基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置

技术领域

本发明涉及混凝土的应力监测设备，具体涉及一种基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置。

背景技术

应力应变监测时混凝土坝安全监测系统中一类重要的监测项目，在大坝施工期或运行期应力应变监测对于监视大坝性态变化和评估大坝安全状况都是不可或缺的重要依据。目前在坝的数据监测中心应力分析数据的来源主要采用无应力计和应力计相结合反演推算得到混凝土结构的内部应力值。

根据现有的研究成果发现，从应变仪器的选择、埋设、数据采集、数据转换等步骤中均会存在造成最终监测数据误差变大的因素。基于可能造成的误差原因，部分学者对已有的应变计进行了改进，但是研究成果依旧不甚理想，监测不准确的问题依然存在。然而事实上，许多可能导致应力计失真的因素是由于监测结果是应变的监测，本身存在一定的局限性。基于上述问题，本发明将研发一种基于膜式压力传感器的应力监测设备，该设备可以精准、直接、原位提取混凝土的全生命期应力过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，基于膜式压力传感器和混凝土应力监测设备，可以同时直接监测混凝土全生命周期结构内的压力和拉力，真实反映混凝土当下的受力状态。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，所述装置包括多面体结构，所述多面体结构基于混凝土材质制备并且具有多个外表面，所述多个外表面上设有若干压力传感器和拉力测试组件，所述压力传感器和拉力测试组件不设在同一所述外表面上，所述若干压力传感器和拉力测试组件能够同时监测不同方向的混凝土的压力和拉力。

优选地，所述拉力测试组件包括：膜式拉力传感器、直线导向杆、硅胶弹性管和两个方形端子；

所述膜式拉力传感器穿设于所述硅胶弹性管内，并使两端分别部分嵌入两个所述方形端子内，所述硅胶弹性管的两端分别部分嵌入两个所述方形端子内，所述直线导向杆两端分别连接两个所述方形端子；其中一个所述方形端子连接所述多面体结构，另一个所述方形端子的端面设有接线端口，所述接线端口电连接所述膜式拉力传感器。

优选地，所述压力传感器包括薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器嵌入在所述多面体结构的外表面上。

优选地，所述薄膜压力传感器外表面涂装有保护层。

优选地，所述多面体结构包括正六面体结构、八面体结构、十二面体结构。

优选地，所述多面体结构的每个外表面上均对应设有一个所述压力传感器或者拉力测试组件。

优选地，所述多面体结构为正六面体，所述压力传感器和拉力测试组件的数量均为三个，并且所述压力传感器和拉力传感器分别设置在所述多面体结构相对的外表面上。

本发明的优点是：

本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，基于膜式压力传感器和混凝土应力监测设备，预埋设于监测对象的混凝土结构内，可以同时直接监测混凝土全生命周期结构内的压力和拉力，真实反映混凝土当下的受力状态。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置的主要结构示意图。

图2是本发明实施例中一种多面体结构的主要结构示意图。

图3是本发明实施例中一种拉力测试组件的正视结构示意图。

图4是本发明实施例中一种拉力测试组件的俯视结构示意图。

图5是本发明实施例中一种方形端子的侧视结构示意图。

具体实施方式

参阅附图1，图1示例性示出了一种基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置主要结构。如图1所示，本实施例提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置包括多面体结构10，多面体结构10基于混凝土材质制备并且包括多个外表面11，该多个外表面11上设有若干压力传感器20和拉力测试组件30，压力传感器20和拉力测试组件30不设在同一外表面11上，该若干压力传感器20和拉力测试组件30能够同时监测不同方向的混凝土的压力和拉力。

