CN112414603A - 一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法 - Google Patents

一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法，包括传感监测装置和数据分析处理系统，所述传感监测装置与数据分析处理系统电连接；所述传感监测装置设在混凝土结构内，包括振弦式应变传感器和超声波传感器，所述超声波传感器设在振弦式应变传感器上。本发明前期利用振弦式应变传感器作为基础确定超声波传感器的监测数据的标定和准确性，在振弦式应变传感器失效后，以前期存储的超声波传感器的监测数据为基础作为标定来确定当前监测数据对应的应力数值，既克服了振弦式应变传感器使用寿命不长的缺点，又避免了超声波传感器自身无法独立监测混凝土构件的缺陷。

Description

一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构监测技术领域，具体涉及一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法。
背景技术
目前随着我国基础设施建设的快速发展，大型混凝土结构设施数量越来越多，为了保证如此庞大规模基础设施安全运营，对其结构进行监测显得非常重要。在实际工程中，结构应力监测较多采用振弦式应变传感器，但随着使用时间的延长，振弦式传感器内部钢丝容易松弛，导致测试的精度和可靠性降低，无法在建筑寿命期限内持续工作。目前的传感器寿命远比结构设施设计寿命小得多，即在结构还远未达到设计寿命时传感器确早已因各种原因损坏退出工作，形成制约监测的主要因素，是目前结构监测的瓶颈。超声探头寿命较长，且工作稳定。但由于混凝土应力离散性大，超声测试方法尚无统一标准，超声探头无法有效单独应用于混凝土结构中监测应力变化。本发明提供一种固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法解决上述问题。
发明内容
本发明提供固定式混凝土结构应力测试系统及使用方法，实现对混凝土结构应力的全寿命监测。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种固定式混凝土结构应力测试系统，包括传感监测装置和数据分析处理系统，所述传感监测装置与数据分析处理系统电连接；
所述传感监测装置设在混凝土结构内，包括振弦式应变传感器和超声波传感器，所述超声波传感器设在振弦式应变传感器上；
所述振弦式应变传感器和超声波传感器分别监测混凝土结构内的应力变化，所述数据分析处理系统分别接受振弦式应变传感器和超声波传感器输出的监测数据，进行存储、处理分析和比对。
进一步地，所述超声波传感器包括超声发射探头和超声接收探头，所述超声发射探头和超声接收探头分别连接在振弦式应变传感器的两端。
优选的，所述超声发射探头和超声接收探头通过螺栓连接在振弦式应变传感器的两端。
一种固定式混凝土结构应力测试系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，预装固定：将超声波传感器固定在振弦式应变传感器上，并在混凝土结构上钻孔，将传感监测装置放入孔中并固定，监测混凝土结构的变形应力；
S2，双数据接收存储：数据分析处理系统分别接收振弦式应变传感器发送的监测数据A和超声波传感器发送的监测数据X1，并进行存储；
S3，数据分析：数据分析处理系统以振弦式应变传感器发送的监测数据A为基础，将超声波传感器同一时间发送的监测数据X1进行匹配对比；
S4，建立对照表：以监测数据A为标定基础，将监测数据X1与混凝土应力数值建立对照表；
S5，单数据接收：振弦式应变传感器失效后，数据分析处理系统接收超声波传感器发送的监测数据X2，将监测数据X2与对照表进行比对，得出当前混凝土结构的应力数值。
本发明有益效果如下：
前期利用振弦式应变传感器进行监测，同步采集并记录振弦式传感器与超声传感器监测数据，建立振弦式传感器与超声传感器采集应变之间的相关关系。当振弦式应变传感器失效后，以所建立的振弦式传感器与超声传感器采集应变之间的相关关系 根据超声传感器采集数据来确定结构应力，这种方法既克服了振弦式应变传感器使用寿命不长的缺点，又避免了超声波传感器自身无法独立监测混凝土构件的缺陷。具有结构简单，使用寿命长、无需重复施工的优点。
附图说明
图1为本发明的振弦式应变传感器示意图；
图2为本发明的使用方法流程图。
附图标记：1-振弦式应变传感器，2-超声波传感器，21-超声发射探头，22-超声接收探头。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
如图1所示，一种固定式混凝土结构应力测试系统，包括传感监测装置和数据分析处理系统，所述传感监测装置与数据分析处理系统电连接；
所述传感监测装置设在混凝土结构内，包括振弦式应变传感器1和超声波传感器2，所述超声波传感器2设在振弦式应变传感器1上。
本发明的原理如下：传统的结构内部应力监测一般采用振弦式应变传感器其输出的数据信号准确可靠且稳定，振弦式应变传感器的监测数据A与结构应力的对应关系为：监测数据A-应力S；本发明将传感监测装置放入混凝土结构中后，在振弦式应变传感器未失效前，数据分析处理系统分别接受分别接收振弦式应变传感器1发送的监测数据A和超声波传感器2发送的监测数据X1，然后将监测数据A为标定基础，将同一时间刻度的监测数据X1进行配对，形成相应的对照关系为：监测数据X1-监测数据A-应力S；在振弦式应变传感器失效后，数据分析处理系统接受超声波传感器2发送的监测数据X2，然后将监测数据X2与前期的存储的监测数据X1进行匹配，匹配出与监测数据X2相同的监测数据X1，通过监测数据X2=监测数据X1-监测数据A-应力S，得出当前监测到的结构应力。
