CN112798414B - 一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法，该装置包括：棱柱体混凝土试块模具、捆绑绳、应变片传感线、微型土压力盒传感线、柔性介质棒、应变片、敏感栅、端子、微型土压力盒、圆形钢片、扎丝、半圆形拉环。本发明固定简单，且在混凝土浇筑过程及振捣过程中柔性介质棒始终保持垂直，微型土压力盒受压面不会倾斜。测量混凝土应力应变主要依靠应变片和微型土压力盒。应变片的尺寸小于柔性介质棒表面尺寸，柔性介质棒表面用砂纸打磨粗糙，使其与现浇混凝土有良好的粘结性能。用瞬间强力粘合剂胶水将应变片粘贴在柔性介质棒上，应变片表面涂抹硅橡胶做防潮处理，避免胶层吸收混凝土中的水分降低绝缘电阻值。

Description

一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法

技术领域

本发明属于混凝土材料力学性能测量领域，具体涉及一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法。

背景技术

混凝土结构应变的测量，分为表面应变和内部应变两种。一般的混凝土试验，主要测量混凝土的表面应变。应变一般用电阻应变片进行测量，将电阻应变片粘贴于构件表面，通过应变测量系统测出其应变值。由于电阻应变片比较脆弱，直接放入混凝土中将失去功能，因此上述方法不能应用于混凝土内部应变的测量。然而，测试混凝土内部材料的力学性能具有重要的工程和理论意义，不仅可以检验材料质量、验证材料本构关系的正确性，而且为混凝土结构非线性有限元分析中的核心混凝土材料本构关系提供真实数据。目前可以采用光纤光栅传感器测试混凝土的内部应变测量，但其成功率较低、成本极高，并不能满足实际工程的广泛需求。此外，混凝土内部的应力也很难通过传统仪器和方法直接测量出。综上，目前混凝土内部材料本构关系的测量难度和成本比外部应变测量要大得多，亟需提出有效而低成本的测试设备和安装方法。

有鉴于此，本发明提出一种可以直接测量混凝土试块内部应变、应力的装置及安装方法。本发明为解决现有装置不能精准测量混凝土内部应力应变提供了新的解决方案。

本发明的基本原理是采用电阻式应变片和高强压力盒分别测试混凝土内部的应变与应力。高强压力盒主要由承压膜、夹弦器、钢弦以及线圈组成，量程主要由承压膜及钢弦控制，承压膜由高强钢材制成，其屈服强度为压力盒量程1/6-1/8，钢弦抗拉强度400Mpa以上且钢弦直径不大于0.1mm。电阻式应变片截面尺寸小于柔性附着棒且应变片大小不大于柔性附着棒长度的1/10，这样可以确保测试的约束条件合理。应变片传感线直径不小于2mm且长度至少超出混凝土试块模具30mm。

在测试内部应变方面，将电阻式应变片贴在柔性附着棒上，柔性附着棒表面硬度低，韧性良好，耐磨性强，稳定性好，耐多种化学品腐蚀，将其表面打磨到一定粗糙程度，使其与混凝土有良好的粘结性能。应变片敏感栅面朝外，用瞬间强力粘合剂将应变片粘在柔性附着棒上，在应变片表面涂抹硅橡胶做好防潮处理。将柔性附着棒绑在捆绑绳上，在模具正方形面上打孔，捆绑绳穿过模具孔以此固定柔性附着棒。

采用高强压力盒测试混凝土内部应力，土压力盒受压面上粘贴圆形钢片，其直径与压力盒相同，保证压力盒受力均匀。用扎丝绑住高强压力盒两侧的半圆形拉环，使压力盒在混凝土浇筑过程中不偏位。

本发明涉及的应变和应力测试设备灵敏度高、耐久性强且成本极低，所占空间也很小，特别适合测试混凝土试块的应力-应变关系和材料力学性能。

发明内容

发明目的：在混凝土试块中提供一种埋入式应变计、高强压力盒装置及安装方法。包括柔性附着棒，应变片和高强压力盒，柔性附着棒作为混凝土与应变片之间的柔性介质，且不影响应变片的准确度。本发明具有安装方便，测量精确的特点，为解决现有装置不能直接测量棱柱体混凝土试块内部应力应变提供了一种新的解决的方案。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案。

