CN114323371B - 自平衡混凝土应力测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土应力测试领域，尤其是涉及一种自平衡混凝土应力测定仪。该测定仪包括早龄期砼变形探测棒和球形主体，早龄期砼变形探测棒包括锚固球、连接锚固球和球形主体的杆体、绑定于杆体上的温度探头；球形主体中设置有球形体，杆体穿过球形主体外壳并通过应力丝连接于球形体，应力丝的中部暴露于球形主体内部；球形主体外壳和杆体的外壁均涂覆缓凝剂。本发明中的测定仪不仅体积小，结构简单，而且可排除混凝土温度变化引起的应变，得到混凝土真实的拉压应力。

Description

自平衡混凝土应力测定仪

技术领域

本发明属于混凝土应力测试领域，尤其是涉及一种施工现场早龄混凝土的自平衡混凝土应力测定仪。

背景技术

目前，对大体积混凝土结构内部应力的相关监测或测试方式有无应力计式、真实应力计式等。

无应力计式则通过隔离应变计所在的混凝土不受由外荷载引起的应变影响，测量结构物内部混凝土自身体积变化的应变量，从而测量混凝土的自由体积变形，但它只为判断混凝土的基本性态以及结构应力计算提供基础资料，不测试应力；真实应力计式在一定长度上隔离与测试应力垂直方向的混凝土，通过隔离内的混凝土柱体的非弹性应变来补偿测试部位混凝土的非弹性应变，通过力传感器测试隔离装置内混凝土柱体轴向力来得到真实应力，但它只能测试隔离装置内混凝土柱体轴向力，即轴向压力，而大体积混凝土对于拉力的敏感程度远远大于压力。

发明内容

本发明提供了一种自平衡混凝土应力测定仪，以缓解现有混凝土应力测定装置无法测量混凝土真实的拉压应力的问题。

为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种自平衡混凝土应力测定仪包括早龄期砼变形探测棒和球形主体，早龄期砼变形探测棒包括锚固球、连接锚固球和球形主体的杆体、绑定于杆体上的温度探头；球形主体中设置有球形体，杆体穿过球形主体外壳并通过应力丝连接于球形体，应力丝的中部暴露于球形主体内部；球形主体外壳和杆体的外壁均涂覆缓凝剂。

更进一步地，锚固球设置为直径30mm的玻璃纤维球，杆体设置为长100mm，直径10mm的玻璃纤维筋。

更进一步地，应力丝的一端连接有金属片且应力丝的端部密封于环氧树脂材质的球形体中，应力丝的中部暴露在球形主体内；应力丝的另一端与杆体通过环氧树脂粘结。

更进一步地，球形主体包括位于上部的半球形外壳和位于下部的底座，半球形外壳和底座通过螺栓连接。

更进一步地，半球形外壳包括上壳块和连接于上壳块的下壳块，半球形外壳上设置有第一孔洞；杆体穿过第一孔洞，且第一孔洞的外表面设置一层橡胶保护圈。

更进一步地，底座从上到下依次为上部底座、下部底座和下盖板，上壳块、下壳块、下部底座和下盖板从上至下依次连接组成一完整的球壳。

更进一步地，上部底座为设置有第二孔洞的小圆球，球形体设置于小圆球内，上部底座通过一圆柱连接于下部底座；下部底座设置有信号发射器；杆体通过第二孔洞伸入小圆球内部且金属片通过导线与下部底座相连。

更进一步地，早龄期砼变形探测棒设置为五个，其中一个早龄期砼变形探测棒竖直向上，另外四个早龄期砼变形探测棒等距离设置于水平面上。

更进一步地，各个早龄期砼变形探测棒分别穿过第一孔洞和第二孔洞以伸入小圆球内；上部底座顶部的第二孔洞旁设置有导线孔，温度探头的温度导线穿过导线孔后连接于下部底座。

更进一步地，下部底座设置弧形配重以使混凝土应力测定仪放置时自平衡。

本发明中自平衡混凝土应力测定仪的有益效果分析如下：

该自平衡混凝土应力测定仪包括早龄期砼变形探测棒和球形主体，早龄期砼变形探测棒包括锚固球、连接锚固球和球形主体的杆体、绑定于杆体上的温度探头；球形主体中设置有球形体，杆体穿过球形主体外壳并通过应力丝连接于球形体，应力丝的中部暴露于球形主体内部；球形主体外壳和杆体的外壁均涂覆缓凝剂。

