一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法
【专利摘要】一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法，振弦式应变计可用于测量梁的顶板、底板以及腹板的应力变化；它的形状为哑铃型，其结构为中间部分是圆柱形，圆柱形两端一体连接有金属圆片，金属圆片的直径为D，金属圆片的直径D大于圆柱体的直径d；本发明实现可更换的埋入式振弦应变计的工作机理是：当应变计失效后，打开密封盖板，向应变计两端注入环氧树脂类粘合剂的溶剂，浸泡一段时间后不锈钢片和应变计两端的钢片间的粘合剂被溶解，取出旧应变计；连接新应变计与导线，待溶剂挥发完全后，将应变计两端钢片涂抹环氧树脂后伸入预留孔内。
【专利说明】一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种土木工程【技术领域】的传感器安装，具体涉及一种振弦式应变传感器安装方法。
【背景技术】
[0002]振弦式应变计具有结构简单，工作可靠，输出信号为标准的频率信号，无需一直通电等优点，现已被广泛应用于大型桥梁、大坝、隧道、重要建筑等钢筋混凝土结构关键部位受力状况的监测。但据文献报道振弦式应变计在实验环境中寿命可达25年左右，因振弦式应变计在工程中的应用时间相对不长，实际中其寿命尚不得而知。钢筋混凝土结构的使用寿命一般可达几十年甚至几百年。且埋入式振型式应变计安装后有一定的成活率，因而在结构监测过程中存在更换振弦式应变计的问题。目前，振弦式应变计种类繁多，但未发现有可更换的埋入式振弦应变计。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法，应变计老化或失效后对其进行更换，可以满足长期监测的需求，同时适用于结构内的钢筋和混凝土。
[0004]本发明的技术方案是:
一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法，振弦式应变计可用于测量梁的顶板、底板以及腹板的应力变化；它的形状为 哑铃型，其结构为中间部分是圆柱形，圆柱形两端一体连接有金属圆片，金属圆片的直径为D，金属圆片的直径D大于圆柱体的直径d ;
具体安装步骤为:
一、首先选定振弦式应变计型号，确定应变计长度L、两端金属圆片直径D；
二、确定应变待测点，确定顶板或底板位置，测定振弦式应变计距离混凝土外表面距离
H；
三、设置预留孔:根据就近原则选择振弦式应变计出口位置，在应变待测点预留用于安装振弦式应变计的预留孔，预留孔尺寸为:长L+10mm,宽D+2mm,深H+2mm ；
四、穿设导线管路:首先确定接线盒位置，根据导线流畅原则，规划并确定连接导线线路，将导线连同耐久性线材穿入直径为导线直径3飞倍的PPR管内，管内注入润滑油，沿设计线路安装；
五、制作和预埋不锈钢片:在预留孔的底部两侧各预埋一块不锈钢片，不锈钢片的边长为D+lcm的正方形，厚度为0.5^1cm ;预埋分为两种情况①如果是测量混凝土应力，将两个不锈钢片分别预埋在安装振弦式应变计位置的两侧，为保证不锈钢片与混凝土的可靠连接，在不锈钢片的周边焊接若干根加强钢筋；预埋时将加强钢筋预埋在混凝土内；②如果振弦式应变计是用于测量混凝土钢筋应力，则将不锈钢片与待测钢筋进行可靠焊接；
六、设置固定槽:本发明采用盖板密封预留孔，盖板形状为与预留孔顶部形状相适配，盖板的长和宽均大于预留孔；盖板的四周周边开设有用于穿设螺栓的通孔，在预留孔的周边外侧预留一圈固定槽，固定槽内预埋有螺母，螺母数量与通孔数量相等；
七、连接导线:浇筑混凝土后，将应变计导线与预埋导线进行可靠连接，并做绝缘处
