基于磁栅位移计的测力计及监测混凝土应力的方法技术

本发明专利技术提供一种基于磁场位移计的测力计、利用该测力计构建的大体积混凝土应力的监测结构及监测方法。所述测力计由上、下集力盘、上、下传力片、测力块和磁栅位移计构成；测力块的顶底面分别通过上、下传力片与上、下集力盘同轴固连。在测力块的中心位置开有一通孔，磁栅位移计内置在该通孔内。将测力计内置在一两端为柔性结构的隔离筒内，再往隔离筒内浇筑被测混凝土，最后将隔离筒埋设在被测混凝土中。本发明专利技术通过磁场位移计测量测力块顶底面中心点的变形，计算被测混凝土的应力值。利用本发明专利技术提供的监测结构及方法监测的混凝土应力值与混凝土真实应力值相近，为大体积混凝土结构的安全运行状态提供真实可靠的应力数据支撑。的安全运行状态提供真实可靠的应力数据支撑。的安全运行状态提供真实可靠的应力数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于磁栅位移计的测力计及监测混凝土应力的方法


[0001]本专利技术涉及一种测力计及利用该测力计监测混凝土应力的方法，具体地说，涉及一种基于磁栅位移计的测力计，及利用该测力计监测混凝土应力的方法。

技术介绍

[0002]大体积混凝土的应力状态极其复杂，既有其内部结构细观不均质性的原因，又有受混凝土内部温度变化、自生体积变形、渗压等诸多因素影响的原因。传统的监测大体积混凝土应力状态的方法是“应变计花”法，即在大体积混凝土测点埋设5
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9支应变计，并将这些应变计组成花朵的形状。由于各应变计安装的方向不同，故可以测量出混凝土不同方向的应变变形，再根据各应变计的测量值计算出混凝土的应力状态值。这种监测方法的缺点是：根据测量的混凝土应变值计算得到的混凝土应力状态值误差大，离散性大。原因：1)由于应变计被直接埋入混凝土内，实测过程中受到混凝土温度变化、自生体积变形等因素的影响，测量值不准确，导致由测量的应变值计算得到的应力状态值也不准确。2)应变计材料性质与混凝土材料性质差异，导致测量的应变值不准确，计算得到的应力值也不准确。3)由于需要将应变计组成花朵的形状，现场安装人员的技术水平参差不齐，应变计安装不符合要求，导致测量值不准确。从目前掌握的已建高混凝土坝(大体积混凝土结构)的应力状态观测结果，发现少有大坝得到的应变测量值合理、规律性强，可直接用于计算、评价大体积混凝土的应力状态。
[0003]本领域技术人员尝试通过测力传感器或测力计直接测量混凝土的受力，即混凝土的应力。这种方法需要基于混凝土的材料特性选择合适的拉压力传感器，这是准确测量混凝土应力的第一步，也是其中最关键的一步。然而，目前市面上绝大多数测力传感器或测力计，都是为满足高精度测量和应力采集高敏感性需求而制造的，这些传感器自身的刚度大小并不重要，相反其传感器本身的刚度越小其测量精度越高，通常其刚度比被测混凝土硬化后的刚度低10
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100倍，不适宜用来直接测量大体积混凝土的应力。