所述振弦式应变传感器1和超声波传感器2分别监测混凝土结构内的应力变化，所述数据分析处理系统分别接受振弦式应变传感器1和超声波传感器2输出的监测数据，进行存储、处理分析和比对。
数据分析处理系统在接收监测数据时，分别接受监测数据X1和监测数据A，并在系统内进行分别存储；然后发送的监测数据A为基础，以时间为横轴，将超声波传感器2发送的监测数据X1与监测数据A进行匹配形成对照表；振弦式应变传感器失效后，数据分析处理系统对监测数据X2进行分析时，将监测数据X2的数值与相同数值的监测数据X1进行匹配，然后以对照表为基础得出相应的应力数值。
如图1所示，进一步地，所述超声波传感器2包括超声发射探头21和超声接收探头22，所述超声发射探头21和超声接收探头22分别连接在振弦式应变传感器1的两端。
优选的，所述超声发射探头21和超声接收探头22通过螺栓连接在振弦式应变传感器1的两端。
优选的，所述超声发射探头21和超声接收探头22与振弦式应变传感器1接触位置设有防滑纹。
优选的，所述数据分析处理系统包括超声波探头监测数据采集系统、振弦式传感器系统监测数据采集系统和处理系统。
所述超声波探头监测数据采集系统用于接受超声波探头的电信号，并通过处理系统进行转换，最后将数据进行存储。
所述振弦式传感器系统监测数据采集系统用于接受振弦式传感器的电信号，并通过处理系统转换成应变数据，最后将数据进行存储。
所述超声波探头监测数据采集系统和振弦式传感器系统监测数据采集系统同步工作，进行数据收集，在混凝土的应力发生变化时，处理系统以同一时间轴为横坐标将超声波传感器2的监测数据与振弦式应变传感器1的监测数据进行对应。
由于混凝土自身特性导致其内部应力变化无法根据现有资料进行直接得出，需要采用实时监测手段才能得出相应的应力数值，本发明将振弦式应变传感器1和超声波传感器2进行结合，并采用长时间连续监测和接替监测的手段得出混凝土结构的内部应力，适用于不同不同结构，不同特性的混凝土结构。
如图2所示，一种固定式混凝土结构应力测试系统的使用方法，包括以下步骤：
S1，预装固定：将超声波传感器2固定在振弦式应变传感器1上，并在混凝土结构上钻孔，将传感监测装置放入孔中并固定，并与数据分析处理系统进行连接，监测混凝土结构的变形应力；
S2，双数据接收存储：数据分析处理系统分别接收振弦式应变传感器1发送的监测数据A和超声波传感器2发送的监测数据X1，并进行存储；
S3，数据分析：数据分析处理系统以振弦式应变传感器1发送的监测数据A为基础，将超声波传感器2同一时间发送的监测数据X1进行匹配对比；
S4，建立对照表：以监测数据A为标定基础，将监测数据X1与混凝土应力数值建立对照表；
S5，单数据接收：使用3-5年后振弦式应变传感器1由于自身结构特性失效，数据分析处理系统接收超声波传感器2发送的监测数据X2，将监测数据X2与对照表进行比对，得出当前时刻的混凝土结构的应力数值。
优选的，同一时间横轴下，两组对应数据如下：
监测数据A依次为：0.0、0.9、1.8、2.7、3.6、4.4、5.3和6.2；监测数据X1依次为0、0.084、0.255、0.531、0.846、1.152、1.399和1.54，并以上述节点在坐标系内做连续的圆滑曲线，在后续监测过程中将监测数据X2的数据代入上述对照表中进行对照，找出相应的应力值，再乘以混凝土弹模，然后得出相应的混凝土结构应变。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种固定式混凝土结构应力测试系统，其特征是，包括传感监测装置和数据分析处理系统，所述传感监测装置与数据分析处理系统电连接；
所述传感监测装置设在混凝土结构内，包括振弦式应变传感器（1）和超声波传感器（2），所述超声波传感器（2）设在振弦式应变传感器（1）上；
所述振弦式应变传感器（1）和超声波传感器（2）分别监测混凝土结构内的应力变化，所述数据分析处理系统分别接受振弦式应变传感器（1）和超声波传感器（2）输出的监测数据，进行存储、处理分析和比对。
2.根据权利要求1所述的一种固定式混凝土结构应力测试系统，其特征是：所述超声波传感器（2）包括超声发射探头（21）和超声接收探头（22），所述超声发射探头（21）和超声接收探头（22）分别连接在振弦式应变传感器（1）的两端。
3.根据权利要求2所述的一种固定式混凝土结构应力测试系统，其特征是：所述超声发射探头（21）和超声接收探头（22）通过螺栓连接在振弦式应变传感器（1）的两端。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种固定式混凝土结构应力测试系统的使用方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，预装固定：将超声波传感器（2）固定在振弦式应变传感器（1）上，并在混凝土结构上钻孔，将传感监测装置放入孔中并固定，监测混凝土结构的变形应力；
S2，双数据接收存储：数据分析处理系统分别接收振弦式应变传感器（1）发送的监测数据A和超声波传感器（2）发送的监测数据X1，并进行存储；
S3，数据分析：数据分析处理系统以振弦式应变传感器（1）发送的监测数据A为基础，将超声波传感器（2）同一时间发送的监测数据X1进行匹配对比；
S4，建立对照表：以监测数据A为标定基础，将监测数据X1与混凝土应力数值建立对照表S；
S5，单数据接收：振弦式应变传感器（1）失效后，数据分析处理系统接收超声波传感器（2）发送的监测数据X2，将监测数据X2与对照表S进行比对，得出当前混凝土结构的应力数值。
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