CN208847165U - 一种钢管混凝土内部应变监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢管混凝土内部应变监测装置，由应变传感模块、定位模块、数据采集模块构成；所述的应变传感模块由测试基体、应变花、导线、接线端子构成；所述定位模块由定位管、固定手柄、活动手柄、扭力弹簧、定线器、外张定位杆、钢丝绳、转轴、弹簧、刻度尺构成；所述的数据采集模块由数据采集仪和电脑构成。本实用新型通过定位模块把测试基体固定在指定位置处，旋转固定手柄调整测试基体的角度，而后浇灌混凝土并养护；通过对测试基体应变的监测，进而监测出钢管混凝土内部预定位置处的应变。本实用新型通定位模块对测试基体的精确定位，消除了浇灌混凝土对应变传感模块位置的扰动，解决了现有应变测试元件在试样内部容易错位的问题，可广泛应用于混凝土内部应变监测试验领域。

Description

一种钢管混凝土内部应变监测装置

技术领域

本实用新型涉及钢管混凝土变形监测技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土内部应变监测装置。

背景技术

钢管混凝土是指在钢管中浇灌混凝土形成的一种组合结构。钢管混凝土构件具有承载力高、塑性好、耐火性能好等特点。钢管对核心混凝土的套箍约束作用使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而提高了承载能力。然而在钢管混凝土受力过程中由于混凝土的隐蔽性，很难监测钢管混凝土内部的应变。

目前进行的钢管混凝土试验中，有一种对钢管与混凝土界面裂缝、脱空的监测，但是此方法局限于钢管与混凝土界面，无法对钢管混凝土内部应变监测；还有一种以铅片作为基底片材料（其上粘贴应变片）进行混凝土内部应变监测的方法，但是采用铅片等金属材料作为基底片材会在混凝土破裂点处产生较大的扰动，导致结果不精确，尤其会阻止潜在破裂点混凝土的破裂，不能真实监测钢管混凝土内部受力情况。

因此，目前亟待发明一种钢管混凝土内部应变监测装置，以监测钢管混凝土内部应变。

发明内容

本实用新型提供了一种用于监测钢管混凝土内部应变的装置。该装置可以监测钢管混凝土内部预定位置处的应变，从而有利于研究钢管混凝土在外荷载作用下的内部变形、开裂等情况。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特征在于：由应变传感模块、定位模块、数据采集模块构成。

所述的应变传感模块由测试基体、应变花、导线、接线端子构成。所述的测试基体放置在钢管混凝土试件内部测试点处；所述的应变花粘贴在测试基体表面的中心上；所述的接线端子粘贴在测试基体上，并且与应变花的导线焊接；所述的导线焊接在接线端子上，并在测试点上方同侧的钢管开孔穿出。

进一步的，所述的测试基体是与待测试件混凝土相同标号的水泥块，长度25mm，宽度25mm，高度25mm，上表面中心处设有圆形孔，孔直径10mm，深10mm，孔内壁距上表面8mm深度处设置横向限位孔。

进一步的，所述的应变花为45°应变花，粘贴在测试基体的前、右、下表面，并且其上涂覆一层防水胶，以保护应变花。

所述的定位模块由定位管、固定手柄、活动手柄、扭力弹簧、定线器、外张定位杆、钢丝绳、转轴、弹簧、刻度尺构成。所述的定位管外壁上粘贴有刻度尺；所述的固定手柄粘接在定位管顶端；所述的活动手柄与固定手柄通过扭力弹簧连接。所述的定线器焊接在定位管上端的内壁上，并且垂直于定位管的中轴线；所述的两个外张定位杆一端弯折成“L”形，其余部分为直杆并且由转轴连接，“L”形弯折段的竖直部分与定位管内壁接触，并且由弹簧连接，“L”形弯折段的水平部分在定位管底端伸出；所述的钢丝绳固定在两个外张定位杆直杆段的杆端开孔上，并且向上穿过定线器与活动手柄连接；所述的转轴在外张定位杆直杆段的中点处穿过，方向垂直于定位管的中轴线，并且固定在定位管的内壁上；所述的弹簧两端分别固定在两个外张定位杆“L”形弯折段的竖直部分上，弹簧轴线垂直于定位管的中轴线；所述的刻度尺粘贴在定位管的外壁上，且刻度尺的“0”刻度线与定位管下边缘对齐。

