本實(shí)用新型涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土非荷載內(nèi)應(yīng)力的測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土早齡期的力學(xué)性能指標(biāo)發(fā)展非常迅速，混凝土由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，雖然混凝土結(jié)構(gòu)此時沒有承擔(dān)設(shè)計(jì)的荷載，但是混凝土早齡期的開裂問題經(jīng)常困擾混凝工程的質(zhì)量。混凝土早齡期時的非荷載應(yīng)力包括溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這兩種應(yīng)力的發(fā)展是混凝土早期開裂的主要原因。由于混凝土的徐變性能在早齡期時很難準(zhǔn)確確定，因此不能通過測定混凝土早齡期的變形來確定混凝土的內(nèi)應(yīng)力，一般混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土所處的溫度環(huán)境與外界不同和鋼筋的約束等，很難通過理論計(jì)算方法準(zhǔn)確得到混凝土的內(nèi)應(yīng)力，現(xiàn)有的有限元方法計(jì)算出來的混凝土內(nèi)早齡期的內(nèi)應(yīng)力數(shù)值也缺乏實(shí)驗(yàn)測定的數(shù)據(jù)來證實(shí)。

現(xiàn)有的需要監(jiān)測混凝土內(nèi)部應(yīng)力狀況的工程，例如大壩、高層建筑等大型混凝土結(jié)構(gòu)，監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)早齡期內(nèi)部應(yīng)力的變化可為結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定評估提供數(shù)據(jù)。目前最常用的辦法是將傳感器埋設(shè)在混凝土中，由傳感器在應(yīng)力作用下的輸出來獲取相應(yīng)的應(yīng)力值。然而傳感器匹配情況還與埋入時傳感器結(jié)合程度、混凝土含水率、環(huán)境溫度等相關(guān)，且理論解析中的部分參數(shù)需要具體實(shí)驗(yàn)中測得，從而增加匹配誤差計(jì)算的難度。石振明等人應(yīng)用了一種振弦式應(yīng)力計(jì)測量混凝土的應(yīng)力，但其測量值與實(shí)際值比較偏小。光纖傳感器作為一種新型傳感器開始應(yīng)用于混凝土內(nèi)部應(yīng)變的測量，但需解決準(zhǔn)確定位埋設(shè)和防護(hù)的難題，同時沒有解決混凝土早齡期徐變對內(nèi)應(yīng)力確定的干擾。

相對于溫度補(bǔ)償，黎小毛等人研究的《混凝土內(nèi)應(yīng)力測量的應(yīng)變磚傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》中，在傳感器中設(shè)置了溫度和干擾補(bǔ)償片，可以對溫度和干擾誤差進(jìn)行補(bǔ)償。CN201110436857.4公開了一種“不同溫度和濕度環(huán)境條件下早齡期混凝土抗裂性能的測試裝置及測量方法”，該專利申請中也設(shè)置有溫度補(bǔ)償片。然而，上述技術(shù)中，溫度補(bǔ)償片均是埋設(shè)在混凝土中，除了溫度干擾以外，不可避免的還存在應(yīng)力等其他干擾，因此補(bǔ)償誤差較大。