本发明所述的棱柱体混凝土试块埋入式应变计、高强压力盒装置，主要包括棱柱体混凝土试块模具(1)、捆绑绳(2)、应变片传感线(3)、高强压力盒传感线(4)、柔性附着棒(5)、应变片(6)、端子(8)、高强压力盒(9)、圆形钢片(10)、扎丝(11)、半圆形拉环(12)。其特征在于：此装置固定简单，且在混凝土浇筑过程及振捣过程中柔性附着棒始终保持垂直，高强压力盒受压面不会倾斜。测量混凝土应力应变主要依靠应变片(6)和高强压力盒(9)。应变片(6)的尺寸小于柔性附着棒(5)表面尺寸，柔性附着棒(5)表面用砂纸打磨粗糙，使其与现浇混凝土有良好的粘结性能。用瞬间强力粘合剂将应变片(6)粘贴在柔性附着棒(5)上，应变片(6)表面涂抹硅橡胶做防潮处理，避免胶层吸收混凝土中的水分降低绝缘电阻值。粘贴过程中保证应变片(6)的敏感栅(7)位置处于柔性附着棒(5)的中间，不破坏端子(8)。端子(8)处的导出线保持垂直，避免试块浇筑过程中出现气泡。高强压力盒(9)固定位置与敏感栅(7)位置接近，用纸片分隔且不发生接触，避免影响精度。测量出混凝土试块同一位置应力和应变。混凝土浇筑过程中骨料大小影响土压力盒测量精度，圆形钢片(10)粘贴于高强压力盒(9)受压面，高强压力盒(9)承受混凝土骨料均匀的压力。高强压力盒(9)表面涂抹水泥，增加压力盒表面粗糙度。柔性附着棒(5)与捆绑绳(2)牢固绑扎在一起，捆绑绳(2)穿过模具(1)上下表面孔绑扎。扎丝(11)连接高强压力盒(9)上的半圆形拉环(12)，高强压力盒(9)固定于棱柱体混凝土试块模具(1)内。高强压力盒传感线(4)与应变片传感线(3)保证足够长度。

本发明中的柔性附着棒(5)表面硬度低，砂纸打磨后表面粗糙，应变片(6)与柔性附着棒(5)粘结牢固。柔性附着棒长度不宜大于模具长1/3，截面面积不宜大于模具截面面积1/500，抗压强度范围为100Mpa-150Mpa之间，弯曲强度范围在40-100Mpa之间，混凝土试块受压后，柔性附着棒上的应变片产生机械变形，电阻值相应的发生变化，即可测出内部结构的应变。作为混凝土与应变片(6)之间介质，不会影响应变片的测量精度。

柔性附着棒(5)材料可以选用聚甲基丙烯酸甲酯、竹片、软木，并不局限与某一种材料。

本发明中的应变片(6)尺寸小于柔性附着棒表面尺寸，粘贴过程中保证敏感栅(7)处于正中位置，端子处的应变片传感线(3)引出磨具(1)外面，外露出足够长度连接数据采集仪。敏感栅(7)面朝向混凝土浇筑面，应变片(6)用瞬间强力粘合剂粘贴后，表面涂抹硅橡胶做防潮处理，避免混凝土中的水分进入影响应变片测量精度。

本发明中的高强压力盒(9)固定于混凝土试块模具(1)中，通过扎丝(11)固定于混凝土试块内。混凝土试块内部应力发生变化时，土压力盒同步感受应力的变化，高强压力盒感应板将会发生变形，通过振弦测试原理，测出被测结构的压应力值。

本发明中的混凝土试块模具(1)表面需要打孔，以便捆绑绳(2)从混凝土试块模具(1)上下表面穿过，固定柔性附着棒(5)。扎丝(11)绑扎高强压力盒两侧半圆形拉环(12)分别从模具左右小孔穿出。试块模具可以采用棱柱体和立方体及其他具有一定尺寸的混凝土试块模具。

本发明中的圆形钢片(10)直径与高强压力盒(9)直径相同，厚度不宜过大。混凝土组成成分中骨料的粒径不同，土压力盒承受集中荷载。采用圆形钢片(10)固定于高强压力盒(9)受压面，圆形钢片(10)作为刚性元件，将集中荷载转化为对压力盒的均布荷载，且不会影响高强压力盒(9)测量精度。

本发明中的捆绑绳(2)表面粗糙，弹性好，硬度低，重量小，对混凝土试块受压破坏不产生影响，只作为固定柔性附着棒的中间介质。

本发明中的扎丝(11)是镀锌铁丝，直径不宜大于0.55mm，绑扎方便，抗腐蚀能力强，在混凝土试块受压过程中无约束作用。

与现有埋入式应变计相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法，直接测量混凝土试块内部应变，操作简单，测量精度高，造价低。

2、本发明中的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法，不需通过材料的应力—应变关系换算为应力，直接测量出混凝土试块的应力。

3、本发明中的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法，固定方法简单可行，应变片始终保持垂直，高强压力盒受压面平行于混凝土试块面，测量准确。

4、本发明中的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法，高强土压力盒量程大，用来测量不同强度的混凝土试块，具有很强的工程意义。

附图说明：

图1为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的三维结构图。

图2为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的正视图。

图3为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的感应装置三维图。

图4为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的感应装置侧面图。

图5为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的柔性附着棒装置三维图。

图6为本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的高强压力盒三维图。

图7为本发明一种混凝土试块埋入式应变计、高强压力盒装置的应变片三维图。

图中：混凝土试块模具(1)、捆绑绳(2)、应变片传感线(3)、高强压力盒传感线(4)、柔性附着棒(5)、应变片(6)、敏感栅(7)、端子(8)、高强压力盒(9)、圆形钢片(10)、扎丝(11)、半圆形拉环(12)。

