水流的水压，并将水压信号传输给数据采集处理装置，单向注水阀门313和单向泄水阀门321可实现对胶囊1注水加压的稳定性和精确性。
优选地，水流水压调节泵311包括电动试压泵和手动试压泵，在实际使用过程中，结合使用电动试压泵和手动试压泵，对胶囊1加压的第一阶段为混凝土半球壳5的弹性变形阶段，可以采用电动试压泵进行加压；当加压至一定程度后，应改为手动试压泵进行第二阶段加压，以便于保证加压的精度和可操作性，直至混凝土半球壳5出现破坏特征。
为了保证胶囊1对混凝土半球壳5施力的全面形和均匀性，优选地，胶囊1呈与混凝土半球壳5形状相应的半球形。
优选地，胶囊1的弧顶处设有排气孔11，排气孔11用于在对胶囊1进行注水时将内部气体排出，在对混凝土半球壳5进行测试前，打开排气孔11，关闭泄水管道32，通过注水管道31向胶囊1内注满水，不留褶皱，然后关闭排气孔11，之后安装混凝土半球壳5等装置并进行测试。
为了具体实现形变检测装置4，优选地，形变检测装置4包括多个布设于混凝土半球壳5上的差动式位移传感器41，差动式位移传感器41用于检测相应处在预设方向上的相对位移，上述数据采集装置与各差动式位移传感器41以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接。
优选地，封挡装置2为与混凝土半球壳5的边缘固定连接并与地锚（图中未标出）连接在一起的混凝土底板。
优选地，混凝土底板形式的封挡装置2形成有分别供注水管道31和泄水管道32匹配穿过的通孔。
本发明的一种基于上述混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置的测试方法，如图1-3所示，采用如下步骤：
（1）根据测试要求制作相应壁厚和半径的混凝土半球壳5试件和封挡装置2；
（2）将胶囊1置于制作完成的混凝土半球壳5试件内，将加压装置3与胶囊1安装在一起，用封挡装置2封挡住混凝土半球壳5试件的开口，并将混凝土半球壳5试件与封挡装置2固定连接在一起；将形变检测装置4安装于混凝土半球壳5试件的表面；将上述数据采集处理装置分别与加压装置3和形变检测装置4以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；
（3）利用加压装置3对胶囊1进行加压膨胀；运行形变检测装置4和数据采集处理装置；利用加压装置3对胶囊1进行持续加压膨胀直至混凝土半球壳5试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号和形变数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土半球壳5试件所能承受的内压力以及内压力与破坏形式的关系，及极限内压力的影响因素。
优选地，在上述步骤（1）中通过支模和浇筑的方法制作混凝土半球壳5试件，在混凝土半球壳5试件的边缘一体形成有与封挡装置2相连接的延伸连接部51，并在此延伸连接部51上布设多个螺栓孔一52，具体制作过程中，混凝土半球壳5试件需要分三次浇筑：先进行延伸连接部51的支模和浇筑，然后再将上部的壳体部分分两次进行，以保证试件制作的效果；采用混凝土底板形式的封挡装置2，通过单独支模和浇筑的方法制作，形成上述通孔，并对应各螺栓孔一52设置多个螺栓孔二21；
在上述步骤（2）中，在预定位置设置多个与各螺栓孔二21相对应的地锚孔（图中未标出）以形成地锚，将混凝土底板形式的封挡装置2置于地锚上，并使各螺栓孔二21与各所述地锚孔相对应；准备胶囊1并安装，保证胶囊1在注水加压后的体积和形状能充满整个混凝土半球壳5试件的内部，将注水管道31和泄水管道32分别通过上述通孔进行安装；将水压检测表312、电动试压泵和手动试压泵形式的水流水压调节泵311和单向注水阀门313与注水管道31安装在一起，并将水压检测表312与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；将单向泄水阀门321与泄水管道32安装在一起；打开排气孔11，关闭泄水管道32，利用上述电动试压泵对所述胶囊进行注水加压，使所述胶囊注满水，不留褶皱，然后关闭排气孔11，之后将混凝土半球壳5试件的各螺栓孔一51与各螺栓孔二21和各所述地锚孔相对应，通过螺栓（图中未标出）将混凝土半球壳5试件、混凝土底板形式的封挡装置2与地锚锁固在一起；形变检测装置4采用多个上述差动式位移传感器41，将多个差动式位移传感器41布设于混凝土半球壳5试件上的各位移待测点处，如在混凝土半球壳5试件的外表面由下至上均匀布置五个差动式位移传感器41，具体可测量混凝土半球壳5试件上的各位移待测点处的竖向位移，并将各差动式位移传感器41与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；
在上述步骤（3）中，加压装置3对胶囊1进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对胶囊1进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在混凝土半球壳5试件破裂前，利用手动试压泵对胶囊进行第二阶段注水加压，直至混凝土半球壳5试件破坏；
在上述步骤（1）中制作多个壁厚和半径不同的混凝土半球壳5试件，并重复上述步骤分别对各混凝土半球壳5试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理，可预测出实际中混凝土半球壳5在承受相应内压时可能出现的破坏形式及极限内压力的影响因素，从而给出混凝土半球壳5厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地提高该类结构抵御发生事故的能力，然后再根据结构中圆柱筒壳或其它混凝土壳体与混凝土半球壳5各自不同的边界条件和约束条件，结合圆柱筒壳或其它混凝土壳体的力学性能，推导出包含混凝土半球壳5类建筑物或构筑物总体的力学性能。
