CN104749032A - 一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置，包括环向应力圈、水平应力轴、竖向应力轴、两端弧状托盘、数据采集仪、安全控制器、胶基应变片，所述环向应力圈环向焊接于水平应力轴外部，水平应力轴垂直焊接于竖向应力轴，两端弧状托盘垂直焊接于竖向应力轴两端，胶基应变片分别设置于环向应力圈、水平应力轴及竖向应力轴表面，所述胶基应变片通过导线与安全控制器相连接，安全控制器引出的导线穿过两端弧状托盘与数据采集仪相连接，数据采集仪通过导线与电脑相连接。本发明准确性良好，结构简单，操作方便，能同时测得结构工程构件内部多个方向的应力数据，绘制成应力-应变规律曲线后，使工程结构应力分析更加全面。

Description

一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置

技术领域

本发明涉及模型试验装置技术领域，具体涉及一种土石混合体及混凝土内部应力测试装置。

背景技术

地下工程中诸如隧道、井巷、基础等结构构件在专业设计师设计之后，需要进行一定比例的相似模拟试验，以研究其结构的稳定性、耐久性及其他方面的性能。通常试验方法为外部加载并采用相关数据采集仪器收集试验数据，例如隧道模型在加工制作完毕之后，放入相关试验加载系统中，对其安全稳定性进行加载试验，需要采集的数据一般为荷载、位移、应变。加载荷载与外部的位移、应变数据可以由简单的测量仪器得出，但一个结构的安全稳定性能评估还需要对其内部的试验数据进行详细的分析与研究。根据多数工程结构的破坏实例，内部微裂缝的发展、扩张与贯穿是造成隧道、井巷等地下工程开裂或漏水的根源，极大影响了工程的安全稳定性能，因此试验构件的内部数据采集对于工程结构的设计与修改尤为重要。

目前，试验构件内部数据采集方法通常有以下三种途径：(1)通过媒介如内部钢筋粘贴应变片；(2)内部预埋光纤光栅应变传感器；(3)试验构件经过相应切口测量。第一种是目前常见的内部应力-应变测量方法，但该方法只能运用于构件内部有媒介如钢筋骨架的情况下，例如混凝土梁、板、柱，而对于隧道、路基、桩基等土工构件模型，一般为土石混合体或素混凝土，该方法显然无法运用，同时该方法在钢筋上粘贴应变片后需要涂抹大量环氧树脂胶及纱布缠绕，对小尺寸构件内部原始应力分布有一定影响。第二种方法是在工程结构模型浇筑之前将光纤光栅传感器预埋于模具内部指定位置，然后浇筑土石材料或混凝土，该方法主要用于试验构件内部无钢筋或其他媒介供粘贴应变片的情况，但光纤光栅传感器造价较高，同时若测量环向应力与轴向应力，需要在构件内部不同方向埋置多件，对于试验构件内部的应力状态影响较大，因而目前常用光纤光栅传感器采集径向应变这单一情况。第三种情况是在试验结束后，对试验构件切口并用百分表等仪器测量试验构件内部，但该方法无法测得试验构件内部数据的变化规律，同时开口位置对于结果的影响较大，精度不高，不是科研工作的理想方法。

目前隧道、巷道等工程结构已经向大跨境、大埋深等方向发展，地质条件愈加复杂，伴随深部地下工程围岩出现的各种超常响应现象，其所造成的隧道开裂、漏水等情况造成工程结构暂停使用的例子时常发生。因此，迫切需要一种改进的试验设备与方法，能够真实、准确、合理、科学的分析隧道、路基等土工模型构件在试验过程中的内部力学机理，为工程结构的设计提供可靠依据。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于解决现有土石混合体或混凝土内部应力-应变测试装置的不足，而提供一种准确性良好，结构简单，操作方便的土石混合体或混凝土内部应力测试装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置，包括环向应力圈、水平应力轴、竖向应力轴、两端弧状托盘、数据采集仪、安全控制器、胶基应变片，所述环向应力圈环向焊接于水平应力轴外部，水平应力轴垂直焊接于竖向应力轴，两端弧状托盘垂直焊接于竖向应力轴两端，胶基应变片分别设置于环向应力圈、水平应力轴及竖向应力轴表面，所述胶基应变片通过导线与安全控制器相连接，安全控制器引出的导线穿过两端弧状托盘与数据采集仪相连接，数据采集仪通过导线与电脑相连接。

进一步，所述安全控制器主要由导线、与导线相隔离的导轨、变形控制端、绝缘箱组成，所述安全控制器与电源及指示灯相连接，所述安全控制器设置于水平应力轴两侧。

进一步，由2根竖向应力轴成十字交叉状焊接于环形应力圈内部，每根竖向应力轴等间距设置有4片胶基应变片，所述环向应力圈外环表面弧度每隔60°设置有1片胶基应变片，所述水平应力轴等间距设置有若干胶基应变片，各胶基应变片通过导线用胶水粘贴于水平应力轴表面。

进一步，所述竖向应力轴中间预留有孔洞，所述水平应力轴穿过预留孔洞与竖向应力轴相焊接。

进一步，所述环向应力圈、水平应力轴、竖向应力轴均采用特制喷砂钢材料制成。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明中应力测试装置由环向应力圈、水平应力轴、竖向应力轴及两端弧状托盘组成，能同时测得结构工程构件内部多个方向的应力数据，绘制成应力-应变规律曲线后，使工程结构应力分析更加全面。