此外，現(xiàn)有技術(shù)不能解決不同的鋼筋配筋率對混凝土內(nèi)應(yīng)力的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于測定混凝土早齡期時非荷載作用下內(nèi)應(yīng)力大小的測量系統(tǒng)，解決定量分析混凝土早齡期時內(nèi)應(yīng)力時混凝土徐變的影響，直接確定出混凝土早齡期的內(nèi)應(yīng)力，減少混凝土的早齡期開裂。本測定的系統(tǒng)可以解決混凝土早齡期混凝土內(nèi)部溫度變化和不同的鋼筋配筋率對混凝土內(nèi)應(yīng)力的影響，測試精度較高。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土非荷載內(nèi)應(yīng)力的測量系統(tǒng)，包括金屬塊傳感器、溫度補(bǔ)償塊、溫度傳感器、溫度加熱箱以及應(yīng)變測試儀；所述的金屬塊傳感器與溫度傳感器埋設(shè)于待測混凝土之中，所述的溫度補(bǔ)償塊放置于溫度加熱箱之中并位于待測混凝土之外；所述的金屬塊傳感器包括金屬制成的塊狀測試塊，該測試塊上粘貼有至少三個相互垂直的應(yīng)變片；所述的溫度補(bǔ)償塊包括金屬制成的塊狀補(bǔ)償塊，該補(bǔ)償塊上粘貼有一個溫度應(yīng)變片；所述各應(yīng)變片與溫度應(yīng)變片以1/4橋接方式接入到所述的應(yīng)變測試儀上；所述的測試塊與所述的補(bǔ)償塊的材質(zhì)的泊松比和線膨脹系數(shù)與混凝土相近；所述的溫度傳感器連接溫度加熱箱。

優(yōu)選地，所述的測試塊或者所述的補(bǔ)償塊為立方體或者長方體。

優(yōu)選地，所述的測試塊和所述的補(bǔ)償塊均為立方體，且兩者尺寸不大于尺寸20 mm×20 mm×20mm。

優(yōu)選地，所述測試塊或者所述補(bǔ)償塊的材料采用45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

優(yōu)選地，所述金屬塊傳感器上的三個相互垂直的應(yīng)變片分別設(shè)置在所述測試塊的三個相互垂直的面上。

優(yōu)選地，所述測試塊的其中三個相互垂直的面上各設(shè)置有兩個相互垂直的應(yīng)變片，共6個應(yīng)變片。

優(yōu)選地，所述測試塊的六個面上各設(shè)置有兩個相互垂直的應(yīng)變片，共12個應(yīng)變片。

優(yōu)選地，所述的補(bǔ)償塊與所述的測試塊形狀與材質(zhì)相同。

優(yōu)選地，所述金屬塊傳感器的各應(yīng)變片選用金屬基應(yīng)變片，其采用耐水膠進(jìn)行粘貼，并在應(yīng)變片表面用硅膠防水密封。

采用上述方案后，本實(shí)用新型具有如下有益效果：

1．本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制作了一種埋入式金屬塊傳感器，該金屬塊傳感器的測試塊材質(zhì)的泊松比和線膨脹系數(shù)與混凝土相近，因此該測試塊的形變與混凝土相當(dāng)，根據(jù)牛頓第三定律作用力與反作用力大小相等，直接測定出金屬塊傳感器所受到的作用力，就能夠反應(yīng)出混凝土三維內(nèi)應(yīng)力的大小和變化規(guī)律，且測量結(jié)果直接與所放置的測試點(diǎn)有關(guān)，即使設(shè)置有不同的鋼筋配筋率，也可以較真實(shí)的反應(yīng)測試點(diǎn)的內(nèi)應(yīng)力，測試精度更高。

2．本實(shí)用新型設(shè)置了一個溫度應(yīng)變片，且置于待測混凝土外部的溫度補(bǔ)償金屬塊上；混凝土內(nèi)部的溫度由于處于混凝土中的位置不同，表面的熱量散失不同，采用同步埋入溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時測點(diǎn)的溫度，同時采用溫度加熱箱，使溫度補(bǔ)償塊所處的環(huán)境溫度與混凝土內(nèi)部待測點(diǎn)的溫度環(huán)境一致；這樣溫度應(yīng)變片的形變即可反應(yīng)溫度對內(nèi)應(yīng)力的影響，從而有效消除溫度對應(yīng)變測量的影響。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型所述測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型所述金屬塊傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型所述溫度補(bǔ)償塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型所述測試電橋原理圖；

圖5是本實(shí)用新型所述測試原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。

本實(shí)用新型所揭示的是一種混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土非荷載內(nèi)應(yīng)力的測量系統(tǒng)，如圖1所示，為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。所述的測量系統(tǒng)包括金屬塊傳感器1、溫度補(bǔ)償塊2、溫度傳感器3、溫度加熱箱4以及應(yīng)變測試儀5。其中：