理；
八、安装振弦式应变计:将振弦式应变计放在左右两侧的不锈钢片之间，并在不锈钢片和振弦式应变计两端的金属圆片上涂抹上适量的环氧树脂类粘合剂；
九、固定振弦式应变计:采用振弦式应变计安装工具将振弦式应变计放入预留孔底，结合应力计读数仪，应变计安装工具将两端的金属圆片向外撑开，使两侧的金属圆片紧紧压在相应一侧的不锈钢片上，给予应变计初始读数后固定，待不锈钢片和金属圆片固结后，取下应变计安装工具；应变计安装工具为钳状，上侧两端为U形且可以相对转动打开，可卡住振弦式应变计两端的金属圆片转动后向外撑开金属圆片，应变计安装工具上侧两端固定；
十、密封:用螺栓安装好盖板，盖板和固定槽之间设有用于密封的密封垫片，如果预留孔位于底板处则无须处理；如果是位于顶板位置，由于还需在盖板上方浇筑混凝土铺装，故需在盖板上方放置隔离薄不锈钢板，以便于后期更换；
十一、连接接线盒:将上述测试元件埋置在混凝土内后，预留足够长度的屏蔽型连接线至桥侧面或至桥墩墩顶，并设置测试接线盒；
十二、更换:若顶板位置的振弦式应变计老化，首先凿除盖板上方是混凝土铺装，然后转动螺栓打开盖板，取出盖板，安装临时盖板，临时盖板上安装有进液孔和排气管，注入可以溶解环氧树脂类粘合剂的溶剂，浸泡一段时间后可溶解不锈钢片与应变计端部钢圆片间的粘合剂，取出旧的振弦式应变计，然后用丙酮清洗预留孔，同时，若导线损坏则应更换导线，然后连接导线和新应变计，在新应变计两端金属圆片上涂抹适量环氧树脂类粘合剂后重复复步骤一至十一；若更换底板位置的振弦式应变计，使用注射器类工具将溶剂送至金属圆片和不锈钢片处的环氧树脂处，其余步骤与更换顶板位置的振弦式应变计的过程相同。
[0005]其中，第五步中，当用于测混凝土应力时，在不锈钢片4个角点及中心位置焊接直径为12mm的变形钢筋，钢筋长度为10cm。
[0006]第八步中，环氧树脂类粘合剂采用环氧树脂。
[0007]所述应变计安装工具包括两个可相对转动的连杆，两根连杆的顶部均连接有U形的卡口，U形的卡口的中心线重合，两个连杆的中部转动，连杆的底端各连接有一个螺母，两个螺母之间连接有螺杆，螺杆左右两侧的螺纹方向相反，螺杆中部竖向固定连接有调节杆。
[0008]应变计安装工具包括两个可相对转动的连杆、连接板，两个连杆均为V形且对称转动连接在连接板上，两个连杆的顶部均连接有U形的卡口，U形卡口的中心线重合，连杆的底端各连接有一个螺母，两个螺母之间连接有螺杆，螺杆左右两侧的螺纹方向相反，螺杆中部竖向固定连接有调节杆。
[0009]U形卡口的开口大小与振弦式应变计中间的圆柱体直径相适配。
[0010]本发明实现可更换的埋入式振弦应变计的工作机理是:当应变计失效后，打开密封盖板，向应变计两端注入环氧树脂类粘合剂的溶剂，浸泡一段时间后不锈钢片和应变计两端的钢片间的粘合剂被溶解，取出旧应变计；连接新应变计与导线，待溶剂挥发完全后，将应变计两端钢片涂抹环氧树脂后伸入预留孔内，到达指定位置后，采用安装工具挤压两端钢片，使之与混凝土中不锈钢片紧密结合，凝固后，退出安装工具，重新盖上密封板。因不锈钢片，自身稳定性好，无需更换，若导线损坏，在更换应变计时可将新导线与旧导线连接，在接线盒位置拉出旧导线，同时带出了新导线，进而实现导线更换，若旧导线中间断裂，可启用耐久性线材将新导线引导至接线盒位置。更换后的应变计失效后可重新按照上述流程更换，从而保证了应变监测的长期连续性。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点是:
1、可实现对埋入式振弦式应变计更换，实现结构在整个寿命周期内应力监控。
[0012]2、振弦式应变计本身体积较小，因而预留孔较小，对结构影响不大，通过密封板，不影响结构耐久性；
