CN115718019B - 一种混凝土轴拉试件精细模具及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土轴拉试件精细模具，包括试模本体，试模本体上沿着长度方向对称设置有两个无线感知拉杆，试模本体包括底板，底板上两端相对设置有两个端板，两个拉杆本体分别向内侧方向穿过两个端板，拉杆本体内设置有两个三轴加速度传感器，三轴加速度传感器与三轴加速度数据感知与发送模块连接，试模本体上沿着长度方向设置强制对中套筒；还包括姿态估算展示端。本发明还公开一种混凝土轴拉试件精细模具工作方法。本发明公开的一种混凝土轴拉试件精细模具及其工作方法，能够解决现有技术中拉杆难以精准对中，以及对中后由于混凝土浇筑振捣导致拉杆倾斜、错位，带来试件加载时荷载偏心，引起实验失败的问题。

Description

一种混凝土轴拉试件精细模具及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土轴拉试件精细模具及其工作方法和控制方法，属于土木工程材料检测技术领域。

背景技术

混凝土轴拉试件是土木工程材料实验中最常见试件之一，基于其获得的混凝土轴心受拉强度和混凝土交界面性能指标是混凝土结构设计的重要依据。试件制作时需要讲两根拉杆预埋至混凝土中，作为传力构件。在混凝土轴拉试件的制作中，由于拉杆对中不当，或由于混凝土浇筑或振捣，拉杆的错位与倾斜非常常见且难以避免。拉杆的对中非常重要，拉杆的错位或者倾斜将导致混凝土受拉试件在拉力加载的过程中应力状态发生变化，产生荷载的偏心与局部应力集中的现象，导致获得的混凝土材料性能指标错误。现有技术中,传统模具拉杆难以精准对中，以及对中后由于混凝土浇筑振捣导致拉杆倾斜、错位，带来试件加载时荷载偏心，引起实验失败的问题。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺陷，提供一种混凝土轴拉试件精细模具及其工作方法，能够解决现有技术中拉杆难以精准对中，以及对中后由于混凝土浇筑振捣导致拉杆倾斜、错位，带来试件加载时荷载偏心，引起实验失败的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种混凝土轴拉试件精细模具，包括试模本体，所述试模本体上沿着长度方向对称设置有两个无线感知拉杆，所述无线感知拉杆包括拉杆本体和保护壳，所述试模本体包括底板，所述底板上两端相对设置有两个端板，两个所述拉杆本体分别向内侧方向穿过两个所述端板，所述保护壳内设置有通讯连接的三轴加速度数据感知与发送模块和第一无线通讯模块，所述拉杆本体上螺纹套设有两个螺母，两个所述螺母分别与两个所述端板接触，所述拉杆本体内设置有两个三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器与所述三轴加速度数据感知与发送模块连接，所述试模本体上沿着长度方向设置强制对中套筒，两个所述拉杆本体分别伸入到所述强制对中套筒的两个端口中，所述强制对中套筒上中部沿着径向方向设置有高精度水准泡，所述底板上中部沿着长度方向设置有电子水准泡；还包括姿态估算展示端，所述姿态估算展示端包括展示端主体，所述展示端主体正面设置有显示屏，所述展示端主体侧面连接有第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块与所述第一无线通讯模块通讯相连，所述展示端主体侧面设置有开关和归零按钮，所述展示端主体内部设置有数据解算模块，所述展示端主体与所述电子水准泡采用有线方式连接。

所述底板沿着其长度方向相对设置有两个侧板，两个所述侧板内侧开设有固定所述端板两端的第一凹槽，两个所述端板之间设置有两个端板限位短板，所述端板内侧开设有固定所述端板限位短板的第二凹槽。

所述无线感知拉杆包括可充电电池，所述可充电电池设置在所述保护壳内，所述可充电电池分别与所述三轴加速度传感器、三轴加速度数据感知与发送模块和第一无线通讯模块电连接。

所述强制对中套筒包括套筒主体，所述套筒主体呈C字形，所述套筒主体的C字形口部开设有用于固定紧固螺栓的螺孔，所述套筒主体的端部设置有套筒端部定位口，所述套筒端部定位口内表面设置有薄橡胶片，所述薄橡胶片用于填充所述套筒端部定位口与所述拉杆本体之间的间隙，所述高精度水准泡位于所述套筒主体的C字形口边缘。