进一步的，所述的定位管为直径8mm的薄壁钢管，以减少对混凝土的扰动。

进一步的，所述的固定手柄和活动手柄为塑料材质，表面均设有防滑凸起。

进一步的，所述的定线器在沿长度的中点处开光滑圆孔，用于穿过钢丝绳，以限制钢丝绳的位置处于定位管的中轴线上。

进一步的，所述的外张定位杆为金属圆杆，一端弯折成“L”形，其余部分为直杆，在直杆杆长的中点处开圆孔，用于穿转轴，直杆杆端开小孔与钢丝绳连接，在弹簧的作用下“L”形弯折段的水平部分伸出定位管底部，并且可以卡在测试基体的限位槽内，可实现对测试基体的定位。

进一步的，所述的转轴为钢质圆轴，以限制外张定位杆移动。

进一步的，所述的弹簧为钢质弹簧，在初始状态下，弹簧有一定的压缩量，可实现对外张定位杆的外张。

进一步的，所述的刻度尺粘贴在定位管外壁上，刻度尺的“0”刻度线与定位管下边缘对齐。

所述的数据采集模块由数据采集仪和电脑构成。所述的数据采集仪一端与从钢管穿出的导线连接，另一端通过导线与电脑连接。

本实用新型一种钢管混凝土内部应变监测装置，使用方法具体包括以下步骤：

（1）根据钢管混凝土内部测点的数量，加工制作与其对应的测试基体，养护至一定强度后在测试基体上粘贴应变花和接线端子，连接导线，并在应变花上涂覆一层防水胶；

（2）在钢管上开孔，位置尽量小影响试件力学性能，如纯弯、压弯试验中在中性层上对称开孔，且开孔的对称轴为压弯试验的弯曲方向；

（3）在钢管内浇灌混凝土至待测应变的位置，先将已浇筑部分振捣密实，

握住固定手柄，对准测试基体上的圆孔；按压活动手柄，使得扭力弹簧被压合，同时活动手柄带动钢丝绳向上牵引，在钢丝绳的牵引力作用下弹簧被压缩，两个外张定位杆相互靠近，进而外张定位杆收缩在定位管内；后将定位管插入测试基体上的圆孔内，松开活动手柄，外张定位杆弹入横向限位孔内，从而固定测试基体于监测位置处；

（4）观察刻度尺，把测试基体固定在钢管内部指定位置处，旋转固定手柄，使测试基体达到指定的角度；

（5）将导线弯折起来，从钢管上最近的开孔处穿出，注意导线引出的预留长度，以方便接线；

（6）继续缓慢灌入混凝土将测试基体覆盖，浇筑到更上一层的监测位置时，先振捣密实，然后再次按压活动手柄，同时带动钢丝绳向上牵引，从而使得弹簧压缩，外张定位杆收缩在定位管内，再缓慢抽出定位管，然后重复步骤（3）-（6）；

（7）继续浇筑混凝土，注意成型及振捣时埋入物的整体保护，直至完成整个浇筑，对从钢管混凝土引出的导线编好测点号，试件养护完成后，即可进行应变监测试验。

本实用新型一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特点为：

（1）利用与钢管混凝土相同标号的水泥制作的测试基体，取代了其他材料作为基底材料，实现了基底材料与钢管混凝土内部变形相同，能够真实反映钢管混凝土内部的应变；

（2）通过使用定位模块固定测试基体的方位，消除了浇灌混凝土对应变传感模块位置的扰动，解决了现有应变测试元件在试样内部容易错位的问题，另外定位模块能够取出，防止对钢管混凝土内部变形的影响；

