CN115808203A - 一种混凝土内部预埋传感器的防护装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土内部预埋传感器的防护装置及安装方法，属于土木工程健康监测领域。本发明解决了目前预埋在混凝土内的传感器在混凝土浇筑的过程中，混凝土中的大骨料会对传感器产生冲击破坏，现有的传感器保护装置占用体积大、安装困难等问题。本发明包括保护机构、连接件、固定杆和锁紧机构，两片保护机构互为镜像设置，两片保护机构与固定杆连接并形成三角形结构，两片保护机构通过连接件连接，保护机构内设置有导线，导线与连接件建立连接，固定杆通过锁紧机构安装在钢筋上，保护对象放置在保护机构与固定杆形成的空腔内。本发明的预埋传感器防护装置在混凝土浇筑时对其内部的传感器起到保护作用，避免混凝土中的大骨料对传感器产生的冲击。

Description

一种混凝土内部预埋传感器的防护装置及安装方法

技术领域

本发明属于土木工程健康监测领域，具体为一种混凝土内部预埋传感器的防护装置及安装方法。

背景技术

在大型土木工程健康监测、大型结构试验、混凝土构件试验等领域，需在混凝土内部预埋各种传感器来监测混凝土的内部应力、温度等情况，但安装的传感器常常由于混凝土浇筑过程时大骨料造成的冲击伤害，不能采集到目标区域的力学参数。关键测点位置传感器的毁坏会使实验结果大打折扣，传感器存活率问题是结构实验试件加工过程中需要重点考虑的问题。目前已有的传感器保护装置多采用定制外壳进行防护，存在占用体积大、安装困难，对结构刚度影响大等不足，对于一些高精度试验无法进行应用；

对于核电站、桥梁等重要结构，往往需要在其服役期间监测应变、位移等关键力学指标来预测其功能状态，这需要通过预埋传感器等措施来实现。对于一些大型混凝土结构足尺或缩尺模型、节点及构件模型，同样需要预埋传感器来获取试验数据。但在混凝土浇筑过程中，混凝土中的大骨料会对传感器产生冲击破坏，使传感器发生位移，甚至损坏，无法达到预期的测量要求；

目前的传感器防护装置大多根据实际工况进行定制，保护装置密封，混凝土无法覆盖在传感器表面，造成传感器附近材料与结构不一致，在精确度要求较高的工程及大型结构试验中均无法进行应用。同时该类防护装置存在对结构刚度影响较大，安装过程复杂，无法在钢筋密布等复杂情况下实施安装等问题。欲达到防护效率高、安装便捷、测量准确的目标，需要设计一种非封闭、小体积、对既有结构强度及刚度影响小、具有良好抗冲击保护作用的装置来对传感器进行保护。

发明内容

本发明研发目的是为了解决目前预埋在混凝土内的传感器在混凝土浇筑的过程中，混凝土中的大骨料会对传感器产生冲击破坏，现有的传感器保护装置占用体积大、安装困难等问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

方案一：一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，包括保护机构、连接件、固定杆和锁紧机构，两片保护机构互为镜像设置，两片保护机构与固定杆连接并形成三角形结构，两片保护机构通过连接件连接，保护机构内设置有导线，导线与连接件建立连接，固定杆通过锁紧机构安装在钢筋上，保护对象布置在保护机构与固定杆形成的空腔内。

进一步的，所述保护机构包括结构框架、旋转轴和缓冲板，缓冲板上加工有空心网格，缓冲板通过旋转轴转动设置在结构框架上，互为镜像设置的两根旋转轴通过连接件建立连接，旋转轴与缓冲板的连接处设置有阻挡板。