当需要测定施工现场的混凝土应力时，将测定仪完全埋设于混凝土中，因为球形主体外壳和杆体的外壁均涂覆缓凝剂，锚固球与混凝土紧密粘结，当混凝土内部应力发生变化时，锚固球同步受力，产生变形，变形通过杆体传递给应力丝，使内部暴露的应力丝发生形变，改变应力丝的电阻，通过测量电阻变化，可以测出混凝土的拉压应力，通过温度探头得到混凝土内的温度进行温度补偿，从而得到混凝土的真实应力。

锚固球采用的玻璃纤维材料，与混凝土有很好的黏结性，有利于测量的准确；此外，环氧树脂材料耐碱性优良，形状易改变，粘附力强，具有较好的耐热性和电绝缘性，方便应力丝与杆体的粘结且不干扰应力丝对混凝土内部应力的测量。因此，本发明中的测定仪不仅体积小，结构简单，而且可排除混凝土温度变化引起的应变，得到混凝土真实的拉压应力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施方式提供的自平衡混凝土应力测定仪的结构示意图；

图2本发明实施方式提供的自平衡混凝土应力测定仪的剖面示意图；

图3为本发明实施方式提供的早龄期砼变形探测棒的结构示意图；

图4本发明实施方式提供的早龄期砼变形探测棒的剖面图及应力丝的示意图；

图5本发明实施方式提供的半球形外壳的结构示意图；

图6本发明实施方式提供的底座的结构示意图。

图标：

1.a-锚固球；1.b-杆体；1.c-金属片；1.d-应力丝；1.e-温度探头；1.f-温度导线；2.a-下壳块；2.b-第一孔洞；2.c-上壳块；3.a-上部底座；3.b-下部底座；3.c-下板盖；3.d-导线孔；3.e-第二孔洞；4-橡胶保护圈；5-信号发射器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，对大体积混凝土结构内部应力的相关监测或测试方式有无应力计式、真实应力计式等。

无应力计式则通过隔离应变计所在的混凝土不受由外荷载引起的应变影响，测量结构物内部混凝土自身体积变化的应变量，从而测量混凝土的自由体积变形，但它只为判断混凝土的基本性态以及结构应力计算提供基础资料，不测试应力；真实应力计式在一定长度上隔离与测试应力垂直方向的混凝土，通过隔离内的混凝土柱体的非弹性应变来补偿测试部位混凝土的非弹性应变，通过力传感器测试隔离装置内混凝土柱体轴向力来得到真实应力，但它只能测试隔离装置内混凝土柱体轴向力，即轴向压力，无法测试拉力，而大体积混凝土对于拉力的敏感程度远远大于压力。

有鉴于此，本实施例提供了一种自平衡混凝土应力测定仪，请一并参考图1至图6，该测定仪包括早龄期砼变形探测棒和球形主体，早龄期砼变形探测棒包括锚固球1.a、连接锚固球1.a和球形主体的杆体1.b、绑定于杆体1.b上的温度探头1.e；球形主体中设置有球形体，杆体1.b穿过球形主体外壳并通过应力丝1.d连接于球形体，应力丝1.d的中部暴露于球形主体内部；球形主体外壳和杆体1.b的外壁均涂覆缓凝剂。

当需要测定施工现场的早龄混凝土应力时，将测定仪完全埋设于混凝土中，因为球形主体外壳和杆体1.b的外壁均涂覆缓凝剂，锚固球1.a与混凝土紧密粘结，当混凝土内部应力发生变化时，锚固球1.a同步受力，产生变形，变形通过杆体1.b传递给应力丝1.d，使内部暴露的应力丝1.d发生形变，改变应力丝1.d的电阻，通过测量电阻变化，可以测出混凝土的拉压应力，通过温度探头1.e得到混凝土内的温度进行温度补偿，从而得到混凝土的真实应力。

本发明采用的锚固球1.a的材质优选为玻璃纤维材质；玻璃纤维材料与混凝土有很好的黏结性，有利于测量的准确；此外，球形体有限采用环氧树脂材料，耐碱性优良，形状易改变，粘附力强，具有较好的耐热性和电绝缘性，方便应力丝1.d与杆体1.b的粘结且不干扰应力丝1.d对混凝土内部应力的测量。因此，本发明中的测定仪不仅体积小，结构简单，而且可排除混凝土温度变化引起的应变，得到混凝土真实的拉压应力。

