[发明专利]一种混凝土结构组合式应变监测单元及其状态评估方法

权利要求书

1.一种混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：包括一正方体主体，所述正方体主体的各条边及各面的一条对角线上布有共计18个振弦应变传感器，各振弦应变传感器两端通过连接杆和螺旋弹簧分别与位于正方体主体八个顶角处的螺栓球节点螺纹连接；所述正方体主体内部居中固定设置有圆筒状隔离筒，所述隔离筒底部封闭，顶部开口，隔离筒的筒壁由外向内依次包括弹性隔离网、透水透气层、弹性隔离网，所述隔离筒内居中设置基准传感器，用于测量无荷载下的混凝土温度及收缩应变。

2.根据权利要求1所述混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：所述振弦应变传感器的直径≤20mm，壁厚≤1mm，轴向单位面积变形刚度为2.0～4.0×10⁷kN/m³。

3.根据权利要求1所述混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：所述连接杆为中空结构，用于数据线从中穿过。

4.根据权利要求1所述混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：所述隔离筒的顶部、底部和侧面均设置有骨架，同时，所述隔离筒的顶部、底部通过连接杆与螺栓球节点进行固定连接。

5.根据权利要求1所述混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：所述弹性隔离网采用塑料隔离网，所述塑料隔离网的网眼直径≤5mm，所述透水透气层依次包括滤纸层、土工布层、滤纸层。

6.根据权利要求1所述混凝土结构组合式应变监测单元，其特征在于：所述的基准传感器的型号与所述振弦应变传感器相一致。

7.一种基于权利要求1至6中任一项所述混凝土结构组合式应变监测单元的状态评估方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过数据采集器监测所述正方体主体各边及面上传感器的应变数据；

S2、把监测到的18个振弦应变传感器的应变数据减去基准传感器测量到的混凝土温度和收缩应变，得到每一个振弦应变传感器的产生应力的应变值

其中i＝1,2，……18；ε_i为振弦应变传感器直接测量到的应变值，ε₀基准传感器测量的混凝土温度和收缩应变；

S3、根据所述正方体主体的几何位置关系构建混凝土单元体的三维变形形状，通过得到的各振弦应变传感器的产生应力的应变值计算反映混凝土单元应变状态的参数，包括混凝土单元体各方向的平均应变值、剪应变的值、变形梯度值；

S4、将反映混凝土单元应变状态的参数结合混凝土材料的弹性模量、抗压、抗拉强度指标，分析出混凝土结构所处的受力状态，并且根据需要与混凝土破坏准则中指标进行比较，评估混凝土开裂情况；

步骤S3中，所述的剪应变的值是通过位于正方体主体每个面4条边的振弦应变传感器直接测量到的应变值和对角线上振弦应变传感器直接测量到的应变值计算所得：

α₁、α₂为正方体主体监测面被对角线分割的两个角变化的角度，其中，

略去高阶项，简化后得：

ε_对角为正方体主体监测面对角线上振弦应变传感器直接测量到的应变值；ε_边正方体主体监测面一条边上振弦应变传感器直接测量到的应变值；ε_相邻边为所述监测面相邻边上振弦应变传感器直接测量到的应变值；γ为直角的剪应变。

8.根据权利要求7所述的状态评估方法，其特征在于，步骤S3中，所述的各方向的平均应变值包括X方向平均应变值、Y方向平均应变值、Y方向平均应变值，“笛卡尔坐标系”下三个相互垂直的方向各有4个传感器，计算时利用同一方向应变值的平均值确定该区域某方向的平均应变情况，计算方法如下：

X方向平均应变：

Y方向平均应变：

Z方向平均应变：

9.根据权利要求7所述的状态评估方法，其特征在于，步骤S3中，所述的各方向变形梯度值包括X方向变形梯度值、Y方向变形梯度值、Z方向变形梯度值，通过计算每个面上的4条边的和应变，与同一方向的另一个面上的值进行比较，计算应变梯度；

X方向变形梯度：

Y方向变形梯度：

Z方向变形梯度：