專利名稱：內(nèi)置式鋼－混凝土電子滑移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及土木工程領(lǐng)域的測量裝置，特別涉及用于測量鋼-混凝土之間相對滑移的電子滑移傳感器。
對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移性能是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度計算、變形和裂縫寬度計算的理論依據(jù)，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，自二十世紀70年代，國內(nèi)外許多專家學(xué)者對鋼筋混凝土的粘結(jié)滑移進行了廣泛全面的研究，但是對于鋼筋混凝土之間的滑移的測量仍然未曾提出理想的測量方法，對于鋼筋混凝土之間的內(nèi)部相對滑移的分布規(guī)律沒有得出合理的試驗結(jié)果。
對于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，型鋼與混凝土之間的相對滑移相對鋼筋混凝土之間的滑移要更加的明顯和突出，而且，型鋼與混凝土的相對滑移相對來說更加復(fù)雜。由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展較晚，目前，國內(nèi)外，還未曾見到型鋼混凝土相對滑移測量的相關(guān)試驗研究結(jié)果和資料。為清楚了解型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的受力機理、承載能力計算、變形及剛度，裂縫寬度的計算，對型鋼混凝土之間的內(nèi)部相對滑移的測量，對于工程界和學(xué)術(shù)研究都具有重要的意義。
鋼-混凝土之間的滑移主要包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的相對滑移和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼與混凝土之間的相對滑移。由于鋼筋混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的相對滑移存在于鋼筋和型鋼與混凝土的連接面上，而且是相對滑移，故目前國內(nèi)外，鋼-混凝土相對滑移的測量一直是一個難題，目前還沒有理想的測量方法。美國的Nilson博士曾采用混凝土應(yīng)變計，測量混凝土的應(yīng)變，并通過對鋼筋和混凝土應(yīng)變差進行積分，計算出鋼筋混凝土中鋼筋與混凝土之間的相對滑移，該方法屬于一種間接方法，而且所測的滑移不是連接面上的真正滑移，存在一定誤差。清華大學(xué)、東南大學(xué)為了測量鋼筋混凝土中鋼筋與混凝土之間的相對滑移，采用由橡膠作為彈性元件的滑移傳感器，但由于橡膠材料的性質(zhì)不是完全線彈性的，而且由于構(gòu)造較為簡單，所以測量結(jié)果不很理想。該滑移傳感器目前存在的主要問題是(1)傳感器的靈敏度不高；(2)傳力機理不太合理，會改變原有的粘結(jié)性能；(3)線性不好，應(yīng)變漂移大；(4)對橡膠的要求太高，且難于保證制作和安裝的精確尺寸。
本實用新型的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的一種內(nèi)置式鋼-混凝土電子滑移傳感器，它主要是由彈性懸臂梁(1)、彈簧(2)、縱向金屬軸(6)、橫向限位桿(5)、滑動桿(4)、金屬外罩(3)和電阻應(yīng)變片(7)組成。在金屬外罩(3)內(nèi)固定安裝有彈性懸臂梁(1)，在彈性懸臂梁(1)的末端兩側(cè)分別粘貼有電阻應(yīng)變片(7)，每個應(yīng)變片(7)上均連接有一組電線(10)。在金屬外罩(3)內(nèi)還固定安裝有縱向金屬軸(6)，在縱向金屬軸(6)上安裝有滑動桿(4)，在滑動桿(4)上固定安裝有橫向限位桿(5)，彈簧(2)的一端與彈性懸臂梁(1)的頂端固定相連，另一端與橫向限位桿(5)固定相連。在縱向金屬軸(6)上還安裝限位套管(8)。在金屬外罩(3)內(nèi)壁與限位桿(5)相應(yīng)位置設(shè)有凹槽(9)，橫向限位桿(5)的前端放置在凹槽(9)內(nèi)。
本實用新型的技術(shù)解決方案還可以這樣實現(xiàn)在橫向限位桿(5)上還安裝有另一根彈簧(2)，該彈簧(2)的一端與橫向限位桿(5)固定相連，另一端與金屬外罩(3)固定相連。在金屬外罩(3)內(nèi)壁與限位桿(5)相應(yīng)位置設(shè)有凹槽(9)，橫向限位桿(5)的前端放置在凹槽(9)內(nèi)。