所述的金屬塊傳感器1（如圖2所示）包括金屬制成的立方體測試塊11，測試塊11的尺寸越小測量越準(zhǔn)確，但是尺寸過小不利于設(shè)置應(yīng)變片，也不方便使用；最佳的，該測試塊11的不大于尺寸20 mm×20 mm×20mm，其表面平整，表面粗糙度無要求；另外，該測試塊11的材料可以采用45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，該材料的泊松比和線膨脹系數(shù)與混凝土相近，也可以采用其他與混凝土的泊松比和線膨脹系數(shù)相近的材料。該測試塊11上至少粘貼有三個應(yīng)變片12，三個應(yīng)變片12的方向相互垂直，用以測試x、y、z三個方向的應(yīng)力；該三個應(yīng)變片12可以分別設(shè)置在測試塊11的三個相互垂直的面上。本實(shí)施例中，在測試塊11其中三個相互垂直的面上各設(shè)置有兩個相互垂直的應(yīng)變片12，共6個應(yīng)變片12，因此每個方向的應(yīng)變片有兩個。也可以在測試塊的六個面上各設(shè)置兩個相互垂直排列的應(yīng)變片，共設(shè)置12個應(yīng)變片，這樣每個方向有四個應(yīng)變片，測量結(jié)果取平均值以增加測量精度。所述的應(yīng)變片12可以選用高精度的金屬基應(yīng)變片，采用耐水膠進(jìn)行粘貼，并在應(yīng)變片表面用硅膠防水密封。該金屬塊傳感器1在使用時埋設(shè)在待測混凝土6中。

所述的溫度補(bǔ)償塊2（如圖3所示）包括金屬制成的立方體補(bǔ)償塊21以及一個粘貼在該補(bǔ)償塊21上的溫度應(yīng)變片22。該補(bǔ)償塊21的材料或尺寸可以與所述的測試塊11相同。該溫度補(bǔ)償塊2放置在所述的溫度加熱箱4內(nèi)，而溫度加熱箱4位于待測混凝土6之外。

所述的溫度傳感器3可以采用鉑電阻式溫度傳感器，其使用時埋設(shè)在待測混凝土6內(nèi)，位于所述金屬塊傳感器1的旁邊，用以測量混凝土內(nèi)的溫度，根據(jù)該溫度控制所述的溫度加熱箱4，使所述溫度傳感器3所處的溫度與混凝土內(nèi)部相同，實(shí)現(xiàn)溫度影響的補(bǔ)償。

所述的應(yīng)變測試儀5與所述金屬塊傳感器1的各應(yīng)變片12及溫度補(bǔ)償塊2的溫度應(yīng)變片22相連，并利用1/4橋接入應(yīng)變片（如圖4、5所示），即6個應(yīng)變片12接入R1，一個溫度應(yīng)變片22接入R2。

本實(shí)用新型的原理是：通過在待測混凝土中埋入一個泊松比和線膨脹系數(shù)與混凝土相近的金屬測塊塊，根據(jù)牛頓第三定律作用力與反作用力大小相等，直接測定出金屬塊傳感器所受到的作用力，就能夠反應(yīng)出混凝土三維內(nèi)應(yīng)力的大小和變化規(guī)律，從而較真實(shí)的反應(yīng)測試點(diǎn)的內(nèi)應(yīng)力，測試精度更高。本實(shí)用新型又通過在待測混凝土外部設(shè)置一個溫度補(bǔ)償塊，該溫度補(bǔ)償塊所處的環(huán)境溫度通過埋在待測混凝土中的溫度傳感器實(shí)現(xiàn)與混凝土相同，因此可實(shí)現(xiàn)對溫度的補(bǔ)償。由于該溫度補(bǔ)償塊是設(shè)置于待測混凝土之外的，因此不受其他因素干擾。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型的技術(shù)范圍作任何限制，故但凡依本實(shí)用新型的權(quán)利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍之內(nèi)。