技术实现思路

[0004]为了解决现有大体积混凝土应力状态监测方法、监测仪器存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用于监测大体积混凝土应力的基于磁栅位移计的测力计。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种利用基于磁栅位移计的测力计监测大体积混凝土应力的监测结构。
[0006]本专利技术的再一目的是提供一种利用基于磁栅位移计的测力计监测大体积混凝土应力的方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于磁栅位移计的测力计，它由上集力盘、上传力片、测力块、下传力片、下集力盘和磁栅位移计构成；所述测力块的顶面、底面分别通过所述上传力片和下传力片与所述上集力盘、下集力盘固连，且所述上、下集力盘、上、下传力片和测力块同轴；
[0008]所述测力块为形状规则体，在所述测力块的中心位置，沿与所述测力块纵轴垂直的方向开有一通孔，所述磁栅位移计内置在该通孔内，且所述磁栅位移计的纵轴与所述测力块的纵轴重合；
[0009]所述通孔顶面中心点(u)和底面中心点(d)为混凝土变形监测点；所述通孔与所述磁栅位移计的高度适配，所述磁栅位移计的底面中心点与所述通孔底面中心点(d)重合，其变形监测方向与所述测力块轴向平行；所述磁栅位移计的位移监测点与所述通孔顶面中心点(u)
[0010]重合，其变形监测方向与所述测力块轴向平行；
[0011]所述测力块的高度与整个测力计的高度之比为1:2～1:1.1；所述通孔的高度与所述测力块的高度之比为1:3～5:8；
[0012]所述上、下集力盘，上、下传力片和测力块均由金属材料制成，其等效弹性模量与硬化后的被测混凝土弹性模量相近，均为15
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40GPa。
[0013]优选地，所述磁栅位移计的变形量程需满足0
‑
1000um，其精度为0.1um
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1um。
[0014]优选地，所述测力块为一表面光滑、形状规则的圆柱体。
[0015]优选地，所述上集力盘和下集力盘均为一圆盘，其直径与所述测力块的直径相同；所述上、下传力片的直径不小于所述集力盘直径的1/3；所述上、下集力盘的厚度大于5mm，所述上、下传力片长度不大于1cm。
[0016]优选地，在所述上集力盘的顶面和所述下集力盘的底面各焊接一个或多个直径大于1cm、长度大于4cm的螺纹杆。
[0017]本专利技术还提供了一种混凝土应力监测结构，它由所述基于磁场位移计的测力计和两端为柔性结构的隔离筒构成；
[0018]所述测力计内置在所述隔离筒内，且所述测力计和隔离筒同轴，形成筒柱式结构；
[0019]所述隔离筒采用弹性模量为3～8GPa的材料制成；
[0020]所述隔离筒两端的柔性结构由两层PP塑料板和橡皮泥构成，两层PP塑料板围成环形，与所述隔离筒的端部粘结，所述橡皮泥填充在所述两层PP塑料板之间；
[0021]所述隔离筒两端的柔性结构长度之和为所述隔离筒长度的1/10。
[0022]本专利技术还提供了一种利用混凝土应力监测结构监测混凝土应力的方法，它包括如下步骤：
[0023]S1、将基于磁栅位移计的测力计内置在一两端为柔性结构的隔离筒中，从隔离筒的两端往其内灌装被测混凝土；
[0024]S2、将步骤S1内置有测力计和灌装有被测混凝土的隔离筒埋设在被测混凝土中，隔离筒轴向和被测混凝土待测轴向重合，等待被测混凝土硬化；
[0025]S3、通过测力计内的磁栅位移计测量测力块通孔内壁顶表面中心点(u)和底表面中心点(d)的变形；
[0026]S4、通过测量的测力块通孔内壁顶表面中心点(u)和底表面中心点(d)的变形差值，计算混凝土应力值σ；
[0027]在大体积混凝土轴向作用力的作用下，测力块通孔内壁顶表面中心点(u)和底表面中心点(d)的位移分别为w
u
，w
d
，两点之间的变形差值w为:
[0028]w＝w
u
‑
w
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]设测力计的综合刚度为K，则测力计受到的轴向力F为：
[0030]F＝Kw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0031]则混凝土应力值σ为：
[0032][0033]式中，σ为混凝土应力,r0为集力盘的半径，E1为测力计的等效弹模，α
s
为测力计的线膨胀系数，
△
T为混凝土温度变化值。
[0034]优选地，若被监测的大体积混凝土还没有形成，则先将内置有测力计的隔离筒两端灌装被测混凝土，然后，将其埋设在混凝土浇筑模具中，浇筑被测混凝土，待被测混凝土硬化后，进行监测。
[0035]优选地，若被监测的混凝土已硬化，则需要在隔离筒内先填充满本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁栅位移计的测力计，其特征在于：它由上集力盘、上传力片、测力块、下传力片、下集力盘和磁栅位移计构成；所述测力块的顶面、底面分别通过所述上传力片和下传力片与所述上集力盘、下集力盘固连，且所述上、下集力盘、上、下传力片和测力块同轴；所述测力块为形状规则体，在所述测力块的中心位置，沿与所述测力块纵轴垂直的方向开有一通孔，所述磁栅位移计内置在该通孔内，且所述磁栅位移计的纵轴与所述测力块的纵轴重合；所述通孔顶面中心点(u)和底面中心点(d)为混凝土变形监测点；所述通孔与所述磁栅位移计的高度适配，所述磁栅位移计的底面中心点与所述通孔底面中心点(d)重合，其变形监测方向与所述测力块轴向平行；所述磁栅位移计的位移监测点与所述通孔顶面中心点(u)重合，其变形监测方向与所述测力块轴向平行；所述测力块的高度与整个测力计的高度之比为1:2～1:1.1；所述通孔的高度与所述测力块的高度之比为1:3～5:8；所述上、下集力盘，上、下传力片和测力块均由金属材料制成，其等效弹性模量与硬化后的被测混凝土弹性模量相近，均为15
‑
40GPa。2.根据权利要求1所述的基于磁栅位移计的测力计，其特征在于：所述磁栅位移计的变形量程需满足0
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1000um，其精度为0.1um
‑
1um。3.根据权利要求2所述的基于磁栅位移计的测力计，其特征在于：所述测力块为一表面光滑、形状规则的圆柱体。4.根据权利要求3所述的基于磁栅位移计的测力计，其特征在于：所述上集力盘和下集力盘均为一圆盘，其直径与所述测力块的直径相同；所述上、下传力片的直径不小于所述集力盘直径的1/3；所述上、下集力盘的厚度大于5mm，所述上、下传力片长度不大于1cm。5.根据权利要求1
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5之一所述的基于磁栅位移计的测力计，其特征在于：在所述上集力盘的顶面和所述下集力盘的底面各焊接一个或多个直径大于1cm、长度大于4cm的螺纹杆。6.一种包含权利要求1
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5所述基于磁栅位移计的测力计的混凝土应力监测结构，其特征在于：它由所述基于磁场位移计的测力计和两端为柔性结构的隔离筒构成；所述测力计内置在所述隔离筒内，且所述测力计和隔离筒同轴，形成筒柱式结构；所述隔离筒采用弹性模量为3～8GPa的材料制成；所述隔离筒两端的柔性结构由两层PP塑料板和橡皮泥构成，两层PP塑料板围成环形，与所述隔离筒的端部粘结，所述橡皮泥填充在所述两层PP塑料板之间；所述隔离筒两端的柔性结构长度之和为所述隔离筒长度的1/10。7.一种利用权利要求6所述的混凝土应力监测结构监测混凝土应力的方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1、将基于磁栅位移计的测力计内置在一两端为柔性结构的隔离筒中，从隔离筒的两端往其内灌装被测混凝土；S2、将步骤S1内置有测力计和灌装有被测混凝土的隔离筒埋设在被测混凝土中，隔离筒轴向和被测混凝土待测轴向重合，等待被测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国新，腾飏，刘毅，谭妮，张海堂，聂鼎，李玲玲，张磊，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：