所述展示端主体侧面设置有充电接口，所述展示端主体内设置有与所述充电接口电连接的可充电电池模块，所述可充电电池模块分别与所述

显示屏、第二无线通讯模块和数据解算模块电连接。

一种混凝土轴拉试件精细模具的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

拨动开关启动精细无线感知拉杆和姿态估算展示端，当姿态估算展示端获得精细无线感知拉杆通过第一无线通讯模块和第二无线通讯模块进行基于无线方式的互相通信传输的三轴数据后，在显示屏上显示准星符号，点击归零按钮，四枚准星移动至屏幕中心位置；将组装完成的混凝土轴拉试件精细模具放置于振动台，保持电子水准泡和高精度水准泡中的气泡居中，拆除强制对中套筒，观察显示屏上显示的准星符号是否居中，若发生偏移则松开对应螺母，进行拉杆本体的上下和左右位置微调，直至准星符号均位于正中为止；

将指定配合比的混凝土倒入试模本体并开启振动台，精细无线感知拉杆中的三轴加速度传感器实时获得三轴加速度数据，三轴加速度数据感知与发送模块采集三轴加速度数据，并通过第一无线通讯模块和第二无线通讯模块间的实时无线通讯，传输至姿态估算展示端，姿态估算展示端中数据解算模块根据三加速度数据，对拉杆本体的端部和尾部的位置进行实时的精准估算，并相应实时调整显示屏上显示的准星符号位置；

混凝土振捣完成后，立即调整对应螺母，微调拉杆本体上下和左右位置，直至准星符号均位于正中为止。

本发明的有益效果：本发明提供一种混凝土轴拉试件精细模具，低成本、精度高、对中简单、可动态估算拉杆的位置并实时展示，调整简易，对于可靠和稳定地获得混凝土性能参数具有重要的意义；模具设计以无线的方式进行姿态估算数据的传输，克服了有线系统数据传输易受现场复杂环境干扰、线缆铺设与维护成本高昂、布线工作量大等问题，操作简单，对中结果展示直观。

附图说明

图1为本发明一种混凝土轴拉试件精细模的整体结构示意图；

图2为本发明中精细无线感知拉杆的结构示意图；

图3为本发明中强制对中套筒的结构示意图；

图4为本发明中姿态估算展示端的结构示意图。

图中附图标记如下：1-试模本体；11-电子水准泡；12-侧板；13-端板限位短板；14-端板；15-底板；2-精细无线感知拉杆；21-拉杆本体；22-三轴加速度传感器；23-螺母；24-三轴加速度数据感知与发送模块；25-第一无线通讯模块；26-可充电电池；27-保护壳；3-强制对中套筒；31-套筒主体；32-套筒端部定位口；33-紧固螺栓；34-高精度水准泡；4-姿态估算展示端；41-展示端主体；42-显示屏；43-第二无线通讯模块；44-开关；45-归零按钮；46-充电接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1到图4所示，本发明公开一种基于姿态估算的混凝土轴拉试件精细模具，包含试模本体1、精细无线感知拉杆2、强制对中套筒3和姿态估算展示端4。试模本体1包含一块底板15、两块侧板12、四块带孔端板14、四块端板限位短板13和电子水准泡11。孔位于带孔端板14的几何正中位置，带孔端板14平行于底板15短边方向放置于侧板12的凹槽中，端板限位端板13两两放置于带孔端板14间凹槽中。电子水准泡11有一枚，平行于底板长边方向，位于接近长边中点位置。

如图2所示，精细无线感知拉杆2包含拉杆本体21、三轴加速度传感器22、螺母23、三轴加速度数据感知与发送模块24、第一无线通讯模块25、可充电电池26和保护壳27。拉杆本体21整体外形为圆柱形，直径略小于试模本体1带孔端板孔径，接近端部有两条螺纹，为螺母23固定使用。拉杆本体21为一端封闭的中空结构，空腔为三轴加速度传感器和导线布设提供空间。每根精细无线感知拉杆2中布置两枚三轴加速度传感器22，分别位于拉杆本体21的近端部与近尾部，三轴加速度传感器22导线通过拉杆本体21空腔，与三轴加速度数据感知与发送模块24相连。三轴加速度数据感知与发送模块24接收两枚三轴加速度传感器22发送的加速度数据，采样后以无线通信的方式通过第一无线通讯模块25发送至姿态估算展示端4。三轴加速度数据感知与发送模块24通过可充电电池26供能，置于保护壳27中。

