本發(fā)明涉及混凝土性能測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)溫度梯度精密測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，旨在分析溫度應(yīng)力對(duì)混凝土橋梁使用壽命造成的影響。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期處于自然環(huán)境中的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在受到太陽(yáng)輻射和環(huán)境溫度變化的作用，而混凝土的導(dǎo)熱性能差，在混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中將產(chǎn)生較大的溫度梯度[1]?；炷两Y(jié)構(gòu)中不均勻的溫度分布將會(huì)引起溫度應(yīng)力，這種溫度應(yīng)力有時(shí)甚至超過(guò)了混凝土的抗拉極限應(yīng)力，致使混凝土結(jié)構(gòu)有裂縫產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能，因此混凝土橋梁溫度效應(yīng)引起的開(kāi)裂不可忽視[2]。

通過(guò)研究橋梁結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的分布，我們能夠分析出混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)。目前混凝土橋梁中關(guān)于此類實(shí)驗(yàn)，多采用溫度傳感器這一裝置來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)某一點(diǎn)的溫度，通過(guò)多點(diǎn)測(cè)量從而得到混凝土結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的分布情況，通常的做法是在施工過(guò)程中，預(yù)先在鋼筋上固定各溫度傳感器之間的相對(duì)位置，然后再將鋼筋固定在預(yù)定的位置上，最后澆筑混凝土體[3-4]。在一般情況下，溫度傳感器布測(cè)間距多采用10cm，在溫度重點(diǎn)采集位置，間距可控制到3cm左右[5]。但由于實(shí)際施工條件、施工設(shè)備、人為因素等原因，施工現(xiàn)場(chǎng)埋置的傳感器間距很難精確控制，實(shí)際的布測(cè)間距與溫度梯度測(cè)點(diǎn)間距的誤差較大，并且在混凝土結(jié)構(gòu)上溫度的傳播往往發(fā)生在靠近結(jié)構(gòu)物外邊緣的區(qū)域。以上原因都導(dǎo)致最后測(cè)得的數(shù)據(jù)不夠精確，不能滿足理論分析的需求，所得到的溫度曲線不足以反應(yīng)混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布情況。

因此要想通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得到溫度場(chǎng)曲線，需要更加精密的控制溫度梯度測(cè)點(diǎn)的間距，謹(jǐn)慎的控制溫度傳感器之間的距離。而施工現(xiàn)場(chǎng)條件往往不利于精確控制傳感器的布置，本發(fā)明即要提出一種解決目前混凝土結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)觀測(cè)不夠精確的方案，使得混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間溫度傳感器能夠精確布置，為后期觀測(cè)溫度場(chǎng)分布提供可靠基礎(chǔ)。

[1]GB 50010—2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范；

[2]肖建莊.基于氣象參數(shù)的混凝土結(jié)構(gòu)日照溫度作用分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2010,43(4):30-36；

[3]董國(guó)澤.斜拉橋塔柱溫度場(chǎng)測(cè)試分析[J].廣州建筑,2006,2:32-36；

[4]任翔.混凝土橋塔溫度場(chǎng)和空間應(yīng)力場(chǎng)分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào),2011,32(2):62-65；

[5]陶翀.混凝土箱梁溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)研究及概率統(tǒng)計(jì)分析[D].浙江大學(xué),2014。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種混凝土結(jié)構(gòu)溫度梯度精密測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，該測(cè)試裝置與測(cè)試方法的操作簡(jiǎn)便，利用三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系布置溫度傳感器，測(cè)點(diǎn)位置能夠精確控制，布測(cè)間距小，并且不易受人為因素干擾。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明測(cè)試裝置采用的技術(shù)方案為：包括固定桿以及通過(guò)組合齒輪與固定桿呈夾角連接的轉(zhuǎn)動(dòng)桿，組合齒輪包括與轉(zhuǎn)動(dòng)桿端部進(jìn)行固定的從動(dòng)齒輪以及活動(dòng)安裝在固定桿上能帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪的上表面固定有指針，固定桿的端部安裝有延伸至從動(dòng)齒輪的外周，用于配合指針顯示轉(zhuǎn)動(dòng)桿與固定桿夾角度數(shù)的刻度盤；所述的轉(zhuǎn)動(dòng)桿上安裝有若干個(gè)溫度傳感器，溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線連接傳感器機(jī)箱。