本实施例的可选方案中，应力丝1.d的一端连接有金属片1.c且应力丝1.d的端部密封于球形体中，应力丝1.d的中部暴露在球形主体内；应力丝1.d的另一端与杆体1.b通过环氧树脂粘结。

关于早龄期砼变形探测棒的形状和结构，请一并参考图2至图4，具体说明如下：

锚固球1.a设置为直径30mm的玻璃纤维球，杆体1.b设置为长100mm，直径10mm的玻璃纤维筋。应力丝1.d远离锚固球1.a的一端连接有金属片1.c并密封于直径10mm、长10mm的球形体中，应力丝1.d的中部15mm长的一段暴露于球形主体内，应力丝1.d的另一端5mm长的一段伸入杆体1.b中并通过环氧树脂粘结于杆体1.b。杆体1.b和球形体之间的应力丝1.d设置为循环往复的结构，从而提高应力丝1.d传递形变的灵敏性。锚固球1.a采用的玻璃纤维材料质量为钢筋的1/4，弹性模量稳定，与混凝土有很好的黏结性，能够简单方便的测试拉压应力。

本实施例的可选方案中，请一并参考图5和图6，球形主体包括位于上部的半球形外壳和位于下部的底座，半球形外壳和底座通过螺栓连接。半球形外壳的内侧下部设置有第一台阶结构，底座的外周上部设置有相对应的第二台阶结构，第一台阶结构和第二台阶结构匹配并通过螺栓连接。

本实施例的可选方案中，半球形外壳包括上壳块2.c和连接于上壳块2.c的下壳块2.a，半球形外壳上设置有第一孔洞2.b；杆体1.b穿过第一孔洞2.b且杆体1.b，且第一孔洞2.b的外表面设置一层橡胶保护圈4。橡胶保护圈4防止混凝土中的液体进入球形主体内部。

关于半球形外壳的上壳块2.c和下壳块2.a的连接方式，请参考图5，上壳块2.c的下边缘设置有第三台阶结构，下壳块2.a的上边缘设置有第四台阶结构，第三台阶结构和第四台阶结构匹配并通过螺栓连接。

关于底座的形状和结构，请参考图6，具体说明如下：

底座从上到下依次为上部底座3.a、下部底座3.b和下盖板3.c，上壳块2.c、下壳块2.a、下部底座3.b和下盖板3.c从上至下依次连接组成一完整的球壳。

更进一步地，上部底座3.a为设置有第二孔洞3.e的小圆球，球形体设置于小圆球内，上部底座3.a通过一圆柱连接于下部底座3.b；下部底座3.b设置有信号发射器5；杆体1.b通过第二孔洞3.e伸入小圆球内部且杆体1.b焊接于小圆球以保证杆体1.b的端部固定。金属片1.c通过导线与下部底座3.b相连，通过金属片1.c将应力丝1.d的电阻值传递给信号发射器5，然后通过信号发射器5将采集到的数据发送至设置好的信号接收器上，再通过信号解码器得到应力的数值。

本实施例的可选方案中，早龄期砼变形探测棒设置为五个，其中一个早龄期砼变形探测棒竖直向上，另外四个早龄期砼变形探测棒等距离设置于水平面上。因此，本发明中的自平衡混凝土应力测定仪可以测试五个方向上的拉压应力，设置于水平面上的四个应力同一轴取平均值以得到两个互相垂直的水平方向的应力，再加上竖直方向的早龄期砼变形探测棒得到的应力，可以得到三个相互垂直轴上的应力，进而能得到一点的主应力。

本实施例的可选方案中，各个早龄期砼变形探测棒分别穿过第一孔洞2.b和第二孔洞3.e以伸入小圆球内；上部底座3.a顶部的第二孔洞3.e旁设置有导线孔3.d，温度探头1.e的温度导线1.f穿过导线孔3.d后连接于下部底座3.b。通过温度补偿从而排除混凝土温度变化引起的应变影响，从而得到混凝土真实的拉压应力。

本实施例的可选方案中，下部底座3.b设置弧形配重以使混凝土应力测定仪放置时自平衡。设置自平衡的目的是使应力测定仪放置于水平面时，竖直向上的早龄期砼变形探测棒能够铅直向上。