如图3所示，强制对中套筒3包含套筒主体31、套筒端部定位口32、紧固螺栓33和高精度水准泡34。套筒主体31呈C字形，其内直径较拉杆本体21直径略小，C字形口部设有螺孔，用于固定紧固螺栓33。套筒端部定位口32内直径较拉杆本体21略大，内表面设薄橡胶片，用于填充套筒端部定位口32和拉杆本体21间隙。高精度水准泡34位于套筒主体31C字形口边缘，沿径向方向位于中间位置。

如图4所示，姿态估算展示端4包含展示端主体41、显示屏42、第二无线通讯模块43、开关44、归零按钮45和充电接口46。精细无线感知拉杆2和姿态估算展示端4之间，通过第一无线通讯模块25和第二无线通讯模块43进行基于无线方式的互相通信。展示端主体41为方形外表，内部包含数据解算模块和可充电电池模块，与电子水准泡11采用有线方式连接。显示屏42用于分别实时展示姿态估算得到的感知拉杆2头部与尾部位置关系，其位置分别用准星符号表示。第二无线通讯模块43与展示端主体41用线缆连接，接收第一无线通讯模块25传输来的三轴加速度感知数据，并发送至展示端主体41的数据解算模块进行分析计算。开关44、归零按钮45和充电接口46依次位于展示端主体41同一侧，姿态估算展示端4采用外接充电器对可充电电池充电供能。开关44为推拉式，其发出的开关指令通过第二无线通讯模块43和第一无线通讯模块25间的无线通讯，同步控制精细无线感知拉杆2的开关状态。

本发明还公开一种基于姿态估算的混凝土轴拉试件精细模具的工作方法，具体包括如下步骤：

步骤一，组装试模本体：将试模本体1的底板15放置于平台上，调整位置校准底板15，使电子水准泡11中气泡位于正中。顺次安装两块侧板12、四块带孔端板14和四块端板限位短板13。

步骤二，安装精细无线感知拉杆：将拉杆本体21穿过两端带孔端板，并以螺丝初步固定。安装强制对中套筒3，使拉杆在试模内的端部与套筒端部定位口32端部保持平齐，并固定紧固螺栓33。微调两端螺母23，使得高精度水准泡34处于水平状态时，将螺母23拧紧。将拉杆本体21外侧三轴加速度传感器22的数据线与三轴加速度数据感知与发送模块24连接，并将保护壳固定于试模本体1底板上。

步骤三，初始状态校准：拨动开关44，启动精细无线感知拉杆2和姿态估算展示端4。当姿态估算展示端4获得精细无线感知拉杆2通过第一无线通讯模块25和第二无线通讯模块43进行基于无线方式的互相通信传输的三轴数据后，在显示屏42上显示准星符号。点击归零按钮，四枚准星移动至屏幕中心位置。

步骤四，混凝土浇筑准备：将组装完成的混凝土轴拉试件精细模具放置于振动台，保持电子水准泡11和高精度水准泡34中的气泡居中。放松紧固螺栓33，拆除强制对中套筒。观察显示屏42上显示的准星符号是否居中，若发生偏移则松开对应螺母23，进行拉杆本体21的位置微调，直至准星符号均位于正中为止。

步骤五，混凝土浇筑：将指定配合比的混凝土倒入试模本体1并开启振动台。精细无线感知拉杆2中的三轴加速度传感器22实时获得三轴加速度数据。数据为三轴加速度数据感知与发送模块24采集，通过第一无线通讯模块25和第二无线通讯模块43间的实时无线通讯，传输至姿态估算展示端4。姿态估算展示端根据加速度数据，对拉杆本体21的端部和尾部的位置进行实时的精准估算，并相应实时调整显示屏42上显示的准星符号位置。