所述的刻度盤為半圓形，刻度盤的直徑邊與固定桿垂直，所述的指針與轉(zhuǎn)動(dòng)桿相垂直，且指針安裝于從動(dòng)齒輪的上表面圓心。

所述的刻度盤與固定桿通過(guò)暗槽可拆卸式連接。

所述的主動(dòng)齒輪上設(shè)置有用于帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臂。

所述的固定桿上安裝有能夠卡入主動(dòng)齒輪的齒槽用于限定已調(diào)整位置的定位銷。

本發(fā)明測(cè)試裝置的測(cè)試方法采用的技術(shù)方案包括以下步驟：A.檢查溫度傳感器與導(dǎo)線工作是否正常，確認(rèn)正常之后將溫度傳感器間隔安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿上；B.將從動(dòng)齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)桿的端部進(jìn)行固定，沿著混凝土溫度梯度變化方向設(shè)置固定桿，并將固定桿與轉(zhuǎn)動(dòng)桿鉸接，固定桿上活動(dòng)安裝能帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪，在從動(dòng)齒輪的上表面固定指針，固定桿的端部安裝延伸至從動(dòng)齒輪的外周的刻度盤；C.通過(guò)擬采用的精密測(cè)點(diǎn)數(shù)量n、混凝土壁厚h以及轉(zhuǎn)動(dòng)桿上傳感器的間距b來(lái)計(jì)算需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α；D.通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)固定桿上的主動(dòng)齒輪，經(jīng)從動(dòng)齒輪帶動(dòng)安裝有溫度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)，觀察刻度盤上的指針讀數(shù)，當(dāng)角度達(dá)到要求時(shí)，固定主動(dòng)齒輪，使轉(zhuǎn)動(dòng)桿的位置固定；E.將溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線連接傳感器機(jī)箱；F.澆筑混凝土，將溫度傳感器埋置在混凝土結(jié)構(gòu)中；G.通過(guò)傳感器機(jī)箱提取各測(cè)點(diǎn)溫度，將溫度數(shù)據(jù)整理分析，繪制溫度分布曲線，得到該時(shí)刻下混凝土溫度場(chǎng)的分布；通過(guò)收集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各測(cè)點(diǎn)溫度，得到各個(gè)時(shí)間點(diǎn)下混凝土體內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布情況。

步驟E中將各溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線連接傳感器機(jī)箱后，測(cè)試所有溫度傳感器是否工作正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)替換。

所述步驟A中溫度傳感器間隔安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿時(shí)橫向間距通過(guò)下式計(jì)算：b'＝bcosα；

式中，b為轉(zhuǎn)動(dòng)桿上相鄰溫度傳感器的固定間距；b'為相鄰溫度傳感器的橫向間距；α為轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

