CN106353007B - 一种混凝土结构温度梯度精密测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土结构温度梯度精密测试装置及其测试方法，测试装置包括固定杆及通过组合齿轮与固定杆呈夹角连接的转动杆，组合齿轮包括与转动杆端部进行固定的从动齿轮及活动安装在固定杆上能带动从动齿轮转动的主动齿轮，从动齿轮的上表面固定有指针，固定杆的端部安装有延伸至从动齿轮外周的刻度盘；转动杆上安装有多个温度传感器，温度传感器通过导线连接传感器机箱。测试方法通过依照三角形的边长关系精确调整相邻温度传感器的横向间距及固定间距，精确布设好温度传感器之后，浇筑混凝土，通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线。本发明操作简单，能够精确控制测点位置。

Description

一种混凝土结构温度梯度精密测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及混凝土性能测试领域，具体涉及一种混凝土结构温度梯度精密测试装置及其测试方法，旨在分析温度应力对混凝土桥梁使用寿命造成的影响。

背景技术

长期处于自然环境中的混凝土桥梁结构，无时无刻不在受到太阳辐射和环境温度变化的作用，而混凝土的导热性能差，在混凝土结构当中将产生较大的温度梯度[1]。混凝土结构中不均匀的温度分布将会引起温度应力，这种温度应力有时甚至超过了混凝土的抗拉极限应力，致使混凝土结构有裂缝产生，严重影响了混凝土结构的受力性能和耐久性能，因此混凝土桥梁温度效应引起的开裂不可忽视[2]。

通过研究桥梁结构温度场的分布，我们能够分析出混凝土桥梁结构的温度效应。目前混凝土桥梁中关于此类实验，多采用温度传感器这一装置来测量结构内某一点的温度，通过多点测量从而得到混凝土结构温度场的分布情况，通常的做法是在施工过程中，预先在钢筋上固定各温度传感器之间的相对位置，然后再将钢筋固定在预定的位置上，最后浇筑混凝土体[3-4]。在一般情况下，温度传感器布测间距多采用10cm，在温度重点采集位置，间距可控制到3cm左右[5]。但由于实际施工条件、施工设备、人为因素等原因，施工现场埋置的传感器间距很难精确控制，实际的布测间距与温度梯度测点间距的误差较大，并且在混凝土结构上温度的传播往往发生在靠近结构物外边缘的区域。以上原因都导致最后测得的数据不够精确，不能满足理论分析的需求，所得到的温度曲线不足以反应混凝土内部的温度场分布情况。

因此要想通过实测数据分析得到温度场曲线，需要更加精密的控制温度梯度测点的间距，谨慎的控制温度传感器之间的距离。而施工现场条件往往不利于精确控制传感器的布置，本发明即要提出一种解决目前混凝土结构温度场观测不够精确的方案，使得混凝土结构在施工期间温度传感器能够精确布置，为后期观测温度场分布提供可靠基础。

[1]GB 50010—2010.混凝土结构设计规范；

[2]肖建庄.基于气象参数的混凝土结构日照温度作用分析[J].土木工程学报,2010,43(4):30-36；

[3]董国泽.斜拉桥塔柱温度场测试分析[J].广州建筑,2006,2:32-36；

[4]任翔.混凝土桥塔温度场和空间应力场分析[J].郑州大学学报,2011,32(2):62-65；

[5]陶翀.混凝土箱梁温度场实测研究及概率统计分析[D].浙江大学,2014。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种混凝土结构温度梯度精密测试装置及其测试方法，该测试装置与测试方法的操作简便，利用三角形的边长关系布置温度传感器，测点位置能够精确控制，布测间距小，并且不易受人为因素干扰。