3、更换应变计和导线均方便可靠，且无需专门定制应变计，造价低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是盖板结构不意图；
图5是应变计安装工具的结构示意图；
图6是图5的左视图；
图7是应变计安装工具安装振弦式应变计时的示意图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，本发明安装方法针对的是振弦式应变计，振弦式应变计可用于测量梁的顶板、底板以及腹板的应力变化。它的形状为哑铃型，其结构为中间是圆柱形，圆柱形两端一体连接有金属圆片10，金属圆片10的直径为D，金属圆片10的直径D大于圆柱体的直径d。
[0015]具体安装步骤为:
一、首先选定振弦式应变计型号，确定应变计长度L、两端金属圆片10直径D；
二、确定应变待测点，确定顶板或底板位置，测定振弦式应变计距离混凝土外表面距离
H；
三、设置预留孔:如图1所示，根据就近原则选择振弦式应变计出口位置，在应变待测点预留用于安装振弦式应变计I的预留孔2,预留孔2尺寸:长L+10mm,宽D+2mm,深H+2mm,增加的各个距离是为了更方便安装；
四、穿设导线管路:首先要确定接线盒19位置，根据导线流畅原则，规划并确定连接导线线路，将导线9连同耐久性线材穿入直径为导线直径3飞倍的PPR管内，管内注入润滑油，沿设计线路安装；
五、制作和预埋不锈钢片:如图2、3所示，在预留孔2的底部两侧各预埋一块不锈钢片3，不锈钢片3的边长为D+lcm的正方形，厚度为0.5^1cm ;预埋分为两种情况①如果是测量混凝土应力，在不锈钢片的4个角点及中心位置焊接直径为12_的变形钢筋，钢筋长度为IOcm ;将两个不锈钢片3分别预埋在安装振弦式应变计I位置的两侧，为保证不锈钢片3与混凝土的可靠连接，在不锈钢片3的周边焊接若干根加强钢筋4 ;预埋时将加强钢筋4预埋在混凝土内；②如果振弦式应变计I是用于测量混凝土钢筋应力，则将不锈钢片3与待测钢筋进行可靠焊接；
六、设置固定槽5:因为在安装完毕后需要对预留孔2进行密封，所以本发明采用盖板密封，如图4所示，盖板6形状为与预留孔2顶部形状相适配，盖板6的长和宽均大于预留孔2。本实施例中盖板6为长方形，盖板6的四周周边开设有用于穿设螺栓的通孔7，在预留孔2的周边外侧预留有一圈固定槽5，固定槽5内预埋有螺母8，螺母8数量与通孔数量相等；
七、连接导线9:浇筑混凝土后，将应变计导线与预埋导线9进行可靠连接，并做绝缘处
理；
八、安装振弦式应变计:将振弦式应变计I放在左右两侧的不锈钢片3之间，并在不锈钢片3和振弦式应变计两端的金属圆片10上涂抹上适量的环氧树脂类粘合剂，本实施例采用环氧树脂；
九、固定振弦式应变计:如图7所示，采用应变计安装工具11将振弦式应变计I放入预留孔2底，结合应力计读数仪，应变计安装工具11将两端的金属圆片10向外撑开，使两侧的金属圆片10紧紧压在相应一侧的不锈钢片3上，给予应变计初始读数后固定，待不锈钢片3和金属圆片10固结后，取下应变计安装工具11 ;应变计安装工具11为钳状，上侧两端为U形且可以相对转动打开，可卡住振弦式应变计I两端的金属圆片10转动后向外撑开金属圆片10，应变计安装工具11固定不动；
应变计安装工具11有两种结构:
1、如图5、6所示，应变计安装工具11包括连接板15和两个可相对转动的连杆13，两个连杆13均为V形且对称转动连接在连接板15上，两个连杆13的顶部均连接有U形的卡口 14，U形卡口 14的中心线重合，U形卡口的开口大小与振弦式应变计I中间的圆柱体直径相适配，本实施例中U形卡口大小等于圆柱体直径d。