在上述技術(shù)方案中，彈性懸臂梁(1)選用鈹青銅片制作?？v向金屬軸(6)和限位套管(8)均選用不銹鋼材料制作。
本實用新型的有益效果1.設(shè)計合理、安裝簡單、操作方便、測量準確。在基本不改變鋼筋混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)本身的粘結(jié)性能情況下，采用本實用新型和一般的應(yīng)變測量儀器，可以直接測量出單向加載和雙向反復(fù)加載下的內(nèi)部相對滑移量。
2.本實用新型靈敏度高。1200με/mm，對于一般的結(jié)構(gòu)實驗室，可以精確測量到0.001mm。
3.量程適當。單向型，量程可達5mm；雙向型量程可達-5mm～5mm。
4.線性好。通過對標定試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計回歸，其線性相關(guān)系數(shù)為0.999。
5.防水性能好。本實用新型可以直接用于鋼筋混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，不需另外采取其他防水措施。
6.外形尺寸小，可以用于測量直徑大于20mm的鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移。造價低，制作方便，適合中小型加工廠批量生產(chǎn)。
7.本實用新型不僅適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土連接面上的內(nèi)部相對滑移的測量，也適合于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼與混凝土連接面上的內(nèi)部相對滑移的測量，不僅可以測量單向加載，也適合于反復(fù)加載荷循環(huán)加載情況下的相對滑移的測量，是一種性能穩(wěn)定、可以在土木工程中推廣使用的試驗測量傳感器。
具體實施方式
實施例1內(nèi)置式鋼-混凝土電子單向型滑移傳感器參見

圖1、圖2、圖3和圖4。它主要是由彈性懸臂梁1、彈簧2、金屬外罩3、滑動桿4、橫向限位桿5、縱向金屬軸6、兩片電阻應(yīng)變片7、限位套管8等組成。在金屬外罩3內(nèi)靠近內(nèi)壁處固定安裝有彈性懸臂梁1，在彈性懸臂梁1的末端兩側(cè)相對應(yīng)位置，分別粘貼一片電阻應(yīng)變片7，每個應(yīng)變片7上都連接一組電線10，在金屬外罩3壁面相應(yīng)的位置開設(shè)有小孔，電線10從小孔引出。在金屬外罩3內(nèi)固定安裝有縱向金屬軸6，在縱向金屬軸6上安裝有滑動桿4，在滑動桿4上固定安裝有橫向限位桿5。在縱向金屬軸6上還安裝不銹鋼材料制作的限位套管8。
在彈性懸臂梁1的頂端設(shè)有小孔，在橫向限位桿5上也設(shè)有小孔或小槽。彈簧2一端的圓鉤固定連接在彈性懸臂梁1小孔中，彈簧2的另一端固定連接在橫向限位桿5的小孔或小槽中。
由于縱向金屬軸6帶有不銹鋼限位套管8，保證了在初始狀態(tài)下，使彈簧2稍微受拉張緊并與橫向限位桿5的牢固連接。
在金屬外罩3內(nèi)壁與限位桿5相應(yīng)位置設(shè)有凹槽9，橫向限位桿5的前端放置在凹槽9內(nèi)，使得橫向限位桿5能夠在凹槽9內(nèi)自由滑動。
金屬外罩3外壁上所有孔槽用環(huán)氧樹脂膠密封、絕緣，進行防水處理。
彈性懸臂梁1選用鈹青銅片制作?？v向金屬軸6和限位套管8均選用不銹鋼材料制作。
本實用新型的基本工作原理及工作過程如下參見圖1。首先，將本實用新型放置于混凝土中，滑動固定桿4通過型鋼和鋼筋上預(yù)先設(shè)置的圓孔與鋼筋或型鋼緊密的連接成一體。鋼筋和型鋼與混凝土的相對滑移就能通過滑動固定桿4與金屬外罩3的相對滑移準確反映出來。當鋼筋或型鋼與混凝土之間發(fā)生滑移，鋼筋或型鋼拉動滑動桿4，帶動彈簧2，再由彈簧2拉動彈性懸臂梁1，在彈性懸臂梁1中引起應(yīng)變，并由應(yīng)變片7將應(yīng)變通過電線10輸出到應(yīng)變計(靜力應(yīng)變計或應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀器)，從而準確測量出鋼筋和型鋼與混凝土相對滑移量。經(jīng)過對滑移傳感器標定，鋼筋和型鋼與混凝土之間的相對滑移可以根據(jù)滑移傳感器的標定參數(shù)直接由電阻應(yīng)變片得出。