为了实现上述目的，本发明测试装置采用的技术方案为：包括固定杆以及通过组合齿轮与固定杆呈夹角连接的转动杆，组合齿轮包括与转动杆端部进行固定的从动齿轮以及活动安装在固定杆上能带动从动齿轮转动的主动齿轮，从动齿轮的上表面固定有指针，固定杆的端部安装有延伸至从动齿轮的外周，用于配合指针显示转动杆与固定杆夹角度数的刻度盘；所述的转动杆上安装有若干个温度传感器，温度传感器通过导线连接传感器机箱。

所述的刻度盘为半圆形，刻度盘的直径边与固定杆垂直，所述的指针与转动杆相垂直，且指针安装于从动齿轮的上表面圆心。

所述的刻度盘与固定杆通过暗槽可拆卸式连接。

所述的主动齿轮上设置有用于带动其转动的转臂。

所述的固定杆上安装有能够卡入主动齿轮的齿槽用于限定已调整位置的定位销。

本发明测试装置的测试方法采用的技术方案包括以下步骤：A.检查温度传感器与导线工作是否正常，确认正常之后将温度传感器间隔安装在转动杆上；B.将从动齿轮与转动杆的端部进行固定，沿着混凝土温度梯度变化方向设置固定杆，并将固定杆与转动杆铰接，固定杆上活动安装能带动从动齿轮转动的主动齿轮，在从动齿轮的上表面固定指针，固定杆的端部安装延伸至从动齿轮的外周的刻度盘；C.通过拟采用的精密测点数量n、混凝土壁厚h以及转动杆上传感器的间距b来计算需要转动的角度α；D.通过转动固定杆上的主动齿轮，经从动齿轮带动安装有温度传感器的转动杆旋转，观察刻度盘上的指针读数，当角度达到要求时，固定主动齿轮，使转动杆的位置固定；E.将温度传感器通过导线连接传感器机箱；F.浇筑混凝土，将温度传感器埋置在混凝土结构中；G.通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线，得到该时刻下混凝土温度场的分布；通过收集多个时间点的各测点温度，得到各个时间点下混凝土体内的温度场的分布情况。

步骤E中将各温度传感器通过导线连接传感器机箱后，测试所有温度传感器是否工作正常，发现问题后及时替换。

所述步骤A中温度传感器间隔安装在转动杆时横向间距通过下式计算：b'＝bcosα；

式中，b为转动杆上相邻温度传感器的固定间距；b'为相邻温度传感器的横向间距；α为转动杆转动的角度。

转动杆上相邻温度传感器的固定间距b为3cm，相邻温度传感器的横向间距b'为3cosαcm。

与现有技术相比，本发明混凝土结构温度梯度精密测试装置具有如下的有益效果：通过转动固定杆上的主动齿轮，经从动齿轮带动安装有温度传感器的转动杆旋转，观察刻度盘上的指针读数，当角度达到要求时，固定主动齿轮，使转动杆的位置固定。本发明基于三角形的边长关系，计算温度传感器的横向距离是否满足温度场理论分析对温度布测点的要求，通过从动齿轮和主动齿轮之间的咬合转动，实现角度测量，从动齿轮和主动齿轮的半径比越大，测得的角度精确度就越高。精确布设好温度传感器之后，浇筑混凝土，通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线，得到该时刻下混凝土温度场的分布；通过收集多个时间点的各测点温度，得到各个时间点下混凝土体内的温度场的分布情况。本发明测试装置结构简单，操作方便，能够精确控制测点位置，进而有效提高测试精度。

与现有技术相比，本发明精密测试装置的测试方法通过依照三角形的边长关系精确调整相邻温度传感器的横向间距及固定间距，精确布设好温度传感器之后，浇筑混凝土，通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线，得到该时刻下混凝土温度场的分布，通过收集多个时间点的各测点温度，得到各个时间点下混凝土体内的温度场的分布情况。本发明测试方法操作简单，干扰因素较少，能够精确控制测点位置。

