一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置的制造方法
【专利摘要】一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置，该装置的机座上设有竖直方向的滑轨，升降台安装在滑轨上，通过丝杆螺母机构控制升降台在滑轨上的移动，钻头底座固定在升降台上，钻头安装在钻头底座上，发动机安装在升降台上，发动机的动力通过齿轮皮带机构带动钻头旋转，光纤光栅应变传感器位于钻头前端的待钻芯位置的混凝土表面，其数据线从钻头和钻头底座的中轴部位的导线管中导出并连接至固定在机座上的光纤解调仪。在进行钻孔的时候，芯样周围的约束被释放，并产生弹性变形，钻头内粘贴在芯样表面的光纤光栅传感器或电阻应变片能对其变形进行精确检测，并将数据传入机座上的信号解调仪进行记录分析。
【专利说明】
一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置
技术领域
[0001]本发明属于土木基础工程建设与检测领域，具体涉及一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置，该装置基于应力释放测量理论，结合光纤光栅传感器或电阻应变片测量系统和环孔取芯方法而研制，用于检测混凝土结构的现存应力。
【背景技术】
[0002]在混凝土结构中，预应力发挥了重大作用。尤其是在公路桥梁中，预应力混凝土桥梁应用最广。据统计表明，近三十年来，我国已建混凝土桥梁中，预应力混凝土桥梁占75%以上。目前我国公路桥涵结构的设计基准期为100年。桥梁建成之后，需要进行检测，评估其是否达到设计要求。桥梁运营过程中，由于自然环境和车辆荷载的长期作用，不可避免地产生损伤积累和抗力衰减，结构性能产生变化，也需要定期对这些桥梁的可靠性进行有效检测与评估，确保结构安全。
[0003]预应力混凝土桥梁的评估、维修加固与增强的前提条件，是需要确定现役结构的工作状态。现存应力是评估结构服役状态的一个重要指标，仅通过设计图纸，遵循相应规范，从理论上计算确定预应力混凝土结构中的现存应力，会与实际情况产生较大的偏差，至今还没有一种具有足够精度的测量方法能够对既有预应力混凝土结构现存应力进行有效测量与评估。
[0004]相对而言，应力释放法是测量预应力混凝土梁现存应力较为有效的方法。该方法的基本原理是对具有初始应力的测试构件，采用机械切割的方法使切割块的应力被释放，并采用测试仪器对切割前后释放区的应变进行测试，根据材料的本构关系得出构件的应力状态。
【发明内容】
[0005]基于钻芯开槽释放应力的测量原理和光纤光栅或电阻应变测量技术，本发明提供一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及其应用方法。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]—种新型环芯测试混凝土现存应力的装置，包括机座、升降台、发动机、钻头底座、钻头、光纤光栅应变传感器或电阻应变片、导线管以及信号解调仪，
[0008]所述机座配备有行走轮，机座上还设有竖直方向的滑轨，升降台安装在滑轨上，通过丝杆螺母机构控制升降台在滑轨上的移动，丝杆上端安装有手柄轮，
[0009]钻头底座固定在升降台上，钻头安装在钻头底座上，发动机安装在升降台上，发动机的动力通过齿轮皮带机构带动钻头旋转，
[0010]光纤光栅应变传感器或电阻应变片位于钻头前端的待钻芯位置的混凝土表面，光纤光栅应变传感器或电阻应变片的数据线从钻头和钻头底座的中轴部位的导线管中导出并连接至固定在机座上的信号解调仪。
[0011 ] 光纤光栅传感器为长标距光纤光栅传感器。
[0012]光纤光栅传感器的封装为薄片防水隔热封装。
[0013]钻头底座内部安装有微型水栗，钻头底座上部设有入水孔。
[0014]导线管为空心圆截面状，置于钻头和钻头底座的中轴位置上，光纤光栅应变传感器或电阻应变片的数据线从导线管中心穿过，不受钻头的转动影响。
[0015]在机座上设有用以固定导线管的锁扣，在信号解调仪上也有一卡槽对导线管进行固定。
[0016]本发明的有益效果是，在对预应力混凝土进行钻孔取芯的同时，能够通过光纤光栅传感器或电阻应变片对钻取对象内部的应力状态进行检测，且检测结果精确，为结构的安全性能评估提供可靠的数据支持。不仅提高了建筑机械设备的使用效率，更提高了整个工程建设的效率。
【附图说明】
[0017]图1是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的结构示意图一。
[0018]图2是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的结构示意图二。
[0019]图3是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的结构示意图三。
[0020]图4是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的结构示意图四。
[0021]图5是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的结构示意图五。
[0022]图6是本发明所述的新型环芯测试混凝土现存应力的装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0023]为了详细说明本发明的结构特点以及具体操作步骤，现举实施例并配合附图进行说明。
