基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统及方法，属于混凝土应力测量技术领域。所述基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统包括钢管及钢管内的混凝土，钢管内沿钢管的径向固设有多根钢筋，相邻的钢筋上设有传感器，传感器包括阶梯杆、固设于阶梯杆的中部上的敏感元件及设于阶梯杆外的保护罩，阶梯杆的两端固设有端板，端板的远离阶梯杆的凸部均与混凝土连接，保护罩的两端分别与两端上的端板固定连接，钢筋上还固设有传感器定位件。本发明专利技术通过设置包括不同段截面面积不等的阶梯杆的传感器，起到了增大传感器测量时的敏感度或扩大传感器的测量量程的作用。

Measurement System and Method of Concrete Stress Distribution in Steel Tube of Arch Bridge Based on Stepped Section

The invention discloses a stress distribution measurement system and method for concrete in steel tube of arch bridge based on step section, belonging to the technical field of concrete stress measurement. The measuring system of concrete stress distribution in steel tube of arch bridge based on stepped cross section includes concrete in steel tube and steel tube. There are many steel bars fixed along the radial direction of steel tube, sensors on adjacent steel bars, sensors including stepped poles, sensitive elements fixed on the middle of stepped poles and protective cover arranged outside the stepped poles, and end plates fixed on both ends of the stepped poles. The convex part of the plate far from the stepped bar is connected with concrete, and the two ends of the protective cover are fixed with the end plates at both ends, and the sensor positioning parts are fixed on the reinforcing bar. The present invention has the function of increasing the sensitivity of the sensor in measuring or expanding the measuring range of the sensor by setting a sensor comprising a step bar with different section areas.

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统及方法
本专利技术涉及混凝土应力测量
，具体涉及基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统及方法。
技术介绍
钢管混凝土结构建设好后,将承受恒载及活荷载作用,结构内产生应力及应力分布场。常常不同位置钢管混凝土截面以及同截面的不同位置的应力应变是不一样,其量值往往差异较大。而应力是评估结构性能的重要指标。为了解结构的受力状态，常常需要准确测量钢管混凝土的应力场。钢管混凝土结构的应力场测量，可通过布设传感器来实现。传感器的布设需要准确定位，需要安装支架，而支架的安装，一方面为传感器提供定位平台，且不能影响原结构力学性能，另一方面在混凝土灌注过程中，还能抵抗混凝土流动作用不损坏、不错位。此外钢管混凝土结构内的混凝土自灌注后，存在收缩徐变的问题，如果存在过大的收缩，将会导致钢管与混凝土之间脱离，影响结构的整体受力性能，需要测量钢管内混凝土沿钢管的收缩性能。钢管内混凝土的收缩性能，可类似应变测量的方法进行测量。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统及方法，进而准确测量出钢管内混凝土的应力及应力分布。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，包括钢管及灌注于所述钢管内的混凝土，所述钢管内沿钢管的径向固设有多根钢筋，相邻的钢筋上设有传感器，所述传感器包括阶梯杆、固设于所述阶梯杆的中部上的敏感元件及设于所述阶梯杆外的保护罩，所述阶梯杆的两端固设有端板，所述端板的远离所述阶梯杆的凸部均与所述混凝土连接，所述保护罩的两端分别与两端上的所述端板固定连接，所述钢筋上还固设有用以穿套所述传感器的传感器定位件，以使传感器一端固定一端自由，或两端自由；所述端板上及钢管的管壁上均开设有用于引出所述敏感元件的信号线的通孔，所述信号线与一设于所述钢管外的测量仪电连接；所述阶梯杆为两端大中部小的阶梯杆或两端小中部大的阶梯杆，当将敏感元件设于两端大中部小的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的敏感性；当将敏感元件设于两端小中部大的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的测量量程。进一步地，所述传感器为多个，多个所述传感器于所述钢筋上从上至下间隔设置且以圆形钢管内的圆心为对称点对称设置。进一步地，所述传感器的一端通过所述端板与所述钢筋固定连接，所述传感器的另一端通过所述传感器定位件定位，以使所述传感器的一端固定另一端自由。进一步地，所述传感器的两端均通过所述传感器定位件定位，以使所述传感器的两端自由，两个所述传感器定位件分别与相邻的所述钢筋固定连接。进一步地，所述传感器还可包括等截面杆，所述等截面杆的两端均固设于所述端板上且与所述阶梯杆间隔设置。进一步地，所述阶梯杆可为两根，所述等截面杆为一根，且所述等截面杆设于两根所述阶梯杆之间。进一步地，所述等截面杆可为两根，所述阶梯杆为一根，且所述阶梯杆设于两根所述等截面杆之间。进一步地，所述敏感元件包括光纤光栅或电阻应变片。进一步地，所述传感器定位件为定位套或定位绳。进一步地，所述通孔中设有填充材料，所述填充材料为铁胶泥。本专利技术还提供了一种应用所述的基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统测量应力的方法，包括如下步骤：(1)在架设空钢管结构过程中，灌注混凝土前在钢管的内壁上沿钢管的径向固设多根钢筋，在钢筋上固设传感器定位件；(2)将阶梯杆或阶梯杆和等截面杆的两端固设于端板上，并在阶梯杆上设置敏感元件,以制作传感器；(3)将制作好的所述传感器设于步骤(1)所述的相邻钢筋上，并利用所述传感器定位件定位所述传感器的至少一端；(4)在端板上和钢管管壁上开设通孔，将所述传感器中敏感元件的信号线从所述通孔中穿出后，采用填充材料堵住所述通孔，往所述钢管内灌注混凝土；(5)将从所述通孔中穿出的所述敏感元件的信号线与钢管外的测量仪连接，即可测量出钢管内混凝土的应力及应力分布。对于本专利技术，由于对于不同截面串接的轴心受力构件，不同段的变形量或应变是不一样的，受力面积大的敏感性差，受力面积小的敏感性好，另一方面受力面积大的极限强度大，受力面积小的极限强度小。将敏感元件布置在不同截面的部分，可达到增敏或扩大测量量程的目的。因为两端通过端板固定安装，在安装段内的总变形一样，但不同截面的部分，分配的比例不一样。调整受力面积的大小比例，可调整灵敏度或测量量程。不同面积之间的过渡段，可用圆弧过渡处理。轴心受力构件的公式：式中，A表示面积，下标1、2等表示不同的截面，N表示轴向力，E表示弹性模量。两端安装轴向力大小一样N，材质的弹性模量E一样,而总的应变ε一样，所以根据截面大小确定各段的应变，由此可实现增敏或扩大传感器的测量量程。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过在传感器中设置不同段的截面面积不等的阶梯杆，并在阶梯杆中设置敏感元件，一方面增大了传感器测量时的敏感度，起到增敏作用，使钢管内混凝土的相对小的应力值测量更准确，另一方面扩大了传感器的测量量程，用于同截面钢管的不同位置应力应变测量,以及钢管不同位置的应力应变测量。且为了将钢管内的传感器固定，在灌注混凝土前首先在钢管内设置钢筋并在钢筋上固设传感器定位件，不仅使传感器一端固定,一端自由,或者两端自由，还可使传感器得以在钢管内混凝土中准确定位，解决了灌注混凝土时，混凝土的流动影响传感器的定位问题，进而准确测出钢管内混凝土的应力及应力分布。(2)本专利技术还将多个所述传感器于所述钢筋上以圆形钢管内的圆心为对称点对称设置，使传感器不仅可测量钢管内靠近管壁的混凝土的应力，还可测量钢管内位于钢管中心的的混凝土的应力，使混凝土的应力及应力分布得以充分、均匀测量，进一步提高了钢管内混凝土的应力及应力分布的测量准确性。附图说明图1为本专利技术实施例1一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例2一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例1一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统中传感器的结构示意图；图4为本专利技术实施例2一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统中传感器的结构示意图；图5为本专利技术实施例3一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统中传感器的结构示意图；图6为本专利技术实施例4一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统中传感器的结构示意图。图中，1-钢管，2-混凝土，3-钢筋，4-传感器，41-阶梯杆，42-敏感元件，43-保护罩，44-端板，45-等截面杆，5-传感器定位件。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，包括钢管及灌注于所述钢管内的混凝土，其特征在于，所述钢管内沿钢管的径向固设有多根钢筋，相邻的钢筋上设有传感器，所述传感器包括阶梯杆、固设于所述阶梯杆的中部上的敏感元件及设于所述阶梯杆外的保护罩，所述阶梯杆的两端固设有端板，所述端板的远离所述阶梯杆的凸部均与所述混凝土连接，所述保护罩的两端分别与两端上的所述端板固定连接，所述钢筋上还固设有用以穿套所述传感器的传感器定位件；所述端板上及钢管的管壁上均开设有用于引出所述敏感元件的信号线的通孔，所述信号线与一设于所述钢管外的测量仪电连接；所述阶梯杆为两端大中部小的阶梯杆或两端小中部大的阶梯杆，当将敏感元件设于两端大中部小的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的敏感性；当将敏感元件设于两端小中部大的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的测量量程。

