本发明专利技术涉及一种用于混凝土结构动态应力测量的嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置，包括混凝土空心薄壁圆筒（1）、钢底板（2）、钢顶板（3）、螺栓（4）、支撑套筒（5）、悬臂钢梁（6）、加载试验系统（7）、传感装置（8）、压电陶瓷片（9）、屏蔽导线（10）、封装块（11）、接头（12）、信号采集分析系统（13）、旋转轴（14）。本发明专利技术通过对混凝土空心薄壁圆筒施加动态加载，在薄壁上模拟均匀分布的动态剪应力，通过采集分析传感器在不同剪应力作用下的输出信号，对传感器进行标定，使得传感器的标定更加科学准确，进而对动力荷载下混凝土内部剪应力的测量提供了可靠的技术依据。
【技术实现步骤摘要】
嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置
本专利技术所属传感器
，特别涉及一种用于混凝土结构动态应力测量的嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置。
技术介绍
混凝土作为工程建设中用量最大的建筑材料，其应力状态是判断结构安全性的重要指标。混凝土材料的抗剪强度低，所以对混凝土结构内部剪应力的监测非常重要。通常的混凝土应力监测方法，是在混凝土结构表面粘贴电阻应变片来测量表面的应变，然后通过换算得出混凝土表面的应力，而无法直接获得混凝土内部的应力状态，更无法获取精确的剪应力。混凝土的剪切破坏属于脆性破坏，尤其在爆炸、地震等动力荷载作用下易发生剪切破坏，因此有必要对混凝土内部的动态剪应力进行监测。近年来随着传感器技术的发展，在混凝土结构中应用各种传感器进行监测的方法越来越多，为了传感器的监测结果更加科学准确以及反馈结果有依据，必须对传感器进行标定，即让传感器所处应力状态与实际相符，而对剪应力传感器进行标定的难点在于，传感元件上较难产生均匀分布的剪应力。鉴于此，本专利技术提供一种嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置，通过将纯扭作用施加于薄壁空心圆筒结构，在薄壁上形成剪应力均匀分布的状态，使得内置的传感器元件表面作用有均匀分布的剪应力，保证标定的结果更加科学准确。本专利技术实现其目的所采用的技术方案是：嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置，包括混凝土空心薄壁圆筒（1）、钢底板（2）、钢顶板（3）、螺栓（4）、支撑套筒（5）、悬臂钢梁（6）、加载试验系统（7）、传感装置（8）、信号采集分析系统（13）、旋转轴（14）。所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的顶部端面和底部端面预埋有螺栓（4），所述的螺栓（4）均匀分布在圆筒的顶部端面和底部端面上。钢底板（2）与圆筒底部通过螺栓（4）固定连接，钢顶板（3）与圆筒顶部通过螺栓（4）固定连接。所述的钢底板（2）作为固定支座，固定方式可选择焊接连接在反力架。所述的旋转轴（14）一端焊接固定在钢顶板（3）的中心，轴心与圆筒（1）轴心一致，保证旋转轴（14）与圆筒（1）绕着相同轴心转动。所述的悬臂钢梁（6）一端与旋转轴（14）焊接固定，另一端作为加载试验系统（7）的加载作用区域。所述的支撑套筒（5）用于支撑旋转轴（14）并确保旋转轴（14）能绕轴心自由转动。所述传感装置（8）包括压电陶瓷片（9）、屏蔽导线（10）、封装块（11）、接头（12）。所述压电陶瓷片（9）与封装块（11）粘结固定为一个整体，所述压电陶瓷片（9）通过屏蔽导线（10）与接头（12）连接，接头（12）与信号采集分析系统（13）连接，即压电陶瓷片（9）受剪应力作用产生的信号最终传递至信号采集分析系统（13）。所述的加载试验系统（7）可采集记录加载情况，通过在悬臂钢梁（6）上施加荷载带动旋转轴（14）绕轴心转动，进而带动混凝土空心薄壁圆筒（1）产生扭矩。所述的封装块（11）均匀埋置在混凝土空心薄壁圆筒（1）的同一横截面上，其中压电陶瓷片（9）的电极面与圆筒轴心垂直，保证电极面只受到均匀剪应力，通过分析多个相同状态下的传感装置信号，减少误差，保证标定的科学准确。所述压电陶瓷片（9）经过防水绝缘处理，通过环氧树脂与封装块（11）粘结固定为整体，所述压电陶瓷片（9）通过屏蔽导线（10）与接头（12）连接，所述封装块（11）为立方体形，需选用与混凝土材料具有相容性的材料，且封装块（11）强度高于被监测对象的应力水平。所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的外径与壁厚的比值超过20，根据材料力学和弹性力学原理，若此时混凝土空心薄壁圆筒（1）处于纯扭作用，则薄壁上的剪应力为均匀分布状态。所述的钢底板（2）形状可为方形或圆形，面积需大于圆筒外径圆面积，所述的钢顶板（3）为直径与圆筒外径相同的圆形。所述的旋转轴（14）为圆柱体钢材；所述的悬臂钢梁（6）为长方体钢材。所述的传感装置（8）通过接头（12）与信号采集分析系统（13）连接，即压电陶瓷片（9）受剪应力作用产生的信号最终传递至信号采集分析系统（13）。作为优选，封装块（11）可选择纤维增强复合水泥砂浆。作为优选，支撑套筒（5）与旋转轴（14）接触面需加润滑剂，以减小转动时的摩擦阻力；作为优选，在圆筒（1）同一横截面上设置的封装块（11）的数量为4个。本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置适用于对剪应力传感器进行标定，在圆筒半径与壁厚比例满足要求时，对圆筒结构施加动态加载，模拟均匀分布剪应力状态，圆筒所受扭矩由加载力和偏心距确定，薄壁所受剪应力由扭矩和截面抗扭系数确定。通过采集分析传感器在不同剪应力作用下的输出信号，对传感器进行标定。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术结构简单，制作方便，成本低廉，巧妙运用了材料力学和弹性力学原理，在标定装置结构内形成均匀分布的剪应力状态，并结合加载试验系统，模拟了地震、爆炸时混凝土结构内部的动态剪应力状态，使得传感器的标定更加科学准确，进而对动力荷载下混凝土内部剪应力的测量提供了可靠的技术依据。