在上述實施例1中，彈性懸臂梁1和與之相連接的彈簧2，放置在縱向金屬軸6的上方。實施例2內(nèi)置式鋼-混凝土電子單向型滑移傳感器參見圖5。它主要是由彈性懸臂梁1、彈簧2、金屬外罩3、滑動桿4、橫向限位桿5、縱向金屬軸6、兩片電阻應(yīng)變片7、限位套管8等組成。彈性懸臂梁1和與之相連接的彈簧2，放置在縱向金屬軸6的下方。其它零件的連接方式及操作過程同實施例1。實施例3內(nèi)置式鋼-混凝土電子雙向型滑移傳感器參見圖6、圖7、圖8和圖9。它主要是由彈性懸臂梁1、兩根彈簧2、金屬外罩3、滑動桿4、橫向限位桿5、縱向金屬軸6、兩片電阻應(yīng)變片7、限位套管8等組成。
在金屬外罩3內(nèi)固定安裝有縱向金屬軸6，在縱向金屬軸6中間位置上安裝有滑動桿4，在滑動桿4上固定安裝有橫向限位桿5。縱向金屬軸6兩端分別安裝有不銹鋼材料制作的限位套管8。
在彈性懸臂梁1的頂端設(shè)有小孔，在橫向限位桿5上也設(shè)有小孔或小槽。第一根彈簧2的一端圓鉤固定連接在彈性懸臂梁1小孔中，另一端固定連接在橫向限位桿5的小孔或小槽中。第二根彈簧2的一端圓鉤固定安裝在橫向限位桿5的小孔或小槽中，該彈簧2的另一端與金屬外罩3固定相連。兩根彈簧應(yīng)安裝在同一水平面上。其它零件連接方式及操作過程基本同實施例1。實施例4內(nèi)置式鋼-混凝土電子雙向型滑移傳感器參見圖10。它主要是由彈性懸臂梁1、兩根彈簧2、金屬外罩3、滑動桿4、橫向限位桿5、縱向金屬軸6、兩片電阻應(yīng)變片7、限位套管8等組成。彈性懸臂梁1、兩根彈簧2及限位桿5放置在縱向金屬軸6的下方。其它零件的連接方式及操作過程基本同實施例3。
實施例3和實施例4主要用于測試反復(fù)荷載作用下，鋼筋或型鋼與混凝土之間的雙向相對滑移值。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)置式鋼-混凝土電子滑移傳感器，其特征在于它主要是由彈性懸臂梁(1)、彈簧(2)、縱向金屬軸(6)、橫向限位桿(5)、滑動桿(4)、金屬外罩(3)和電阻應(yīng)變片(7)組成；在金屬外罩(3)內(nèi)固定安裝有彈性懸臂梁(1)，在彈性懸臂梁(1)的末端兩側(cè)分別粘貼有電阻應(yīng)變片(7)，每個應(yīng)變片(7)上均連接有一組電線(10)；在金屬外罩(3)內(nèi)還固定安裝有縱向金屬軸(6)，在縱向金屬軸(6)上安裝有滑動桿(4)，在滑動桿(4)上固定安裝有橫向限位桿(5)，彈簧(2)的一端與彈性懸臂梁(1)的頂端固定相連，另一端與橫向限位桿(5)固定相連；在縱向金屬軸(6)上還安裝限位套管(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子滑移傳感器，其特征在于在橫向限位桿(5)上還安裝有另一根彈簧(2)，該彈簧(2)的一端與橫向限位桿(5)固定相連，另一端與金屬外罩(3)固定相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子滑移傳感器，其特征在于在金屬外罩(3)內(nèi)壁還設(shè)有凹槽(9)，橫向限位桿(5)的前端放置在凹槽(9)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子滑移傳感器，其特征在于彈性懸臂梁(1)選用鈹青銅片制作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子滑移傳感器，其特征在于縱向金屬軸(6)和限位套管(8)選用不銹鋼材料制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子滑移傳感器，其特征在于金屬外罩(3)外壁上的孔槽均用環(huán)氧樹脂膠密封。
專利摘要本實用新型公開了一種內(nèi)置式鋼－混凝土電子滑移傳感器。它主要是由彈性懸臂梁(1)、彈簧(2)、縱向金屬軸(6)、橫向限位桿(5)、滑動桿(4)、金屬外罩(3)和電阻應(yīng)變片(7)組成。本實用新型的優(yōu)點是靈敏度高、線性好、量程較大，造價低，安裝簡單，易于操作，適合于鋼筋與混凝土連接面上或型鋼與混凝土連接面上的內(nèi)部單向加載或反復(fù)加載荷、循環(huán)加載情況下相對滑移的測量，是一種性能穩(wěn)定、可以在土木工程中推廣使用的試驗測量傳感器。
文檔編號G01B7/02GK2551971SQ0226188
公開日2003年5月21日 申請日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月1日
發(fā)明者趙鴻鐵, 楊勇, 薛建陽, 王彥宏 申請人:西安建筑科技大學(xué)