附图说明

图1本发明测试装置的工作原理示意图；

图2本发明测试装置装配状态整体结构示意图；

图3本发明测试装置的整体结构示意图；

图4本发明测试装置装配状态正视图；

图5本发明测试装置的整体结构侧视图；

图6本发明组合齿轮部分的放大示意图；

附图中：1-固定杆；2-转动杆；3-主动齿轮；4-从动齿轮；5-指针；6-刻度盘；7-转臂；8-定位销；9-温度传感器；10-导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图2-6，本发明的混凝土结构温度梯度精密测试装置包括固定杆1以及通过组合齿轮与固定杆1呈夹角连接的转动杆2，组合齿轮包括与转动杆2端部进行固定的从动齿轮4以及活动安装在固定杆1上能带动从动齿轮4转动的主动齿轮3，主动齿轮3上设置有用于带动其转动的转臂7。从动齿轮4的上表面固定有指针5，固定杆1的端部安装有延伸至从动齿轮4的外周，用于配合指针5显示转动杆2与固定杆1夹角度数的刻度盘6。刻度盘6为半圆形，刻度盘6与固定杆1通过暗槽可拆卸式连接。刻度盘6的直径边与固定杆1垂直，指针5与转动杆2相垂直，且指针5焊接于从动齿轮4的上表面圆心。固定杆1上安装有能够卡入主动齿轮3的齿槽用于限定已调整位置的定位销8。转动杆2上安装有若干个温度传感器9，温度传感器9通过导线10连接传感器机箱。本发明的目的在于通过改变转动杆的角度达到精确控制温度传感器9横向间距的目的。转动杆2转动的角度即为刻度盘6读数，假设转动杆转动的角度为α，传感器间距为b，混凝壁厚h，则测点数

因此，在已知测点个数的情况下，可通过调节转动杆2的角度来实现精确测量。例如：壁厚20cm，传感器间距4cm，欲进行10点温度测量，则α应调整至56.3°。在本装置中读数装置、主动齿轮3、从动齿轮4与固定杆1通过轴承连接在一起，主动齿轮3、从动齿轮4与轴承之间均有键连接，二者之间不能发生相对转动，转动杆2端部固定在主动齿轮3上。指针5固定在从动齿轮4上，从动齿轮4与转动杆2固定连接，且指针5与转动杆2保持垂直，刻度盘6中央刻度为0°，两侧点刻度均为90°，转动杆2转动角度的范围为0°～180°，当转动角度达到要求后，通过定位销8来固定主动齿轮3，从而使转动杆2固定。本测试装置的温度传感器9平行固定在转动杆2上，转动杆2绕转轴转动，温度传感器9横向距离随角度增大而变小，而且相互不受干扰，从而达到了精密布置温度传感器9的目的。

本发明的测试方法包括以下步骤：A.检查温度传感器9与导线10工作是否正常，确认正常之后将温度传感器9间隔安装在转动杆2上；B.将从动齿轮4与转动杆2的端部进行固定，沿着混凝土温度梯度变化方向设置固定杆1，并将固定杆1与转动杆2铰接，固定杆1上活动安装能带动从动齿轮4转动的主动齿轮3，在从动齿轮4的上表面固定指针5，固定杆1的端部安装延伸至从动齿轮4的外周的刻度盘6；C.通过拟采用的精密测点数量n、混凝土壁厚h以及转动杆上传感器的间距b来计算需要转动的角度α；D.通过转动固定杆1上的主动齿轮3，经从动齿轮4带动安装有温度传感器9的转动杆2旋转，观察刻度盘6上的指针读数，当角度达到要求时，固定主动齿轮3，使转动杆2的位置固定；E.将温度传感器9通过导线10连接传感器机箱，测试所有温度传感器9是否工作正常，发现问题后及时替换；F.浇筑混凝土，将温度传感器9埋置在混凝土结构中；G.通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线，得到该时刻下混凝土温度场的分布；通过收集多个时间点的各测点温度，得到各个时间点下混凝土体内的温度场的分布情况。