本发明的混凝土半球壳的新型极限内压力测试装置及测试方法，与混凝土半球壳原型结构相比，当进行中等比例的混凝土半球壳试验时，延伸连接部的边缘至混凝土半球壳外表面的最短距离建议值一般为300-500mm，混凝土半球壳的厚度为500mm左右。当进行小比例缩尺试验时，上述各尺寸可以适当减小；在制作混凝土半球壳试件时，其延伸连接部优选为方形（俯视），延伸连接部的形状也可根据实际要求进行调整和设计，封挡装置为相应的形状；封挡装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计；差动式位移传感器所测量的具体参数可根据实际要求进行选取；形变检测装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计；数据采集处理装置优选为计算机类电子系统，精度和效率高，其形式也可根据实际要求进行调整和设计；排气孔的具体形式可根据实际要求进行调整和设计；胶囊的形状、尺寸等可根据实际要求进行调整和设计，胶囊优选为可维持自身形状的橡胶类材料，其材料也可根据实际要求进行选取；水流水压调节泵的形式也可根据实际要求进行调整和设计；加压装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (1)
1.一种混凝土半球壳极限内压力的测试方法，其特征在于，采用混凝土半球壳的极限内压力测试装置进行测试，此测试装置包括：
胀设于混凝土半球壳内的胶囊，封挡于混凝土半球壳开口处的封挡装置，对胶囊进行加压膨胀的加压装置，设于混凝土半球壳上检测混凝土半球壳形变量的形变检测装置，和与加压装置和形变检测装置以信号传输的方式连接以采集并处理混凝土半球壳内部压力和形变数据的数据采集处理装置；
上述加压装置包括与上述胶囊连通的注水管道和泄水管道；所述注水管道具有水流水压调节泵、水压检测表和单向注水阀门，上述数据采集处理装置与所述水压检测表以信号传输的方式连接在一起；所述泄水管道具有单向泄水阀门；
上述水流水压调节泵包括电动试压泵和手动试压泵；
上述胶囊呈与混凝土半球壳相应的半球形；
上述胶囊的弧顶处设有排气孔；
上述形变检测装置包括多个布设于混凝土半球壳上用于检测相应处在预设方向上相对位移的差动式位移传感器，上述数据采集装置与各所述差动式位移传感器以信号传输的方式连接在一起；
上述封挡装置为与混凝土半球壳边缘固定连接并与地锚连接在一起的混凝土底板；
上述混凝土底板形成有分别供上述注水管道和泄水管道匹配穿过的通孔；
所述测试方法采用如下步骤：
(1)根据测试要求制作相应壁厚和半径的混凝土半球壳试件和上述封挡装置；
(2)将上述胶囊置于制作完成的上述混凝土半球壳试件内，将上述加压装置与所述胶囊安装在一起，用上述封挡装置封挡住所述混凝土半球壳试件的开口，并将所述混凝土半球壳试件与所述封挡装置固定连接在一起；将上述形变检测装置安装于所述混凝土半球壳试件的表面；将上述数据采集处理装置分别与所述加压装置和所述形变检测装置以信号传输的方式连接在一起；
(3)利用上述加压装置对上述胶囊进行加压膨胀；运行上述形变检测装置和数据采集处理装置；利用所述加压装置对所述胶囊进行持续加压膨胀直至上述混凝土半球壳试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号和形变数据信号进行分析处理；
在上述步骤(1)中通过支模和浇筑方法制作上述混凝土半球壳试件，在所述混凝土半球壳试件的边缘一体形成有与上述封挡装置相连接的延伸连接部，并在此延伸连接部上布设多个螺栓孔一；采用上述混凝土底板形式的封挡装置，通过单独支模和浇筑方法制作，形成上述通孔，并对应各所述螺栓孔一设置多个螺栓孔二；
在上述步骤(2)中，在预定位置设置多个与各上述螺栓孔二相对应的地锚孔以形成地锚，将上述混凝土底板置于地锚上，并使各所述螺栓孔二与各所述地锚孔相对应；准备上述胶囊并安装，保证所述胶囊在注水加压后的体积和形状能充满整个上述混凝土半球壳试件的内部，将上述注水管道和泄水管道分别通过上述通孔进行安装；将上述水压检测表、电动试压泵、手动试压泵和单向注水阀门与上述注水管道安装在一起，并将所述水压检测表与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将上述单向泄水阀门与上述泄水管道安装在一起；打开上述排气孔，关闭所述泄水管道，利用上述电动试压泵对所述胶囊进行注水加压，使所述胶囊注满水，不留褶皱，然后关闭所述排气孔，之后将所述混凝土半球壳试件的各上述螺栓孔一与各所述螺栓孔二和各所述地锚孔相对应，通过螺栓将所述混凝土半球壳试件、混凝土底板形式的封挡装置与地锚锁固在一起；上述形变检测装置采用多个上述差动式位移传感器，将多个所述差动式位移传感器布设于所述混凝土半球壳试件上的各位移待测点处，并将各所述差动式位移传感器与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；
在上述步骤(3)中，上述加压装置对上述胶囊进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对所述胶囊进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在上述混凝土半球壳试件破裂前，利用手动试压泵对所述胶囊进行第二阶段注水加压，直至上述混凝土半球壳试件破坏；
在上述步骤(1)中制作多个壁厚和半径不同的混凝土半球壳试件，并重复上述步骤分别对各混凝土半球壳试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理。
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| CN201310428458.2A CN103512807B (zh) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 一种混凝土半球壳的新型极限内压力测试方法 |
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