[0024]一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置，包括机座1、升降台11、发动机2、钻头底座3、钻头5、光纤光栅应变传感器或电阻应变片6、导线管7以及信号解调仪8，
[0025]所述机座I配备有行走轮，机座I上还设有竖直方向的滑轨13，升降台11安装在滑轨13上，通过丝杆螺母机构控制升降台11在滑轨上的移动，丝杆14上端安装有手柄轮12，当正、反转动手柄轮12时，升降台11会沿着滑轨上升和下降，从而控制钻头5的钻进和抬升，
[0026]钻头底座3固定在升降台11上，钻头5安装在钻头底座3上，发动机2安装在升降台11中部的承台上，发动机2的动力通过齿轮皮带机构15带动钻头5旋转，
[0027]在选定好的钻芯位置上事先粘贴好光纤光栅应变传感器或电阻应变片6，光纤光栅应变传感器或电阻应变片6位于钻头5前端，光纤光栅应变传感器或电阻应变片6的数据线从钻头5和钻头底座3的中轴部位的导线管7中导出并连接至固定在机座I上的信号解调仪8 0
[0028]光纤光栅传感器6为长标距光纤光栅传感器。
[0029]光纤光栅传感器6的封装为薄片防水隔热封装。
[0030]钻头底座3内部安装有微型水栗，钻头底座3上部设有入水孔4。
[0031 ]导线管7为空心圆截面状，置于钻头5和钻头底座3的中轴位置上，光纤光栅应变传感器或电阻应变片6的数据线从导线管7中心穿过，不受钻头5转动影响。
[0032]在机座I上设有用以固定导线管7的锁扣9，在信号解调仪8上也有一卡槽对导线管7进行固定。
[0033]本发明在使用时，实施步骤如下:
[0034]1、选定好钻孔取芯的位置，将经过隔热防水封装过的光纤光栅传感器或电阻应变片粘贴在取芯位置的中央，移动摆放好钻孔取芯机机座到指定位置，将数据线穿过导线管接入机座上的信号解调仪内，锁好锁扣。
[0035]2、安装合适的空心钻头到钻头底座上，固定好钻孔取芯机机座，避免钻孔时产生移位。将水管一端接入入水孔，另一端接水源。保证钻头在钻进时有充足的水对其进行冷却，防止钻头发生高温破坏。
[0036]3、启动发动机，轻轻转动旋转手柄，在钻头钻进的前5 mm深度内，应该保持缓慢钻进，之后可适当提升钻进速度。
[0037]4、在钻头钻进过程中，芯样周围的约束被释放，并产生弹性变形，该变形将会被光纤光栅传感器或电阻应变片检测到，并将数据通过数据线输入信号解调仪内。
[0038]5、钻孔达到所需深度后，反方向转动旋转手柄，将钻头抬升离开芯样表面，关闭电源，关闭水源。
[0039]当钻孔取芯机进行钻孔的时候，芯样周围的约束被释放，并产生弹性变形，钻头内粘贴在芯样表面的光纤光栅传感器或电阻应变片能对其变形进行精确检测，并通过数据线将数据传入机座上的信号解调仪内进行记录分析。
[0040]在需要钻取的芯样的上表面中心粘贴光纤光栅传感器或电阻应变片，在对预应力混凝土进行钻芯取样的时候，当钻进深度达到一定程度时，测点处的工作应力被完全解除，通过传感器测量其应变释放值，再根据弹性力学理论计算出测点处的主应力大小和方向。
[0041]本装置在钻头的中轴线上安装一空心导线管，在钻头实施钻进时，光纤光栅传感器或电阻应变片的数据线通过导线管接通到外部，接入机座上的信号解调仪内，进行数据分析。
[0042]对光纤光栅传感器或电阻应变片进行隔热防水封装，避免钻头钻进时的高温以及外部通入的冷却水对传感器的检测精度产生影响。
[0043]光纤光栅应变传感器及光纤解调仪也可采用电阻应变片传感器及其解调仪替换。
【主权项】
1.一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置，其特征在于:包括机座、升降台、发动机、钻头底座、钻头、光纤光栅应变传感器或电阻应变片、导线管以及信号解调仪， 所述机座配备有行走轮，机座上还设有竖直方向的滑轨，升降台安装在滑轨上，通过丝杆螺母机构控制升降台在滑轨上的移动，丝杆上端安装有手柄轮， 钻头底座固定在升降台上，钻头安装在钻头底座上，发动机安装在升降台上，发动机的动力通过齿轮皮带机构带动钻头旋转， 光纤光栅应变传感器或电阻应变片位于钻头前端的待钻芯位置的混凝土表面，光纤光栅应变传感器或电阻应变片的数据线从钻头和钻头底座的中轴部位的导线管中导出并连接至固定在机座上的信号解调仪。2.根据权利要求所述的一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及应用方法，其特征在于:光纤光栅传感器为长标距光纤光栅传感器。3.根据权利要求所述的一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及应用方法，其特征在于:光纤光栅传感器的封装为薄片防水隔热封装。4.根据权利要求所述的一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及应用方法，其特征在于:钻头底座内部安装有微型水栗，钻头底座上部设有入水孔。5.根据权利要求所述的一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及应用方法，其特征在于:导线管为空心圆截面状，置于钻头和钻头底座的中轴位置上，光纤光栅应变传感器或电阻应变片的数据线从导线管中心穿过，不受钻头的转动影响。6.根据权利要求所述的一种新型环芯测试混凝土现存应力的装置及应用方法，其特征在于:在机座上设有用以固定导线管的锁扣，在信号解调仪上也有一卡槽对导线管进行固定。
【文档编号】G01L1/24GK105841853SQ201610193077
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】邓年春, 夏宇
【申请人】广西大学