[发明专利]混凝土结构中混凝土非荷载内应力的测量系统和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤指一种混凝土结构中混凝土非荷载内应力的测量系统和测量方法。

背景技术

混凝土结构中混凝土早龄期的力学性能指标发展非常迅速，混凝土由塑性状态转化为固态，虽然混凝土结构此时没有承担设计的荷载，但是混凝土早龄期的开裂问题经常困扰混凝工程的质量。混凝土早龄期时的非荷载应力包括温度应力和收缩应力，这两种应力的发展是混凝土早期开裂的主要原因。由于混凝土的徐变性能在早龄期时很难准确确定，因此不能通过测定混凝土早龄期的变形来确定混凝土的内应力，一般混凝土结构中混凝土所处的温度环境与外界不同和钢筋的约束等，很难通过理论计算方法准确得到混凝土的内应力，现有的有限元方法计算出来的混凝土内早龄期的内应力数值也缺乏实验测定的数据来证实。

现有的需要监测混凝土内部应力状况的工程，例如大坝、高层建筑等大型混凝土结构，监测混凝土结构早龄期内部应力的变化可为结构的安全稳定评估提供数据。目前最常用的办法是将传感器埋设在混凝土中，由传感器在应力作用下的输出来获取相应的应力值。然而传感器匹配情况还与埋入时传感器结合程度、混凝土含水率、环境温度等相关，且理论解析中的部分参数需要具体实验中测得，从而增加匹配误差计算的难度。石振明等人应用了一种振弦式应力计测量混凝土的应力，但其测量值与实际值比较偏小。光纤传感器作为一种新型传感器开始应用于混凝土内部应变的测量，但需解决准确定位埋设和防护的难题，同时没有解决混凝土早龄期徐变对内应力确定的干扰。

相对于温度补偿，黎小毛等人研究的《混凝土内应力测量的应变砖传感器设计与应用》中，在传感器中设置了温度和干扰补偿片，可以对温度和干扰误差进行补偿。CN201110436857.4公开了一种“不同温度和湿度环境条件下早龄期混凝土抗裂性能的测试装置及测量方法”，该专利申请中也设置有温度补偿片。然而，上述技术中，温度补偿片均是埋设在混凝土中，除了温度干扰以外，不可避免的还存在应力等其他干扰，因此补偿误差较大。

此外，现有技术不能解决不同的钢筋配筋率对混凝土内应力的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于测定混凝土早龄期时非荷载作用下内应力大小的方法及测量系统，解决定量分析混凝土早龄期时内应力时混凝土徐变的影响，直接确定出混凝土早龄期的内应力，减少混凝土的早龄期开裂。本测定的方法可以解决混凝土早龄期混凝土内部温度变化和不同的钢筋配筋率对混凝土内应力的影响，测试精度较高。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种混凝土结构中混凝土非荷载内应力的测量系统，包括金属块传感器、温度补偿块、温度传感器、温度加热箱以及应变测试仪；所述的金属块传感器与温度传感器埋设于待测混凝土之中，所述的温度补偿块放置于温度加热箱之中并位于待测混凝土之外；所述的金属块传感器包括金属制成的块状测试块，该测试块上粘贴有至少三个相互垂直的应变片；所述的温度补偿块包括金属制成的块状补偿块，该补偿块上粘贴有一个温度应变片；所述各应变片与温度应变片以1/4桥接方式接入到所述的应变测试仪上；所述的测试块与所述的补偿块的材质的泊松比和线膨胀系数与混凝土相近；所述的温度传感器连接温度加热箱。

优选地，所述的测试块或者所述的补偿块为立方体或者长方体。

优选地，所述的测试块和所述的补偿块均为立方体，且两者尺寸不大于尺寸20mm×20mm×20mm。

优选地，所述测试块或者所述补偿块的材料采用45号优质碳素结构钢。

优选地，所述金属块传感器上的三个相互垂直的应变片分别设置在所述测试块的三个相互垂直的面上。

优选地，所述测试块的其中三个相互垂直的面上各设置有两个相互垂直的应变片，共6个应变片。

优选地，所述测试块的六个面上各设置有两个相互垂直的应变片，共12个应变片。

优选地，所述的补偿块与所述的测试块形状与材质相同。

优选地，所述金属块传感器的各应变片选用金属基应变片，其采用耐水胶进行粘贴，并在应变片表面用硅胶防水密封。

应用上述测量系统对混凝土结构中混凝土非荷载内应力的测量方法，包括如下步骤：

(1)将所述的金属块传感器与温度传感器固定到待测混凝土中；

(2)将所述的温度补偿块放置在温度加温箱内；

(3)将各应变片以1/4桥接方式连接至所述的应变测试仪上，将温度传感器与温度加温箱连接；

(4)浇注混凝土使所述的金属块传感器与温度传感器埋设在待测混凝土之中；