进一步的，所述结构框架包括铝合金外壳和氟橡胶内套，铝合金外壳内侧套装有氟橡胶内套，导线布置在氟橡胶内套内。

进一步的，所述连接件包括氟橡胶套、聚乙烯内衬和电热元件，氟橡胶套内设置有聚乙烯内衬，聚乙烯内衬贴附在氟橡胶套内侧壁上，电热元件布置在聚乙烯内衬内。

进一步的，锁紧机构包括锁紧金属片和外壳，外壳为半圆环，外壳上加工有螺孔，两块外壳互为镜像安装在钢筋上并通过螺栓固定，外壳与钢筋之间设置有锁紧金属片。

方案二：基于方案一所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：将两片保护机构与一根固定杆组成三角形稳定结构，使用两个连接件将两片保护机构的前后两端连接，保证两片保护机构所呈角度范围在85°～105°之间；

步骤二：将导线穿过结构框架的铝合金外壳并连接在连接件的电热元件上，并将保护对象放置在保护机构与固定杆形成的空腔内；

步骤三：将预先绑扎好的钢筋上套装锁紧金属片，将固定杆与锁紧机构的外壳固定连接，两块外壳通过螺栓固定连接并通过锁紧金属片固定在钢筋上，完成防护装置的组装和固定；

步骤四：浇筑混凝土，混凝土的砂浆和细骨料通过缓冲板上的网格进入空腔内，缓冲板对浇筑混凝土中的大骨料起到阻挡作用，避免浇筑混凝土中的大骨料对传感器的冲击；

步骤五：混凝土浇筑完成后，对导线通入0.8A电流，使电热元件缓慢升温，融化电热元件外部的聚乙烯内衬，随后对导线通入1A的电流，使电热元件加热到熔断温度，将连接件完全熔断，使保护装置整体丧失稳定，转变为机构，不具有承载力，对结构的强度、刚度影响小。

进一步的，所述保护对象为混凝土应变传感器或钢筋应变计或温度传感器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置属于折展结构，将装置安装后，装置展开成为结构，在混凝土的浇筑时对传感器起到保护作用，当混凝土浇筑完成后，通过对连接件的熔断，使结构变为机构，不具备承载能力，最大程度上减小对结构强度、刚度的影响；

2、本发明的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置具有广泛的适用性，保护对象可以为混凝土应变传感器、钢筋应变计、温度传感器等一系列预埋于混凝土中的传感器，同时可根据传感器大小调整尺寸，本发明的防护装置在针对浇筑混凝土过程中的混凝土大骨料冲击进行防护，混凝土可通过缓冲板的网格顺利覆盖在传感器表面，使传感器周围材料与结构保持一致，本发明的防护装置安装简单、无需焊接、绑扎等工序，在装置安装前可以进行折叠，减小体积，便于存放和运输。

附图说明

图1是一种混凝土内部预埋传感器的防护装置的整体结构示意图；

图2是两片保护机构通过连接件连接的示意图；

图3是连接件的结构示意图；

图4是结构框架的结构示意图；

图5是锁紧机构的示意图；

图6是布置在混凝土内的防护装置示意图；

图7是保护机构的示意图。

图中1-保护机构，2-结构框架，3-连接件，4-固定杆，5-旋转轴，6-缓冲板，7-阻挡板，8-导线，9-氟橡胶套，10-聚乙烯内衬，11-电热元件，12-铝合金外壳，13-氟橡胶内套，14-锁紧机构，15-锁紧金属片，16-外壳，17-螺孔，18-钢筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接(即为不可拆卸连接)包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1，结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，包括保护机构1、连接件3、固定杆4和锁紧机构14，两片保护机构1与一根固定杆4首尾依次连接形成三角形稳定结构，固定杆4的两端通过旋转轴5与保护机构1连接，两片保护机构1通过连接件3连接，保护机构1内设置有导线8，导线8与连接件3建立连接，固定杆4通过锁紧机构14安装在钢筋18上，保护对象布置在保护机构1与固定杆4形成的空腔内；