轉(zhuǎn)動(dòng)桿上相鄰溫度傳感器的固定間距b為3cm，相鄰溫度傳感器的橫向間距b'為3cosαcm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明混凝土結(jié)構(gòu)溫度梯度精密測(cè)試裝置具有如下的有益效果：通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)固定桿上的主動(dòng)齒輪，經(jīng)從動(dòng)齒輪帶動(dòng)安裝有溫度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)，觀察刻度盤上的指針讀數(shù)，當(dāng)角度達(dá)到要求時(shí)，固定主動(dòng)齒輪，使轉(zhuǎn)動(dòng)桿的位置固定。本發(fā)明基于三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系，計(jì)算溫度傳感器的橫向距離是否滿足溫度場(chǎng)理論分析對(duì)溫度布測(cè)點(diǎn)的要求，通過(guò)從動(dòng)齒輪和主動(dòng)齒輪之間的咬合轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量，從動(dòng)齒輪和主動(dòng)齒輪的半徑比越大，測(cè)得的角度精確度就越高。精確布設(shè)好溫度傳感器之后，澆筑混凝土，通過(guò)傳感器機(jī)箱提取各測(cè)點(diǎn)溫度，將溫度數(shù)據(jù)整理分析，繪制溫度分布曲線，得到該時(shí)刻下混凝土溫度場(chǎng)的分布；通過(guò)收集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各測(cè)點(diǎn)溫度，得到各個(gè)時(shí)間點(diǎn)下混凝土體內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布情況。本發(fā)明測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能夠精確控制測(cè)點(diǎn)位置，進(jìn)而有效提高測(cè)試精度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明精密測(cè)試裝置的測(cè)試方法通過(guò)依照三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系精確調(diào)整相鄰溫度傳感器的橫向間距及固定間距，精確布設(shè)好溫度傳感器之后，澆筑混凝土，通過(guò)傳感器機(jī)箱提取各測(cè)點(diǎn)溫度，將溫度數(shù)據(jù)整理分析，繪制溫度分布曲線，得到該時(shí)刻下混凝土溫度場(chǎng)的分布，通過(guò)收集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各測(cè)點(diǎn)溫度，得到各個(gè)時(shí)間點(diǎn)下混凝土體內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布情況。本發(fā)明測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，干擾因素較少，能夠精確控制測(cè)點(diǎn)位置。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明測(cè)試裝置的工作原理示意圖；

圖2本發(fā)明測(cè)試裝置裝配狀態(tài)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明測(cè)試裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明測(cè)試裝置裝配狀態(tài)正視圖；

圖5本發(fā)明測(cè)試裝置的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖6本發(fā)明組合齒輪部分的放大示意圖；

附圖中：1-固定桿；2-轉(zhuǎn)動(dòng)桿；3-主動(dòng)齒輪；4-從動(dòng)齒輪；5-指針；6-刻度盤；7-轉(zhuǎn)臂；8-定位銷；9-溫度傳感器；10-導(dǎo)線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖2-6，本發(fā)明的混凝土結(jié)構(gòu)溫度梯度精密測(cè)試裝置包括固定桿1以及通過(guò)組合齒輪與固定桿1呈夾角連接的轉(zhuǎn)動(dòng)桿2，組合齒輪包括與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2端部進(jìn)行固定的從動(dòng)齒輪4以及活動(dòng)安裝在固定桿1上能帶動(dòng)從動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪3，主動(dòng)齒輪3上設(shè)置有用于帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臂7。從動(dòng)齒輪4的上表面固定有指針5，固定桿1的端部安裝有延伸至從動(dòng)齒輪4的外周，用于配合指針5顯示轉(zhuǎn)動(dòng)桿2與固定桿1夾角度數(shù)的刻度盤6。刻度盤6為半圓形，刻度盤6與固定桿1通過(guò)暗槽可拆卸式連接?？潭缺P6的直徑邊與固定桿1垂直，指針5與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2相垂直，且指針5焊接于從動(dòng)齒輪4的上表面圓心。固定桿1上安裝有能夠卡入主動(dòng)齒輪3的齒槽用于限定已調(diào)整位置的定位銷8。轉(zhuǎn)動(dòng)桿2上安裝有若干個(gè)溫度傳感器9，溫度傳感器9通過(guò)導(dǎo)線10連接傳感器機(jī)箱。本發(fā)明的目的在于通過(guò)改變轉(zhuǎn)動(dòng)桿的角度達(dá)到精確控制溫度傳感器9橫向間距的目的。轉(zhuǎn)動(dòng)桿2轉(zhuǎn)動(dòng)的角度即為刻度盤6讀數(shù)，假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為α，傳感器間距為b，混凝壁厚h，則測(cè)點(diǎn)數(shù)