（3）导线在待测点处上方距离钢管最近的小孔穿出，最大程度降低由于导线过多造成的钢管混凝土内部应变的扰动；

（4）装置成本低、操作简单，有利于研究钢管混凝土内部变形、开裂等情况。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型试验装置整体示意图；

图2为本实用新型试验装置结构纵向剖面图；

图3为本实用新型试验装置中应变花粘贴示意图；

图4为本实用新型试验装置中定位模块详图。

图中：1-测试基体；2-应变花；3-导线；4-接线端子；5-定位管；6-固定手柄；7-活动手柄；8-扭力弹簧；9-定线器；10-外张定位杆；11-钢丝绳；12-转轴；13-弹簧；14-刻度尺。

具体实施方式

本实用新型提供了一种钢管混凝土内部应变监测装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特征在于：由应变传感模块、定位模块、数据采集模块构成。

所述的应变传感模块由测试基体1、应变花2、导线3、接线端子4构成。所述的测试基体1放置在钢管混凝土试件内部测试点处；所述的应变花2粘贴在测试基体1表面的中心上；所述的接线端子4粘贴在测试基体1上，并且与应变花2的导线3焊接。所述的导线3焊接在接线端子4上，并在测试点上方同侧的钢管开孔穿出。

进一步的，所述的测试基体1是与待测试件混凝土相同标号的水泥块，长度25mm，宽度25mm，高度25mm，上表面中心处设有圆形孔，孔直径10mm，深10mm，孔内壁距上表面8mm深度处设置横向限位孔。

进一步的，所述的应变花2为45°应变花，粘贴在测试基体1的前、右、下表面，并且其上涂覆一层防水胶，以保护应变花2。

所述的定位模块由定位管5、固定手柄6、活动手柄7、扭力弹簧8、定线器9、外张定位杆10、钢丝绳11、转轴12、弹簧13、刻度尺14构成。所述的定位管5外壁上粘贴有刻度尺14；所述的固定手柄6粘接在定位管5顶端；所述的活动手柄7与固定手柄6通过扭力弹簧8连接；所述的定线器9焊接在定位管5上端的内壁上，并且垂直于定位管5的中轴线；所述的两个外张定位杆10一端弯折成“L”形，其余部分为直杆并且由转轴12连接，“L”形弯折段的竖直部分与定位管5内壁接触，并且由弹簧13连接，“L”形弯折段的水平部分在定位管5底端伸出；所述的钢丝绳11固定在两个外张定位杆10直杆段的杆端开孔上，并且向上穿过定线器9与活动手柄7连接；所述的转轴12在外张定位杆10直杆段的中点处穿过，方向垂直于定位管5的中轴线，并且固定在定位管5的内壁上；所述的弹簧13两端分别固定在两个外张定位杆10“L”形弯折段的竖直部分上，弹簧13轴线垂直于定位管5的中轴线；所述的刻度尺14粘贴在定位管5的外壁上，且刻度尺14的“0”刻度线与定位管5下边缘对齐。

进一步的，所述的定位管5为直径8mm的薄壁钢管，以减少对混凝土的扰动。

进一步的，所述的固定手柄6和活动手柄7为塑料材质，表面均设有防滑凸起。

进一步的，所述的定线器9在长度中点处开光滑圆孔，用于穿过钢丝绳11，以限制钢丝绳11的位置处于定位管5的中轴线上。

进一步的，所述的外张定位杆10为金属圆杆，一端弯折成“L”形，其余部分为直杆，在直杆杆长的中点处开圆孔，用于穿转轴12，直杆杆端开小孔与钢丝绳11连接，在弹簧13的作用下“L”形弯折段的水平部分伸出定位管5底部，并且卡在测试基体1的限位槽内，可实现对测试基体1的定位。