[0016]连杆13的底端各连接有一个螺母16，两个螺母16之间连接有螺杆17，螺杆17左右两侧的螺纹方向相反，螺杆17中部竖向固定连接有调节杆18，转动调节杆18就可以使两个连杆13相对向外打开或向内扣合。连杆13与连接板15的长度小于连杆13下半部分的长度，这样才能形成有效的力臂。
[0017]2、应变计安装工具11包括两个可相对转动的连杆，两根连杆的顶部均连接有U形的卡口 14，U形的卡口 14的中心线重合，两个连杆13的中部转动，连杆的底端各连接有一个螺母，两个螺母之间连接有螺杆，螺杆左右两侧的螺纹方向相反，螺杆中部竖向固定连接有调节杆。结构形状与工具钳相似。
[0018]十、密封:用螺栓安装好盖板6，盖板6和固定槽5之间设有用于密封的密封垫片12，并作适当处理；如果预留孔2位于底板处则无须处理；如果是位于顶板位置，由于还需在盖板上方浇筑混凝土铺装，故需在盖板6上方放置隔离薄不锈钢板，以便于后期更换；
十一、连接接线盒:将上述测试元件埋置在混凝土内后，预留足够长度的屏蔽型连接线至桥侧面或至桥墩墩顶，并设置测试接线盒；接线盒用耐久性材料(比如聚乙烯塑料盒)加以保护；
十二、更换:若顶板位置的振弦式应变计I老化，首先凿除盖板6上方是混凝土铺装，然后转动螺栓打开盖板6，取出盖板6，安装临时盖板，临时盖板上安装有进液孔和排气管，注入可以溶解环氧树脂的溶剂，浸泡一段时间后可溶解不锈钢片3与应变计端部钢圆片10间的环氧树脂，取出旧的振弦式应变计1，然后用丙酮清洗预留孔2，同时，若导线损坏则应更换导线9，然后连接导线9和新应变计，在新应变计两端金属圆片上涂抹适量环氧树脂后利用应变计安装工具11放入预留孔2底部，结合应力计读数仪，使用应变计安装工具11将金属圆片10和不锈钢片3压紧，给予应变计初始读数后固定，环氧凝固后退出应变计安装工具11，然后依次安装密封垫片和盖板。若更换底板位置的振弦式应变计，需使用注射器类工具将溶剂送至金属圆片10和不锈钢片3处的环氧树脂处，其余步骤与更换顶板位置的振弦式应变计的步骤相同。
[0019]底板位置安装和顶板位置安装过程相同,仅更换取出时略有差异。
【权利要求】
1.一种可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:振弦式应变计可用于测量梁的顶板、底板以及腹板的应力变化；它的形状为哑铃型，其结构为中间部分是圆柱形，圆柱形两端一体连接有金属圆片，金属圆片的直径为D，金属圆片的直径D大于圆柱体的直径d ； 具体安装步骤为: 首先选定振弦式应变计型号，确定应变计长度L、两端金属圆片直径D ； 确定应变待测点，确定顶板或底板位置，测定振弦式应变计距离混凝土外表面距离H ；设置预留孔:根据就近原则选择振弦式应变计出口位置，在应变待测点预留用于安装振弦式应变计的预留孔，预留孔尺寸为:长L+10mm,宽D+2mm,深H+2mm ； 穿设导线管路:首先确定接线盒位置，根据导线流畅原则，规划并确定连接导线线路，将导线连同耐久性线材穿入直径为导线直径3飞倍的PPR管内，管内注入润滑油，沿设计线路安装； 制作和预埋不锈钢片:在预留孔的底部两侧各预埋一块不锈钢片，不锈钢片的边长为D+lcm的正方形，厚度为0.5^1cm ;预埋分为两种情况①如果是测量混凝土应力，将两个不锈钢片分别预埋在安装振弦式应变计位置的两侧，为保证不锈钢片与混凝土的可靠连接，在不锈钢片的周边焊接若干根加强钢筋；预埋时将加强钢筋预埋在混凝土内；②如果振弦式应变计是用于测量混凝土钢筋应力，则将不锈钢片与待测钢筋进行可靠焊接； 设置固定槽:本发明采用盖板密封预留孔，盖板形状为与预留孔顶部形状相适配，盖板的长和宽均大于预留孔；盖板的四周周边开设有用于穿设螺栓的通孔，在预留孔的周边外侧预留一圈固定槽，固定槽内预埋有螺母，螺母数量与通孔数量相等； 