因此，在已知測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)的情況下，可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)桿2的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。例如：壁厚20cm，傳感器間距4cm，欲進(jìn)行10點(diǎn)溫度測(cè)量，則α應(yīng)調(diào)整至56.3°。在本裝置中讀數(shù)裝置、主動(dòng)齒輪3、從動(dòng)齒輪4與固定桿1通過(guò)軸承連接在一起，主動(dòng)齒輪3、從動(dòng)齒輪4與軸承之間均有鍵連接，二者之間不能發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿2端部固定在主動(dòng)齒輪3上。指針5固定在從動(dòng)齒輪4上，從動(dòng)齒輪4與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2固定連接，且指針5與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2保持垂直，刻度盤6中央刻度為0°，兩側(cè)點(diǎn)刻度均為90°，轉(zhuǎn)動(dòng)桿2轉(zhuǎn)動(dòng)角度的范圍為0°～180°，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)到要求后，通過(guò)定位銷8來(lái)固定主動(dòng)齒輪3，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)桿2固定。本測(cè)試裝置的溫度傳感器9平行固定在轉(zhuǎn)動(dòng)桿2上，轉(zhuǎn)動(dòng)桿2繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度傳感器9橫向距離隨角度增大而變小，而且相互不受干擾，從而達(dá)到了精密布置溫度傳感器9的目的。

本發(fā)明的測(cè)試方法包括以下步驟：A.檢查溫度傳感器9與導(dǎo)線10工作是否正常，確認(rèn)正常之后將溫度傳感器9間隔安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿2上；B.將從動(dòng)齒輪4與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2的端部進(jìn)行固定，沿著混凝土溫度梯度變化方向設(shè)置固定桿1，并將固定桿1與轉(zhuǎn)動(dòng)桿2鉸接，固定桿1上活動(dòng)安裝能帶動(dòng)從動(dòng)齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪3，在從動(dòng)齒輪4的上表面固定指針5，固定桿1的端部安裝延伸至從動(dòng)齒輪4的外周的刻度盤6；C.通過(guò)擬采用的精密測(cè)點(diǎn)數(shù)量n、混凝土壁厚h以及轉(zhuǎn)動(dòng)桿上傳感器的間距b來(lái)計(jì)算需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α；D.通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)固定桿1上的主動(dòng)齒輪3，經(jīng)從動(dòng)齒輪4帶動(dòng)安裝有溫度傳感器9的轉(zhuǎn)動(dòng)桿2旋轉(zhuǎn)，觀察刻度盤6上的指針讀數(shù)，當(dāng)角度達(dá)到要求時(shí)，固定主動(dòng)齒輪3，使轉(zhuǎn)動(dòng)桿2的位置固定；E.將溫度傳感器9通過(guò)導(dǎo)線10連接傳感器機(jī)箱，測(cè)試所有溫度傳感器9是否工作正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)替換；F.澆筑混凝土，將溫度傳感器9埋置在混凝土結(jié)構(gòu)中；G.通過(guò)傳感器機(jī)箱提取各測(cè)點(diǎn)溫度，將溫度數(shù)據(jù)整理分析，繪制溫度分布曲線，得到該時(shí)刻下混凝土溫度場(chǎng)的分布；通過(guò)收集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的各測(cè)點(diǎn)溫度，得到各個(gè)時(shí)間點(diǎn)下混凝土體內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布情況。

參見(jiàn)圖1，溫度傳感器9間隔安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)桿2時(shí)橫向間距通過(guò)下式計(jì)算：b'＝bcosα；

式中，L為轉(zhuǎn)動(dòng)桿2上相鄰溫度傳感器9的固定間距；H為相鄰溫度傳感器9的橫向間距；α為轉(zhuǎn)動(dòng)桿2轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。在現(xiàn)有工程中，為了不影響混凝土振搗，轉(zhuǎn)動(dòng)桿2上相鄰溫度傳感器9的固定間距b為3cm，相鄰溫度傳感器9的橫向間距b'為3cosαcm。