进一步的，所述的转轴12为钢质圆轴，以限制外张定位杆10移动。

进一步的，所述的弹簧13为钢质弹簧，在初始状态下，弹簧13有一定的压缩量，可实现对外张定位杆10的外张。

进一步的，所述的刻度尺14粘贴在定位管5外壁上，刻度尺14的“0”刻度线与定位管5下边缘对齐。

所述的数据采集模块由数据采集仪和电脑构成。所述的数据采集仪一端与从钢管穿出的导线3连接，另一端通过导线3与电脑连接。

本实用新型还提供了一种钢管混凝土内部应变监测的方法，包括以下步骤：

（1）根据钢管混凝土内部测点的数量，加工制作与其对应的测试基体1，养护至一定强度后在测试基体1上粘贴应变花2和接线端子4，连接导线3，并在应变花2上涂覆一层防水胶；

（2）在钢管上开孔，位置尽量小影响试件力学性能，如纯弯、压弯试验中在中性层上对称开孔，且开孔的对称轴为压弯试验的弯曲方向；

（3）在钢管内浇灌混凝土至待测应变的位置，先将已浇筑部分振捣密实，

握住固定手柄6，对准测试基体1上的圆孔；按压活动手柄7，使得扭力弹簧8被压合，同时活动手柄7带动钢丝绳11向上牵引，在钢丝绳11的牵引力作用下弹簧13被压缩，两个外张定位杆10相互靠近，进而外张定位杆10收缩在定位管内；后将定位管5插入测试基体4上的圆孔内，松开活动手柄7，外张定位杆10弹入横向限位孔内，从而固定测试基体1于监测位置处；

（4）观察刻度尺14，把测试基体1固定在钢管内部指定位置处，旋转固定手柄6，使测试基体1达到指定的角度；

（5）将导线3弯折起来，从钢管上最近的开孔处穿出，注意导线3引出的预留长度，以方便接线；

（6）继续缓慢灌入混凝土将测试基体1覆盖，浇筑到更上一层的监测位置时，先振捣密实，然后再次按压活动手柄7，同时带动钢丝绳11向上牵引，从而使得弹簧13压缩，外张定位杆10收缩在定位管5内，再缓慢抽出定位管5，然后重复步骤（3）-（6）；

（7）继续浇筑混凝土，注意成型及振捣时埋入物的整体保护，直至完成整个浇筑，对从钢管混凝土引出的导线编好测点号，试件养护完成后，即可进行应变监测试验。

Claims (3)

1.一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特征在于：由应变传感模块、定位模块、数据采集模块构成，所述的应变传感模块由测试基体、应变花、导线、接线端子构成，所述的定位模块由定位管、固定手柄、活动手柄、扭力弹簧、定线器、外张定位杆、钢丝绳、转轴、弹簧、刻度尺构成。

2.如权利要求1所述的一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特征在于：所述的定位管外壁上粘贴有刻度尺；所述的固定手柄焊接在定位管顶端；所述的活动手柄与固定手柄通过扭力弹簧连接；所述的定线器焊接在定位管上端的内壁上，并且垂直于定位管的中轴线。

3.如权利要求1所述的一种钢管混凝土内部应变监测装置，其特征在于：所述的外张定位杆弯折段的竖直部分由弹簧连接，并且与定位管内壁接触，弯折段的水平部分在定位管底端伸出，外张定位杆直杆段由转轴连接；所述的钢丝绳固定在外张定位杆直杆段的杆端开孔上，并且向上穿过定线器与活动手柄连接；所述的转轴在外张定位杆直杆段的中点处穿过，方向垂直于定位管的中轴线，并且固定在定位管的内壁上；所述的弹簧两端分别固定在外张定位杆弯折段的竖直部分上，弹簧轴线垂直于定位管的中轴线；所述的刻度尺粘贴在定位管的外壁上，且“0”刻度线与定位管下边缘对齐。