步骤六，拉杆位置微调：混凝土振捣完成后，立即调整对应螺母23，微调拉杆本体21的位置，直至准星符号均位于正中为止。

步骤七，浇筑结束：拨动开关44至关闭状态，同步关闭精细无线感知拉杆2和姿态估算展示端4。移除姿态估算展示端4和精细无线感知拉杆2的三轴加速度数据感知与发送模块24、第一无线通讯模块25、可充电电池26、保护壳27。使用外接电源通过充电接口46对姿态估算展示端4进行充电，对可充电电池26充电，准备下次实验使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种混凝土轴拉试件精细模具，其特征在于：包括试模本体(1)，所述试模本体(1)上沿着长度方向对称设置有两个无线感知拉杆(2)，所述无线感知拉杆(2)包括拉杆本体(21)和保护壳(27)，所述试模本体(1)包括底板(15)，所述底板(15)上两端相对设置有两个端板(14)，两个所述拉杆本体(21)分别向内侧方向穿过两个所述端板(14)，所述保护壳(27)内设置有通讯连接的三轴加速度数据感知与发送模块(24)和第一无线通讯模块(25)，所述拉杆本体(21)上螺纹套设有两个螺母(23)，两个所述螺母(23)分别与两个所述端板(14)接触，所述拉杆本体(21)内设置有两个三轴加速度传感器(22)，所述三轴加速度传感器(22)与所述三轴加速度数据感知与发送模块(24)连接，所述试模本体(1)上沿着长度方向设置强制对中套筒(3)，两个所述拉杆本体(21)分别伸入到所述强制对中套筒(3)的两个端口中，所述强制对中套筒(3)上中部沿着径向方向设置有高精度水准泡(34)，所述底板(15)上中部沿着长度方向设置有电子水准泡(11)，所述强制对中套筒(3)包括套筒主体(31)，所述套筒主体(31)呈C字形，所述套筒主体(31)的C字形口部开设有用于固定紧固螺栓(33)的螺孔，所述套筒主体(31)的端部设置有套筒端部定位口(32)，所述套筒端部定位口(32)内表面设置有薄橡胶片，所述薄橡胶片用于填充所述套筒端部定位口(32)与所述拉杆本体(21)之间的间隙，所述高精度水准泡(34)位于所述套筒主体(31)的C字形口边缘；还包括姿态估算展示端(4)，所述姿态估算展示端(4)包括展示端主体(41)，所述展示端主体(41)正面设置有显示屏(42)，所述展示端主体(41)侧面连接有第二无线通讯模块(43)，所述第二无线通讯模块(43)与所述第一无线通讯模块(25)通讯相连，所述展示端主体(41)侧面设置有开关(44)和归零按钮(45)，所述展示端主体(41)内部设置有数据解算模块，所述展示端主体(41)与所述电子水准泡(11)采用有线方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土轴拉试件精细模具，其特征在于：所述底板(15)沿着其长度方向相对设置有两个侧板(12)，两个所述侧板(12)内侧开设有固定所述端板(14)两端的第一凹槽，两个所述端板(14)之间设置有两个端板限位短板(13)，所述端板(14)内侧开设有固定所述端板限位短板(13)的第二凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土轴拉试件精细模具，其特征在于：所述无线感知拉杆(2)包括可充电电池(26)，所述可充电电池(26)设置在所述保护壳(27)内，所述可充电电池(26)分别与所述三轴加速度传感器(22)、三轴加速度数据感知与发送模块(24)和第一无线通讯模块(25)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土轴拉试件精细模具，其特征在于：所述展示端主体(41)侧面设置有充电接口(46)，所述展示端主体(41)内设置有与所述充电接口(46)电连接的可充电电池模块，所述可充电电池模块分别与所述显示屏(42)、第二无线通讯模块(43)和数据解算模块电连接。

5.一种权利要求1到4任一项所述混凝土轴拉试件精细模具的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

拨动开关(44)启动精细无线感知拉杆(2)和姿态估算展示端(4)，当姿态估算展示端(4)获得精细无线感知拉杆(2)通过第一无线通讯模块(25)和第二无线通讯模块(43)进行基于无线方式的互相通信传输的三轴数据后，在显示屏(42)上显示准星符号，点击归零按钮(45)，四枚准星移动至屏幕中心位置；

将组装完成的混凝土轴拉试件精细模具放置于振动台，保持电子水准泡(11)和高精度水准泡(34)中的气泡居中，拆除强制对中套筒(3)，观察显示屏(42)上显示的准星符号是否居中，若发生偏移则松开对应螺母(23)，进行拉杆本体(21)的上下和左右位置微调，直至准星符号均位于正中为止；

将指定配合比的混凝土倒入试模本体(1)并开启振动台，精细无线感知拉杆(2)中的三轴加速度传感器(22)实时获得三轴加速度数据，三轴加速度数据感知与发送模块(24)采集三轴加速度数据，并通过第一无线通讯模块(25)和第二无线通讯模块(43)间的实时无线通讯，传输至姿态估算展示端(4)，姿态估算展示端(4)中数据解算模块根据三加速度数据，对拉杆本体(21)的端部和尾部的位置进行实时的精准估算，并相应实时调整显示屏(42)上显示的准星符号位置；

混凝土振捣完成后，立即调整对应螺母(23)，微调拉杆本体(21)上下和左右位置，直至准星符号均位于正中为止。