连接导线:浇筑混凝土后，将应变计导线与预埋导线进行可靠连接，并做绝缘处理；安装振弦式应变计:将 振弦式应变计放在左右两侧的不锈钢片之间，并在不锈钢片和振弦式应变计两端的金属圆片上涂抹上适量的环氧树脂类粘合剂； 固定振弦式应变计:采用振弦式应变计安装工具将振弦式应变计放入预留孔底，结合应力计读数仪，应变计安装工具将两端的金属圆片向外撑开，使两侧的金属圆片紧紧压在相应一侧的不锈钢片上，给予应变计初始读数后固定，待不锈钢片和金属圆片固结后，取下应变计安装工具；应变计安装工具为钳状，上侧两端为U形且可以相对转动打开，可卡住振弦式应变计两端的金属圆片转动后向外撑开金属圆片，应变计安装工具上侧两端固定；密封:用螺栓安装好盖板，盖板和固定槽之间设有用于密封的密封垫片，如果预留孔位于底板处则无须处理；如果是位于顶板位置，由于还需在盖板上方浇筑混凝土铺装，故需在盖板上方放置隔离薄不锈钢板，以便于后期更换； 连接接线盒:将上述测试元件埋置在混凝土内后，预留足够长度的屏蔽型连接线至桥侧面或至桥墩墩顶，并设置测试接线盒； 更换:若顶板位置的振弦式应变计老化，首先凿除盖板上方是混凝土铺装，然后转动螺栓打开盖板，取出盖板，安装临时盖板，临时盖板上安装有进液孔和排气管，注入可以溶解环氧树脂类粘合剂的溶剂，浸泡一段时间后可溶解不锈钢片与应变计端部钢圆片间的粘合剂，取出旧的振弦式应变计，然后用丙酮清洗预留孔，同时，若导线损坏则应更换导线，然后连接导线和新应变计，在新应变计两端金属圆片上涂抹适量环氧树脂类粘合剂后重复复步骤一至十一；若更换底板位置的振弦式应变计，使用注射器类工具将溶剂送至金属圆片和不锈钢片处的环氧树脂处，其余步骤与更换顶板位置的振弦式应变计的过程相同。
2.根据权利要求1所述的可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:其中，第五步中，当用于测混凝土应力时，在不锈钢片4个角点及中心位置焊接直径为12mm的变形钢筋，钢筋长度为10cm。
3.根据权利要求1或2所述的可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:第八步中，环氧树脂类粘合剂采用环氧树脂。
4.根据权利要求1或2所述的可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:所述应变计安装工具包括两个可相对转动的连杆，两根连杆的顶部均连接有U形的卡口，U形的卡口的中心线重合，两个连杆的中部转动，连杆的底端各连接有一个螺母，两个螺母之间连接有螺杆，螺杆左右两侧的螺纹方向相反，螺杆中部竖向固定连接有调节杆。
5.根据权利要求1或2所述的可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:应变计安装工具包括两个 可相对转动的连杆、连接板，两个连杆均为V形且对称转动连接在连接板上，两个连杆的顶部均连接有U形的卡口，U形卡口的中心线重合，连杆的底端各连接有一个螺母，两个螺母之间连接有螺杆，螺杆左右两侧的螺纹方向相反，螺杆中部竖向固定连接有调节杆。
6.根据权利要求1或2所述的可更换的埋入式振弦应变计安装方法，其特征在于:U形卡口的开口大小与振弦式应变计中间的圆柱体直径相适配。
【文档编号】G01B21/32GK103743376SQ201310746902
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈记豪, 赵顺波, 李晓克, 朱倩 申请人:华北水利水电大学