关于自平衡混凝土应力测定仪的工作原理具体说明如下：

当需要测定施工现场的早龄混凝土应力时，将测定仪完全埋设于混凝土中，因为球形主体外壳和杆体1.b的外壁均涂覆缓凝剂，锚固球1.a与混凝土紧密粘结，当混凝土内部应力发生变化时，锚固球1.a同步受力，产生变形，变形通过杆体1.b传递给应力丝1.d，使内部暴露的应力丝1.d发生形变，改变应力丝1.d的电阻，通过金属片1.c将应力丝1.d的电阻值传递给信号发射器5，然后通过信号发射器5将采集到的数据发送至设置好的信号接收器上，再通过信号解码器得到应力的数值，并通过温度探头1.e测量混凝土内的温度进行温度补偿，从而得到混凝土的真实应力。

此外，与现有的应力测试方法相比，本发明中提供的自平衡混凝土应力测定仪可以测试五个方向上的拉压应力σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅，水平方向的四个应力同一轴取平均值，再加上竖直方向的早龄期砼变形探测棒得到的应力σ₅，可以得到三个相互垂直轴上的应力

σ₅，进而能得到一点的主应力。

综上，本实施例中的自平衡混凝土应力测定仪可以实现如下技术效果：

1、本发明体积小，结构简单，可以现场组装，也可以事先组装好；

2、本发明放置自平衡，施工过程中操作放置简单；

3、本发明采用的玻璃纤维材料与混凝土有很好的黏结性，有利于测值的准确；

4、本发明采用的环氧树脂材料耐碱性优良、形状易改变、具有较好的耐热性和电绝缘性，适用于混凝土内部；

5、本发明可以测量拉压应力，适用于大体积混凝土应力的测量。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于：包括早龄期砼变形探测棒和球形主体，所述早龄期砼变形探测棒包括锚固球（1.a）、连接所述锚固球（1.a）和所述球形主体的杆体（1.b）、绑定于所述杆体（1.b）上的温度探头（1.e）；

所述球形主体中设置有球形体，所述杆体（1.b）穿过所述球形主体外壳并通过应力丝（1.d）连接于所述球形体，所述应力丝（1.d）的中部暴露于所述球形主体内部；

所述球形主体外壳和所述杆体（1.b）的外壁均涂覆缓凝剂；

所述应力丝（1.d）的一端连接有金属片（1.c）且所述应力丝（1.d）的端部密封于环氧树脂材质的所述球形体中，所述应力丝（1.d）的中部暴露在所述球形主体内；所述应力丝（1.d）的另一端与所述杆体（1.b）通过环氧树脂粘结。

2.根据权利要求1所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述锚固球（1.a）设置为玻璃纤维球，所述杆体（1.b）设置为玻璃纤维筋。

3.根据权利要求1所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述球形主体包括位于上部的半球形外壳和位于下部的底座，所述半球形外壳和所述底座通过螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述半球形外壳包括上壳块（2.c）和连接于所述上壳块（2.c）的下壳块（2.a），所述半球形外壳上设置有第一孔洞（2.b）；

所述杆体（1.b）穿过所述第一孔洞（2.b），且所述第一孔洞（2.b）的外表面设置一层橡胶保护圈（4）。

5.根据权利要求4所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述底座从上到下依次为上部底座（3.a）、下部底座（3.b）和下盖板（3.c），所述上壳块（2.c）、所述下壳块（2.a）、所述下部底座（3.b）和所述下盖板（3.c）从上至下依次连接组成一完整的球壳。

6.根据权利要求5所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述上部底座（3.a）为设置有第二孔洞（3.e）的小圆球，所述球形体设置于所述小圆球内，所述上部底座（3.a）通过一圆柱连接于所述下部底座（3.b）；

所述下部底座（3.b）设置有信号发射器（5）；

所述杆体（1.b）通过所述第二孔洞（3.e）伸入所述小圆球内部且所述金属片（1.c）通过导线与所述下部底座（3.b）相连。

7.根据权利要求6所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述早龄期砼变形探测棒设置为五个，其中一个所述早龄期砼变形探测棒竖直向上，另外四个所述早龄期砼变形探测棒等距离设置于水平面上。

8.根据权利要求7所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

各个所述早龄期砼变形探测棒分别穿过所述第一孔洞（2.b）和所述第二孔洞（3.e）以伸入所述小圆球内；

所述上部底座（3.a）顶部的所述第二孔洞（3.e）旁设置有导线孔（3.d），所述温度探头（1.e）的温度导线（1.f）穿过所述导线孔（3.d）后连接于所述下部底座（3.b）。

9.根据权利要求7所述的自平衡混凝土应力测定仪，其特征在于，

所述下部底座（3.b）设置弧形配重以使混凝土应力测定仪放置时自平衡。

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