参见图1，温度传感器9间隔安装在转动杆2时横向间距通过下式计算：b'＝bcosα；

式中，L为转动杆2上相邻温度传感器9的固定间距；H为相邻温度传感器9的横向间距；α为转动杆2转动的角度。在现有工程中，为了不影响混凝土振捣，转动杆2上相邻温度传感器9的固定间距b为3cm，相邻温度传感器9的横向间距b'为3cosαcm。

Claims (6)

1.一种混凝土结构温度梯度精密测试装置，其特征在于：包括固定杆(1)以及通过组合齿轮与固定杆(1)呈夹角连接的转动杆(2)，组合齿轮包括与转动杆(2)端部进行固定的从动齿轮(4)以及活动安装在固定杆(1)上能带动从动齿轮(4)转动的主动齿轮(3)，从动齿轮(4)的上表面固定有指针(5)，固定杆(1)的端部安装有延伸至从动齿轮(4)的外周，用于配合指针(5)显示转动杆(2)与固定杆(1)夹角度数的刻度盘(6)；所述的转动杆(2)上安装有若干个温度传感器(9)，温度传感器(9)通过导线(10)连接传感器机箱；

所述的刻度盘(6)与固定杆(1)通过暗槽可拆卸式连接；所述的固定杆(1)上安装有能够卡入主动齿轮(3)的齿槽用于限定已调整位置的定位销(8)。

2.根据权利要求1所述的混凝土结构温度梯度精密测试装置，其特征在于：所述的刻度盘(6)为半圆形，刻度盘(6)的直径边与固定杆(1)垂直，所述的指针(5)与转动杆(2)相垂直，且指针(5)安装于从动齿轮(4)的上表面圆心。

3.根据权利要求1所述的混凝土结构温度梯度精密测试装置，其特征在于：所述的主动齿轮(3)上设置有用于带动其转动的转臂(7)。

4.一种使用如权利要求1所述混凝土结构温度梯度精密测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：A.检查温度传感器(9)与导线(10)工作是否正常，确认正常之后将温度传感器(9)间隔安装在转动杆(2)上，所述温度传感器(9)的横向间距通过下式计算：b'＝b cosα；式中，b为转动杆(2)上相邻温度传感器(9)的固定间距；b'为相邻温度传感器(9)的横向间距；α为转动杆(2)转动的角度；B.将从动齿轮(4)与转动杆(2)的端部进行固定，沿着混凝土温度梯度变化方向设置固定杆(1)，并将固定杆(1)与转动杆(2)铰接，固定杆(1)上活动安装能带动从动齿轮(4)转动的主动齿轮(3)，在从动齿轮(4)的上表面固定指针(5)，固定杆(1)的端部安装延伸至从动齿轮(4)的外周的刻度盘(6)；所述的刻度盘(6)与固定杆(1)通过暗槽可拆卸式连接；C.通过拟采用的精密测点数量n、混凝土壁厚h以及转动杆上传感器的间距b来计算需要转动的角度α；D.通过转动固定杆(1)上的主动齿轮(3)，经从动齿轮(4)带动安装有温度传感器(9)的转动杆(2)旋转，观察刻度盘(6)上的指针读数，当角度达到要求时，固定主动齿轮(3)，使转动杆(2)的位置固定；E.将温度传感器(9)通过导线(10)连接传感器机箱；F.浇筑混凝土，将温度传感器(9)埋置在混凝土结构中；G.通过传感器机箱提取各测点温度，将温度数据整理分析，绘制温度分布曲线，得到该时刻下混凝土温度场的分布；通过收集多个时间点的各测点温度，得到各个时间点下混凝土体内的温度场的分布情况。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：步骤E中将各温度传感器(9)通过导线(10)连接传感器机箱后，测试所有温度传感器(9)是否工作正常，发现问题后及时替换。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：转动杆(2)上相邻温度传感器(9)的固定间距b为3cm，相邻温度传感器(9)的横向间距b'为3cosαcm。