2、胶基应变片可以在应力测试装置上面粘贴多组，有效降低在试验过程中，因为试验方法或手段的差异，造成胶基应变片失效的概率。

3、各组胶基应变片导线，可以粘贴于水平应力轴表面，并通过水平应力轴两端的两端弧状托盘预留孔洞伸出试验构件，最大程度降低胶基应变片导线过多所造成的工程结构构件内力的扰动。

4、安全控制器在土工试验加载后期机械荷载很大的情况下，当试验构件将要发生大变形时能提前预知并发出警示信息到电脑上，此时可以提示相关试验人员，在近距离观测裂缝或者其他信息的情况下做一定的防护措施。

5、水平应力轴两边所焊接的两端弧状托盘，在土石混合体或混凝土内部对整个试验装置能够起到优良的锚固作用，便于定位，不易受试验过程中的扰动影响，解决了现有应力测试元件在试样内部容易错位的问题。

附图说明

图1为本发明的试验装置结构组装示意图；

图2为本发明的环向应力圈及竖向应力轴组装结构纵剖面图；

图3为本发明的安全控制器内部电路示意图；

图中：1、环向应力圈；2、水平应力轴；3、竖向应力轴；4、两端弧状托盘；5、数据采集仪；6、安全控制器；7、胶基应变片；8、电脑；9、导线；10、导轨；11、变形控制端；12、绝缘箱。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置，包括环向应力圈1、水平应力轴2、竖向应力轴3、两端弧状托盘4、数据采集仪5、安全控制器6、胶基应变片7，由2根竖向应力轴3成十字交叉状焊接于环形应力圈1内部，每根竖向应力轴3等间距设置有4片胶基应变片7，所述环向应力圈1外环表面弧度每隔60°设置有1片胶基应变片7，所述水平应力轴2等间距设置有若干胶基应变片7，各胶基应变片7通过导线9用胶水粘贴于水平应力轴2表面；所述竖向应力轴3中间预留有孔洞，所述水平应力轴2穿过预留孔洞与竖向应力轴3相焊接，两端弧状托盘4垂直焊接于竖向应力轴3两端，所述胶基应变片7通过导线9与安全控制器6相连接，安全控制器6引出的导线9穿过两端弧状托盘4与数据采集仪5相连接，数据采集仪5通过导线9与电脑8相连接。

如图3所示，所述安全控制器6主要由导线9、与导线9相隔离的导轨10、变形控制端11、绝缘箱12组成，所述安全控制器6与电源及指示灯相连接，所述安全控制器6设置于水平应力轴2两侧。

所述环向应力圈1、水平应力轴2、竖向应力轴3均采用特制喷砂钢材料制成。

本发明在使用过程中，启动电脑8后，打开数据采集软件，调试各个胶基应变片7连接情况，主要检查胶基应变片7是否贯通，若没有贯通，更换新的胶基应变片7，将各个数据初始状态在电脑上全部设置为零。

安全控制器6与电源及指示灯相连，确保安全控制器6中的导线9与导轨10没有发生接触，导线9与变形控制端11应用502胶水做轻微固定处理，然后将绝缘箱12装配到位。

试样构件浇筑之前，在模具内部划线定位，待土石混合体或混凝土浇筑到指定高度后，搅拌均匀，放入该应力测试装置，将两端弧形托盘4用细线绑扎稳固，并吊装于试验模具外部，然后继续加入土石混合体或混凝土至设计高度，待养护完毕后，即可开始相关试验并进行应力测试过程。在试验过程中数据经过数据采集仪5记录，通过电脑8读取，在加载后期，构件发生大变形时，安全控制器6中导线9与导轨11发现接触，则电路连通，安全指示灯亮起，表明试验构件即将发生大变形失效破坏，此时应停止近距离肉眼观测或做相应防护措施后进行观测。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：包括环向应力圈(1)、水平应力轴(2)、竖向应力轴(3)、两端弧状托盘(4)、数据采集仪(5)、安全控制器(6)、胶基应变片(7)，所述环向应力圈(1)环向焊接于水平应力轴(2)外部，水平应力轴(2)垂直焊接于竖向应力轴(3)，两端弧状托盘(4)垂直焊接于竖向应力轴(3)两端，胶基应变片(7)分别设置于环向应力圈(1)、水平应力轴(2)及竖向应力轴(3)表面，所述胶基应变片(7)通过导线(9)与安全控制器(6)相连接，安全控制器(6)引出的导线(9)穿过两端弧状托盘(4)与数据采集仪(5)相连接，数据采集仪(5)通过导线(9)与电脑(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：所述安全控制器(6)主要由导线(9)、与导线(9)相隔离的导轨(10)、变形控制端(11)、绝缘箱(12)组成，所述安全控制器(6)与电源及指示灯相连接。

3.根据权利要求2所述的土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：所述安全控制器(6)设置于水平应力轴(2)两侧。

4.根据权利要求1或2所述的土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：由2根竖向应力轴(3)成十字交叉状焊接于环形应力圈(1)内部，每根竖向应力轴(3)等间距设置有4片胶基应变片(7)，所述环向应力圈(1)外环表面弧度每隔60°设置有1片胶基应变片(7)，所述水平应力轴(2)等间距设置有若干胶基应变片(7)，各胶基应变片(7)通过导线(9)用胶水粘贴于水平应力轴(2)表面。

5.根据权利要求4所述的土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：所述竖向应力轴(3)中间预留有孔洞，所述水平应力轴(2)穿过预留孔洞与竖向应力轴(3)相焊接。

6.根据权利要求1所述的土石混合体或混凝土内部应力测试装置，其特征在于：所述环向应力圈(1)、水平应力轴(2)、竖向应力轴(3)均采用特制喷砂钢材料制成。