CN113063647A - 一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件 - Google Patents

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CN113063647A CN202110452150.6A CN202110452150A CN113063647A CN 113063647 A CN113063647 A CN 113063647A CN 202110452150 A CN202110452150 A CN 202110452150A CN 113063647 A CN113063647 A CN 113063647A
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戴子枢
查正军
胡佳
丁启明
郭磊
吴欢
邱枫
艾青
袁勇
蒋首超
李国强
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Abstract

本发明涉及一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件，方法包括以下步骤：根据混凝土试件内部的测量需求计算所需传感器的个数及其位置；设置混凝土棱柱的尺寸，使所述混凝土棱柱的高度和所述混凝土试件的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面面积能覆盖一个所述传感器的任意投影面积；根据所需所述传感器的深度位置设计传感器在混凝土棱柱上的高度位置；浇筑预埋有传感器的混凝土棱柱的模板，形成混凝土棱柱；根据所需传感器的水平位置将混凝土棱柱竖直布置在混凝土试件的模板内；浇筑混凝土试件的模板，形成含传感器的混凝土试件。本发明解决了现有技术中混凝土试件内传感器的位置无法准确布置且数据测量不准确的问题。

Description

一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件。
背景技术
在钢筋混凝土结构相关的科研和设计中，高温下混凝土结构内部温度分布是一项重要的参数。在混凝土内部不同深度处埋置热电偶等温度传感器是获取混凝土结构内部温度变化规律的主要手段。
然而，在混凝土试件的制作中，由于混凝土浇筑后具有一定流动性，很难做到传感器的精确布置和定位。一些研究人员在试验时通过预埋钢筋，然后将温度传感器通过绑扎在钢筋上进行固定，此法虽能固定住温度传感器，但钢筋与混凝土的导热系数相差很大，温度传感器测量温度容易受到临近钢筋的影响，导致测量结果不准确。另外一些研究人员转而采用PVC材料和碳纤维管对温度传感器进行定位，以替代导热系数较大的钢筋，但该方法需要通过有机粘结胶固定传感器，目前PVC材料、碳纤维管以及有机粘结胶等实际对温度测量的影响未知。
因此有必要提供一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件，能够简便、合理、准确的对混凝土试件内的传感器进行布置和定位。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含传感器的混凝土试件的制作方法及混凝土试件，以解决现有技术中混凝土试件内传感器的位置无法准确布置且数据测量不准确的问题。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种含传感器的混凝土试件的制作方法，包括以下步骤：
根据混凝土试件内部的测量需求计算所需传感器的个数及其位置；
设置混凝土棱柱的尺寸，使所述混凝土棱柱的高度和所述混凝土试件的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面面积能覆盖一个所述传感器的任意投影面积；
根据所需所述传感器的深度位置设计所述传感器在所述混凝土棱柱上的高度位置；
平放所述混凝土棱柱的模板，并在所述混凝土棱柱的模板内将所述传感器布置在所设计的高度位置上，浇筑平置的所述混凝土棱柱的模板，待达到养护强度后拆模，形成所述混凝土棱柱；
根据所需所述传感器的水平位置将所述混凝土棱柱竖直布置在所述混凝土试件的模板内，浇筑所述混凝土试件的模板，待达到养护强度后拆模，形成含传感器的混凝土试件。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，计算所需传感器的个数及其位置包括：
根据测量需求计算所需传感器总个数和各传感器的水平位置和深度位置。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，若同一水平位置在不同深度均需要所述传感器，则在一根所述混凝土棱柱内布置多个所述传感器。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面为正方形，边长为100mm～150mm。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，在浇筑所述混凝土棱柱的模板之前，预埋传感器的导线，使其能接入信号格式相符的数据采集器。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，所述混凝土试件包括工程构件或试验试件。
可选的，在所述含传感器的混凝土试件的制作方法中，所述传感器包括温度传感器。
本发明还提供了一种混凝土试件，所述混凝土试件为工程构件或试验试件，包括：