【技术特征摘要】
1.一种基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，包括钢管及灌注于所述钢管内的混凝土，其特征在于，所述钢管内沿钢管的径向固设有多根钢筋，相邻的钢筋上设有传感器，所述传感器包括阶梯杆、固设于所述阶梯杆的中部上的敏感元件及设于所述阶梯杆外的保护罩，所述阶梯杆的两端固设有端板，所述端板的远离所述阶梯杆的凸部均与所述混凝土连接，所述保护罩的两端分别与两端上的所述端板固定连接，所述钢筋上还固设有用以穿套所述传感器的传感器定位件；所述端板上及钢管的管壁上均开设有用于引出所述敏感元件的信号线的通孔，所述信号线与一设于所述钢管外的测量仪电连接；所述阶梯杆为两端大中部小的阶梯杆或两端小中部大的阶梯杆，当将敏感元件设于两端大中部小的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的敏感性；当将敏感元件设于两端小中部大的阶梯杆的中部时，则扩大所述传感器的测量量程。2.根据权利要求1所述的基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，其特征在于，所述传感器为多个，多个所述传感器于所述钢筋上从上至下间隔设置且以圆形钢管内的圆心为对称点对称设置。3.根据权利要求2所述的基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，其特征在于，所述传感器的一端通过所述端板与所述钢筋固定连接，所述传感器的另一端通过所述传感器定位件定位，以使所述传感器的一端固定另一端自由。4.根据权利要求2所述的基于阶梯截面的拱桥钢管内混凝土应力分布测量系统，其特征在于，所述传感器的两端均通过所述传感器定位件定位，以使所述传感器的两端自由，两个所述传感器定位件分别与相邻的所述钢筋固定连接。5.根据权利要求2所述的基于阶梯截...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓年春，王奭，王睿，陈克坚，郭晓，魏志强，王勇，戴胜勇，胡华万，石拓，李颢旭，徐登元，吴春成，李恒，陈建峰，强新刚，
申请(专利权)人：广西大学，中国铁路青藏集团有限公司，中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广西,45