所述保护机构1包括结构框架2、旋转轴5和缓冲板6，结构框架2上安装有旋转轴5，缓冲板6通过旋转轴5安装在机构框架2上，缓冲板6可以绕旋转轴5进行旋转，缓冲板6与旋转轴5之间安装有阻挡板7，阻挡板7的作用是限制缓冲板6的旋转角度，使其可旋转的最大角度为45°，缓冲板6上加工有4mm*4mm的网孔，在浇筑混凝土的过程中，保证混凝土中的砂浆及细骨料通过缓冲板6的网孔覆盖在保护对象的表面，对于混凝土中大骨料的冲击起到较好的阻挡和缓冲效果，避免混凝土内的大骨料对保护对象产生冲击导致保护对象失效，机构框架2采用金属空心管支撑，其包括铝合金外壳12和氟橡胶内套13，氟橡胶内套13贴附在铝合金外壳12的内侧壁上，导线8由铝合金外壳12内部穿过并与连接件3建立连接，氟橡胶内套13作为铝合金外壳12内部的保护套，能够在250℃的条件下长时间工作，具有良好的弹性和绝缘性，保证其内部的导线8在通入电流时不会对结构框架1产生破坏，同时不会对两侧的保护机构1形成约束，在连接件3熔断后保护机构1具有一定的自由度；

所述连接件3采用合成树脂类胶结剂将两片保护机构1连接，连接件3作为防护装置的关键节点，其采用特定材质组合而成，连接件3包括氟橡胶套9和聚乙烯内衬10，氟橡胶套9的内侧贴附有聚乙烯内衬10，聚乙烯内衬10内设置有电热元件11，电热元件11的材质为铝梯合金，其熔点为200°～220°，导线8穿过结构框架2的空心连接在电热元件11上，聚乙烯内衬10的熔点较低，在100°～150°之间，其具有良好的保温能力、绝缘能力以及抗冲击性能，能够有效保护其内部的电热元件11，当混凝土浇筑完毕后，首先在导线8内通入0.8A电流，使电热元件11缓慢升温，融化电热元件11外部的聚乙烯内衬10，随后对导线8通入1A的电流，使铝梯合金材质的电热元件11加热到熔断温度，使电热元件11完全熔断，使整个节点在由氟橡胶制成的保护套内，有效防止漏电事故的发生，通过导线8通入电流将电热元件11和聚乙烯内衬10进行熔断和融化的作用是使整个保护装置丧失稳定，使其由结构转变为机构，不具有承载能力，对结构的强度、刚度影响较小；

所述固定杆4通过锁紧机构14安装在预先装配好的钢筋18上，锁紧机构14包括锁紧金属片15和外壳16，外壳16为两块对称设置的半圆形连接件，外壳16上加工有螺孔17，两块外壳16配合安装在钢筋18上，螺栓依次穿过两块外壳16上的螺孔将外壳16固定，外壳16与钢筋18之间设置有锁紧金属片15，锁紧金属片15上设置有内置弹簧，锁紧金属片15采用半金属摩擦材料，半金属摩擦材料具有良好的摩擦性能，单位面积吸收功率高，能够在冲击下实现对钢筋18的锁死，装置安装时，在内置弹簧的作用下使锁紧金属片15与钢筋18抱紧，达到固定的目的，外壳16上连接有固定杆4，实现保护装置通过锁紧机构14固定在预先装配好的钢筋18上，再进行混凝土的浇筑。

实施例2：结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：将两片保护机构1与一根固定杆4组成三角形稳定结构，使用两个连接件3将两片保护机构1的前后两端连接，保证两片保护机构1所呈角度范围在85°～105°之间；

步骤二：将导线8穿过结构框架2的铝合金外壳12并连接在连接件3的电热元件11上，并将保护对象放置在保护机构1与固定杆4形成的空腔内，所述保护对象为混凝土应变传感器或钢筋应变计或温度传感器；

步骤三：将预先绑扎好的钢筋18上套装锁紧金属片15，将固定杆4与锁紧机构14的外壳16固定连接，两块外壳16通过螺栓固定连接并通过锁紧金属片15固定在钢筋18上，完成防护装置的组装和固定；