至少一根竖直设置在所述混凝土试件内的预制的混凝土棱柱，所述混凝土棱柱的高度和所述混凝土试件的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面面积能覆盖一个传感器的任意投影面积；
预埋在所述混凝土棱柱内的传感器；
浇筑形成所述混凝土试件的混凝土和钢筋结构。
可选的，在所述混凝土试件中，
根据所述混凝土试件内部的测量需求计算所需传感器总个数和各传感器的水平位置和深度位置；
根据所需传感器的深度位置在所述混凝土棱柱中设置高度相符的传感器；
根据所需传感器的水平位置设置所述混凝土棱柱在所述混凝土试件内的位置。
可选的，在所述混凝土试件中，所述传感器上还设置有能使所述传感器接入信号格式相符的数据采集器的导线。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)将传感器预埋在混凝土棱柱中，一方面，混凝土棱柱本身具有一定的重量，能够降低混凝土试件浇筑过程中混凝土流动和振捣对传感器精准定位的影响；另一方面，混凝土棱柱本身采用平躺式浇筑，能够较好的控制深度方向上重力对传感器安装定位的影响；
(2)适用范围广泛，使用本发明浇筑的混凝土棱柱，在实际工程中适用于各类混凝土工程构件，如梁、板和柱等等，此外，混凝土棱柱还适用于室内试验，应用范围广；
(3)提高了结构的预制化程度，将操作相对复杂的传感器定位单独提取出来，并将传感器预埋在混凝土棱柱中，操作相对简单，且提高了结构的预制化程度；
(4)该预埋传感器的混凝土棱柱浇筑方便，操作简单，定位牢固，成本低，易于堆放管理，具有广泛的实用性；
(5)测量类型广泛，可以根据实际需求设置多种不同的传感器，例如温度传感器和压力传感器等，能测量多种不同类型的数据，方便科研设计和实际工程中的测量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的含传感器的混凝土试件的结构图；
图3为本发明实施例提供的制作混凝土棱柱的结构图；
图4为本发明实施例提供的混凝土棱柱的结构图。
其中，10-混凝土试件；11-混凝土试件的模板；20-混凝土棱柱；21-混凝土棱柱的模板；30-传感器；31-导线。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。
在现有混凝土试件的制作中，由于混凝土浇筑后具有一定流动性，很难做到传感器的精确布置和定位。一些研究人员在试验时通过预埋钢筋、PVC材料和碳纤维管对温度传感器进行定位，此法虽能固定住温度传感器，但实际对温度测量的影响未知。
因此有必要提供一种含传感器的混凝土试件的制作方法，如图1-4所示，所述制作方法包括以下步骤：
根据混凝土试件10内部的测量需求计算所需传感器30的个数及其位置；
设置混凝土棱柱20的尺寸，使所述混凝土棱柱20的高度和所述混凝土试件10的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱20上与高度垂直的截面面积能覆盖一个所述传感器30的任意投影面积；
根据所需所述传感器30的深度位置设计所述传感器30在所述混凝土棱柱20上的高度位置；
平放所述混凝土棱柱的模板21，并在所述混凝土棱柱的模板21内将所述传感器30布置在所设计的高度位置上，浇筑平置的所述混凝土棱柱的模板21，待达到养护强度后拆模，形成所述混凝土棱柱20；
根据所需所述传感器30的水平位置将所述混凝土棱柱20竖直布置在所述混凝土试件的模板11内，浇筑所述混凝土试件的模板11，待达到养护强度后拆模，形成含传感器30的混凝土试件10。
本发明通过量取具体混凝土试件10尺寸来设置混凝土棱柱20的尺寸，进而浇筑预埋传感器30的混凝土棱柱20，所述混凝土棱柱20具有浇筑方便，操作简单，定位牢固，成本低，易于堆放管理等优点，具有很大的发展前景。
进一步的，计算所需传感器30的个数及其位置包括：根据测量需求计算所需传感器30总个数和各传感器30的水平位置和深度位置。优选的，若同一水平位置在不同深度均需要所述传感器30，则在一根所述混凝土棱柱20内布置多个所述传感器30。
通常的，在浇筑所述混凝土棱柱的模板21之前，预埋传感器30的导线31，使其能接入信号格式相符的数据采集器。
较佳的，所述传感器30包括但不限于温度传感器和压力传感器。
在一个实施例中，根据如图2-4所示，
根据混凝土试件10预埋传感器30需求，如根据工程构件或试验试件内部测量需求计算所需传感器30的个数及其位置；并设置混凝土棱柱20的尺寸，一般来说，若工程构件为板，则所述混凝土棱柱20高度与板的厚度相等；若工程构件为梁，则所述混凝土棱柱20高度与梁的高度相等，且所述混凝土棱柱20上与高度垂直的截面为正方形，边长为100mm～150mm，仅能容纳一个传感器30，以减少浇筑过程中的混凝土流动和振捣对传感器30精准定位的影响。
接着，根据所需所述传感器30的深度位置设计所述传感器30在所述混凝土棱柱20上的高度位置，并进行标记，如图3所示，如果在浇筑深度方向上需要布置3个传感器30，可以在混凝土棱柱的模板21上分别标记为h1，h2，h3。
将传感器30依次放在标记位置(h1，h2，h3)处，之后浇筑混凝土棱柱20；混凝土棱柱20的养护条件与混凝土试件10保持一致，一般养护时间达到7天以上后拆模，拆模之后，预埋传感器30的混凝土棱柱20如图4所示。
接着根据所需所述传感器30的水平位置将所述混凝土棱柱20竖直布置在所述混凝土试件的模板11内，整理混凝土棱柱20中预埋传感器30的导线31，使其后续可以接入信号格式相符的数据采集器。
最后，在放置了混凝土棱柱20的混凝土试件的模板11中浇筑混凝土，并进行养护，养护完成后，该混凝土试件10即完成了内部传感器30的布置和定位。