具体实施方式

下面结合本发明实施中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，是本发明一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置及安装方法的是实施实例，其主要包括：混凝土试块模具(1)、捆绑绳(2)、应变片传感线(3)、高强压力盒传感线(4)、柔性附着棒(5)、应变片(6)、敏感栅(7)、端子(8)、高强压力盒(9)、圆形钢片(10)、扎丝(11)、半圆形拉环(12)。

实施步骤如下：

1、混凝土试块模具大小为150mm×150mm×300mm，选用适当长度的柔性附着棒，每一面用砂纸进行打磨，打磨到一定粗糙程度。应变片选择为小于柔性附着棒表面尺寸，用瞬间强力粘合剂粘贴应变片，敏感栅背面粘贴柔性附着棒。粘贴牢固后，敏感栅面涂抹硅橡胶，待其固结。

2、确定柔性附着棒在棱柱体混凝土试块的位置，根据柔性附着棒的位置在模具上打孔，保证模具上下孔在同一条直线上，柔性附着棒用捆绑绳绑扎好穿过模具孔固定。

3、在高强压力盒受压面粘贴与土压力盒直径相同的圆形钢片，圆形钢片厚度约为2mm左右，使得高强压力盒承受来自混凝土内部各种物质的均布荷载，保证高强压力盒测量准确度。

4、按照柔性附着棒位置固定高强压力盒，扎丝穿过高强压力盒两侧半圆形拉环，从模具内穿出，固定好高强压力盒位置。高强压力盒与应变片直接测量出同一混凝土内部同一位置应力应变。

5、用全桥仪进行数据采集，采集的数据如下所示：

以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (5)

1.一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置，其特征在于：包括棱柱体混凝土试块模具(1)、捆绑绳(2)、应变片传感线(3)、高强压力盒传感线(4)、柔性附着棒(5)、应变片(6)、高强压力盒(9)、圆形钢片(10)、扎丝(11)和半圆形拉环(12)；棱柱体混凝土试块模具(1)内固定有应变片(6)与高强压力盒(9)，应变片(6)粘贴在柔性附着棒(5)上，用粘合剂将捆绑绳(2)一端粘贴在柔性附着棒(5)一侧，捆绑绳(2)的另一端从棱柱体混凝土试块模具(1)的一个孔中穿出；高强压力盒(9)通过扎丝(11)固定于棱柱体混凝土试块模具(1)中，采用圆形钢片(10)固定于高强压力盒(9)受压面；扎丝(11)绑住半圆形拉环(12)从棱柱体混凝土试块模具(1)的另一个孔中穿出；应变片(6)的端子(8)处连接的应变片传感线(3)引出棱柱体混凝土试块模具(1)外面，并与数据采集仪连接；应变片传感线(3)与高强压力盒传感线(4)从棱柱体混凝土试块模具(1)导出；

应变片(6)尺寸小于柔性附着棒(5)的表面尺寸，应变片(6)的敏感栅(7)处于柔性附着棒(5)的中间；敏感栅(7)面朝向混凝土的浇筑面，应变片(6)用粘合剂粘贴后，表面涂抹硅橡胶；

柔性附着棒(5)表面通过砂纸打磨，应变片(6)与柔性附着棒(5)粘结牢固；柔性附着棒(5)的长度不大于棱柱体混凝土试块模具(1)长度的1/3，截面面积不大于棱柱体混凝土试块模具(1)截面面积1/500，抗压强度范围为100Mpa-150Mpa，弯曲强度范围为40-100Mpa，混凝土试块受压后，柔性附着棒(5)上的应变片产生机械变形，电阻值发生变化，即可测出内部应变；柔性附着棒(5)材料选用聚甲基丙烯酸甲酯、竹片或软木；

混凝土试块内部应力发生变化时，高强压力盒(9)同步感受应力的变化，高强压力盒感应板将会发生变形，通过振弦测试原理，即可测出被测结构的压应力值。

2.根据权利要求1所述的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置，其特征在于：棱柱体混凝土试块模具(1)表面需要打孔，用以捆绑绳(2)从棱柱体混凝土试块模具(1)上下表面穿过，固定柔性附着棒(5)；扎丝(11)绑扎高强压力盒两侧半圆形拉环(12)分别从棱柱体混凝土试块模具左右两侧小孔穿出；棱柱体混凝土试块模具形状为棱柱体。

3.根据权利要求1所述的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置，其特征在于：圆形钢片(10)直径与高强压力盒(9)直径相同；混凝土组成成分中骨料的粒径不同，土压力盒承受集中荷载；圆形钢片(10)作为刚性元件，将集中荷载转化为对压力盒的均布荷载，且不会影响高强压力盒(9)测量精度。

4.根据权利要求1所述的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置，其特征在于：捆绑绳(2)表面粗糙，对棱柱体混凝土试块模具(1)受压破坏不产生影响，只作为固定柔性附着棒的中间介质。

5.根据权利要求1所述的一种测试混凝土试块内部材料本构关系的装置，其特征在于：扎丝(11)是镀锌铁丝，直径不大于0.55mm。

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