具体地，该多面体结构10为混凝土材质制备而成，优选地，其混凝土材质与监测对象的混凝土材质相同。该多面体结构10可以是正六面体结构、八面体结构、十二面体结构。需要说明的是，该多面体结构10还可以是其它多面体形状，可根据需求相应调整设计。该多面体结构10具有多个外表面11分别对应不同的方向，若干个压力传感器20和若干个拉力测试组件30设置在多面体结构10的外表面11上。其中，压力传感器20和拉力测试组件30不设置同一个外表面11。更为具体地，多面体结构10的每个外表面11上均对应设有一个压力传感器20或者拉力测试组件30。如此，可以同时直接监测混凝土结构内多个方向的压力和拉力。

参阅附图2，图2示例性示出了多面体结构的主要结构。如图2所示，本实施例提供的多面体结构10为正六面体，压力传感器20和拉力测试组件30的数量均为三个，并且压力传感器20和拉力传感器30分别设置在多面体结构10相对的外表面上。

压力传感器20可以是薄膜压力传感器，该薄膜压力传感器嵌入在多面体结构10的外表面11。当多面体结构10受到某一方向的压力值时，压力传感器20则会发生响应生成一个压力数据，由于多面体结构10设有多向的薄膜压力传感器，即可完成多向荷载的监测。利用该压力传感器10可以实现混凝土压力变化的直接和原位监测。优选地，在薄膜压力传感器外表面涂装有保护层，以减少混凝土基质砂浆对薄膜压力传感器的影响，同时，使该装置可以直接埋设于混凝土中，而不同于应变计等受到混凝土硬化过程水的影响以及骨料非均匀性得影响。

参阅附图3至5，图3至5示例性示出了拉力测试组件的主要结构。本发明实施例提供的拉力测试组件30包括：膜式拉力传感器31、直线导向杆32、硅胶弹性管33和两个方形端子34。

膜式拉力传感器31穿设于硅胶弹性管33内，并使两端分别部分嵌入两个方形端子34内，硅胶弹性管33的两端分别部分嵌入两个方形端子34内，直线导向杆32两端分别连接两个方形端子34；其中一个方形端子34连接多面体结构10，另一个方形端子34的端面设有接线端口35，接线端口35电连接膜式拉力传感器31。直线导向杆32可以防止膜式拉力传感器31预埋时受压，影响膜式拉力传感器31的初始设定。硅胶弹性管33可以防止膜式拉力传感器31受水的影响，也可以防止混凝土内骨料损伤膜式拉力传感器31，同时匹配监测对象的混凝土结构内部的受拉状态。两个方形端子34锚固于监测对象的混凝土结构内部，实现两个方形端子间的拉力监测。

需要说明的是，本实施例中，直线导向杆32的作用为膜式防止拉力传感器31受两个方形端子34向里的挤压，进而影响膜式拉力传感器31的初始值设定。硅胶弹性管33的主要作用有三点：防止膜式拉力传感器31受水的影响；防止混凝土内骨料损伤膜式拉力传感器31；实时匹配混凝土结构内部的受拉状态。

综上，本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，在多面体结构10上设置若干压力传感器20和拉力测试组件30，可同时直接监测混凝土结构内监测点的压力和拉力，真实反映混凝土当下的受力状态，克服了压力装置不能承受拉力的问题。

本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，可以直接埋设于监测对象的混凝土中，不同于应变计等受到混凝土硬化过程中水的影响、骨料非均均匀性的影响，监测精度更高。

本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，是对混凝土内部的应力状态的直接响应，无需进行反演分析。

本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，灵敏度高、耐久性好，可以监测混凝土全生命周期的应力状态。

本发明提供的基于膜式传感器的混凝土全生命期内部受力状态监测装置，直接预埋于混凝土中，采用薄膜压力传感器根据实际所处的受力状态，直接输出应力值，实现原位输出特征，尤其是可以实现早起混凝土的应力状态监测，解决了现有混凝土结构早期应力无法监测的难题。

多面体结构采用与监测对象相同材质的混凝土材质制备，有利于混凝土内部的压力监测过程，排除异形结构等影响，提高压力监测精度。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。