本发明还提供了一种混凝土试件10，如图2-4所示，所述混凝土试件10为工程构件或试验试件，包括：
至少一根竖直设置在所述混凝土试件10内的预制的混凝土棱柱20，所述混凝土棱柱20的高度和所述混凝土试件10的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱20上与高度垂直的截面面积能覆盖一个传感器30的任意投影面积；
预埋在所述混凝土棱柱20内的传感器30；
浇筑形成所述混凝土试件10的混凝土和钢筋结构。
优选的，若工程构件为板，则所述混凝土棱柱20高度与板的厚度相等；若工程构件为梁，则所述混凝土棱柱20高度与梁的高度相等，且所述混凝土棱柱20上与高度垂直的截面为正方形，边长为100mm～150mm，仅能容纳一个传感器30，以减少浇筑过程中的混凝土流动和振捣对传感器30精准定位的影响。
较佳的，根据所述混凝土试件10内部的测量需求计算所需传感器30总个数和各传感器30的水平位置和深度位置；
根据所需传感器30的深度位置在所述混凝土棱柱20中设置高度相符的传感器30；
根据所需传感器30的水平位置设置所述混凝土棱柱20在所述混凝土试件10内的位置。
进一步的，所述传感器30上还设置有能使所述传感器30接入信号格式相符的数据采集器的导线31。
在一个实施例中，所述混凝土棱柱20内至少含有一个所述传感器30，所述传感器30包括但不限于温度传感器和压力传感器。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)将传感器预埋在混凝土棱柱中，一方面，混凝土棱柱本身具有一定的重量，能够降低混凝土试件浇筑过程中混凝土流动和振捣对传感器精准定位的影响；另一方面，混凝土棱柱本身采用平躺式浇筑，能够较好的控制深度方向上重力对传感器安装定位的影响；
(2)适用范围广泛，使用本发明浇筑的混凝土棱柱，在实际工程中适用于各类混凝土工程构件，如梁、板和柱等等，此外，混凝土棱柱还适用于室内试验，应用范围广；
(3)提高了结构的预制化程度，将操作相对复杂的传感器定位单独提取出来，并将传感器预埋在混凝土棱柱中，操作相对简单，且提高了结构的预制化程度；
(4)该预埋传感器的混凝土棱柱浇筑方便，操作简单，定位牢固，成本低，易于堆放管理，具有广泛的实用性；
(5)测量类型广泛，可以根据实际需求设置多种不同的传感器，例如温度传感器和压力传感器等，能测量多种不同类型的数据，方便科研设计和实际工程中的测量。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据混凝土试件内部的测量需求计算所需传感器的个数及其位置；
设置混凝土棱柱的尺寸，使所述混凝土棱柱的高度和所述混凝土试件的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面面积能覆盖一个所述传感器的任意投影面积；
根据所需所述传感器的深度位置设计所述传感器在所述混凝土棱柱上的高度位置；
平放所述混凝土棱柱的模板，并在所述混凝土棱柱的模板内将所述传感器布置在所设计的高度位置上，浇筑平置的所述混凝土棱柱的模板，待达到养护强度后拆模，形成所述混凝土棱柱；
根据所需所述传感器的水平位置将所述混凝土棱柱竖直布置在所述混凝土试件的模板内，浇筑所述混凝土试件的模板，待达到养护强度后拆模，形成含传感器的混凝土试件。
2.如权利要求1所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，计算所需传感器的个数及其位置包括：
根据测量需求计算所需传感器总个数和各传感器的水平位置和深度位置。
3.如权利要求2所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，若同一水平位置在不同深度均需要所述传感器，则在一根所述混凝土棱柱内布置多个所述传感器。
4.如权利要求1所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面为正方形，边长为100mm～150mm。
5.如权利要求1所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，在浇筑所述混凝土棱柱的模板之前，预埋传感器的导线，使其能接入信号格式相符的数据采集器。
6.如权利要求1所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，所述混凝土试件包括工程构件或试验试件。
7.如权利要求1所述的含传感器的混凝土试件的制作方法，其特征在于，所述传感器包括温度传感器。
8.一种混凝土试件，其特征在于，所述混凝土试件为工程构件或试验试件，包括：
至少一根竖直设置在所述混凝土试件内的预制的混凝土棱柱，所述混凝土棱柱的高度和所述混凝土试件的浇筑深度相同，所述混凝土棱柱上与高度垂直的截面面积能覆盖一个传感器的任意投影面积；
预埋在所述混凝土棱柱内的传感器；
浇筑形成所述混凝土试件的混凝土和钢筋结构。
9.如权利要求8所述的混凝土试件，其特征在于，
根据所述混凝土试件内部的测量需求计算所需传感器总个数和各传感器的水平位置和深度位置；
根据所需传感器的深度位置在所述混凝土棱柱中设置高度相符的传感器；
根据所需传感器的水平位置设置所述混凝土棱柱在所述混凝土试件内的位置。
10.如权利要求8所述的混凝土试件，其特征在于，所述传感器上还设置有能使所述传感器接入信号格式相符的数据采集器的导线。
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