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1是本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置的整体结构各部分示意图。图2是本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置的混凝土空心薄壁圆筒示意图。图3是本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置的传感装置示意图。图4是本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置的传感装置埋置处横截面示意图。图5是本专利技术嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置的实施例示意图。图中：1—混凝土空心薄壁圆筒，2—钢底板，3—钢顶板，4—螺栓，5—支撑套筒，6—悬臂钢梁，7—加载试验系统，8—传感装置，9—压电陶瓷片，10—屏蔽导线，11—封装块，12—接头，13—信号采集分析系统，14—旋转轴。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1至图5所示的实施例。本专利技术包括混凝土空心薄壁圆筒（1）、钢底板（2）、钢顶板（3）、螺栓（4）、支撑套筒（5）、悬臂钢梁（6）、加载试验系统（7）、传感装置（8）、信号采集分析系统（13）、旋转轴（14）；传感装置（8）包括压电陶瓷片（9）、屏蔽导线（10）、封装块（11）、接头（12）。所述的钢底板（2）形状可为方形或圆形，面积需大于圆筒外径圆面积，所述的钢顶板（3）为直径与圆筒外径相同的圆形，钢底板（2）与圆筒底部通过螺栓（4）固定连接，钢顶板（3）与圆筒顶部通过螺栓（4）固定连接。所述的旋转轴（14）为圆柱体钢材，一端焊接固定在钢顶板（3）的中心，轴心与圆筒（1）轴心一致，保证旋转轴（14）与圆筒（1）绕着相同轴心转动。所述的悬臂钢梁（6）为长方体钢材，一端与旋转轴（14）焊接固定，另一端作为加载试验系统（7）的加载作用区域。所述的支撑套筒（5）用于支撑旋转轴（14）并确保旋转轴（14）能绕轴心自由转动。如图2所示，所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的外径与壁厚的比值超过20，根据材料力学和弹性力学原理，若此时混凝土空心薄壁圆筒（1）处于纯扭作用，则薄壁上的剪应力为均匀分布状态，所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的顶部和底部预埋有螺栓（4），所述的螺栓（4）均匀分布在圆筒顶部和底部。如图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置，其特征在于：包括混凝土空心薄壁圆筒（1）、钢底板（2）、钢顶板（3）、螺栓（4）、支撑套筒（5）、悬臂钢梁（6）、加载试验系统（7）、传感装置（8）、信号采集分析系统（13）、旋转轴（14）；所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的顶部端面和底部端面预埋有螺栓（4），螺栓（4）均匀分布在圆筒的顶部端面和底部端面上；钢底板（2）和钢顶板（3）分别与圆筒底部和顶部通过螺栓（4）固定连接；所述的钢底板（2）作为固定支座，旋转轴（14）的一端固定在钢顶板（3）的中心，轴心与圆筒（1）轴心一致；所述的悬臂钢梁（6）一端与旋转轴（14）焊接固定，另一端作为加载试验系统（7）的加载作用区域；所述的支撑套筒（5）套在旋转轴（14）上，用于支撑旋转轴（14）并确保旋转轴（14）能绕轴心自由转动；所述传感装置（8）包括压电陶瓷片（9）、屏蔽导线（10）、封装块（11）、接头（12）；所述压电陶瓷片（9）与封装块（11）粘结固定为一个整体，所述压电陶瓷片（9）通过屏蔽导线（10）与接头（12）连接，接头（12）与信号采集分析系统（13）连接，即压电陶瓷片（9）受剪应力作用产生的信号最终传递至信号采集分析系统（13）。...
【技术特征摘要】
1.一种嵌入式混凝土剪应力传感器标定装置，其特征在于：包括混凝土空心薄壁圆筒（1）、钢底板（2）、钢顶板（3）、螺栓（4）、支撑套筒（5）、悬臂钢梁（6）、加载试验系统（7）、传感装置（8）、信号采集分析系统（13）、旋转轴（14）；所述的混凝土空心薄壁圆筒（1）的顶部端面和底部端面预埋有螺栓（4），螺栓（4）均匀分布在圆筒的顶部端面和底部端面上；钢底板（2）和钢顶板（3）分别与圆筒底部和顶部通过螺栓（4）固定连接；所述的钢底板（2）作为固定支座，旋转轴（14）的一端固定在钢顶板（3）的中心，轴心与圆筒（1）轴心一致；所述的悬臂钢梁（6）一端与旋转轴（14）焊接固定，另一端作为加载试验系统（7）的加载作用区域；所述的支撑套筒（5）套在旋转轴（14）上，用于支撑旋转轴（14）并确保旋转轴（14）能绕轴心自由转动；所述传感装置（8）包括压电陶瓷片（9）、屏蔽导线（10）、封装块（11）、接头（12）；所述压电陶瓷片（9）与封装块（11）粘结固定为一个整体，所述压电陶瓷片（9）通过屏蔽导线（10）与接头（12）连接，接头（12）与信号采集分析系统（13）连接，即压电陶瓷片（9）受剪应力作用产生的信号最终传递至信号采集分析系统（13）。2.根据权利要求1所述的嵌入...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖秉洪，陈尚建，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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