步骤四：浇筑混凝土，混凝土的砂浆和细骨料通过缓冲板6上的网格进入空腔内，缓冲板6对浇筑混凝土中的大骨料起到阻挡作用，避免浇筑混凝土中的大骨料对传感器的冲击；

步骤五：混凝土浇筑完成后，对导线8通入0.8A电流，使电热元件11缓慢升温，融化电热元件11外部的聚乙烯内衬10，随后对导线8通入1A的电流，使电热元件11加热到熔断温度，将连接件3完全熔断，使保护装置整体丧失稳定，转变为机构，不具有承载力，对结构的强度、刚度影响小。

本实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，其特征在于：包括保护机构(1)、连接件(3)、固定杆(4)和锁紧机构(14)，两片保护机构(1)互为镜像设置，两片保护机构(1)与固定杆(4)连接并形成三角形结构，两片保护机构(1)通过连接件(3)连接，保护机构(1)内设置有导线(8)，导线(8)与连接件(3)建立连接，固定杆(4)通过锁紧机构(14)安装在钢筋(18)上，保护对象布置在保护机构(1)与固定杆(4)形成的空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，其特征在于：所述保护机构(1)包括结构框架(2)、旋转轴(5)和缓冲板(6)，缓冲板(6)上加工有空心网格，缓冲板(6)通过旋转轴(5)转动设置在结构框架(2)上，互为镜像设置的两根旋转轴(5)通过连接件(3)建立连接，旋转轴(5)与缓冲板(6)的连接处设置有阻挡板(7)。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，其特征在于：所述结构框架(2)包括铝合金外壳(12)和氟橡胶内套(13)，铝合金外壳(12)内侧套装有氟橡胶内套(13)，导线(8)布置在氟橡胶内套(13)内。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，其特征在于：所述连接件(3)包括氟橡胶套(9)、聚乙烯内衬(10)和电热元件(11)，氟橡胶套(9)内设置有聚乙烯内衬(10)，聚乙烯内衬(10)贴附在氟橡胶套(9)内侧壁上，电热元件(11)布置在聚乙烯内衬(10)内。

5.根据权利要求4所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置，其特征在于：锁紧机构(14)包括锁紧金属片(15)和外壳(16)，外壳(16)为半圆环，外壳(16)上加工有螺孔(17)，两块外壳(16)互为镜像安装在钢筋(18)上并通过螺栓固定，外壳(16)与钢筋(18)之间设置有锁紧金属片(15)。

6.权利要求5所述的一种混凝土内部预埋传感器的防护装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将两片保护机构(1)与一根固定杆(4)组成三角形稳定结构，使用两个连接件(3)将两片保护机构(1)的前后两端连接，保证两片保护机构(1)所呈角度范围在85°～105°之间；

步骤二：将导线(8)穿过结构框架(2)的铝合金外壳(12)并连接在连接件(3)的电热元件(11)上，并将保护对象放置在保护机构(1)与固定杆(4)形成的空腔内；

步骤三：将预先绑扎好的钢筋(18)上套装锁紧金属片(15)，将固定杆(4)与锁紧机构(14)的外壳(16)固定连接，两块外壳(16)通过螺栓固定连接并通过锁紧金属片(15)固定在钢筋(18)上，完成防护装置的组装和固定；

步骤四：浇筑混凝土，混凝土的砂浆和细骨料通过缓冲板(6)上的网格进入空腔内，缓冲板(6)对浇筑混凝土中的大骨料起到阻挡作用，避免浇筑混凝土中的大骨料对传感器的冲击；

步骤五：混凝土浇筑完成后，对导线(8)通入0.8A电流，使电热元件(11)缓慢升温，融化电热元件(11)外部的聚乙烯内衬(10)，随后对导线(8)通入1A的电流，使电热元件(11)加热到熔断温度，将连接件(3)完全熔断，使保护装置整体丧失稳定，转变为机构，不具有承载力，对结构的强度、刚度影响小。

7.根据权利要求6所述的一种一种混凝土内部预埋传感器的防护装置的安装方法，其特征在于：所述保护对象为混凝土应变传感器或钢筋应变计或温度传感器。

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