一种一体化钢管撑受力测试装置及安装方法与流程

本发明涉及一种一体化钢管撑受力测试装置及安装方法。

背景技术：

在城市轨道交通、城市综合管廊等市政基坑工程中的内支撑结构体系中，装配式钢管内支撑结构体系逐渐成为越来越多工程的首选。目前基坑施工钢管支撑的轴力监测工作主要通过振弦式轴力计来进行监测，也就是常用的点荷载测试方法；点荷载测试方法改变了钢管支撑的传力方式，由面传递改为点传递，在进行钢管支撑轴力监测时需要焊接连接、安装不方便；由于测试元件接触面积小更容易造成钢管支撑的支座失稳、测值误差大、难以重复利用、难以实现数据采集自动化等。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种一体化钢管撑受力测试装置，其使结构简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种一体化钢管撑受力测试装置，其特征在于，包括：钢管主体，所述钢管主体两端连接带螺栓孔的法兰，在所述钢管主体内壁里均匀安装有多个测力传感器，在所述任意两个测力传感器之间的内壁上安装有数据处理模块。

本发明的有益效果为：

结构简单，包括：钢管主体，所述钢管主体两端连接带螺栓孔的法兰，在所述钢管主体内壁里均匀安装有多个测力传感器，在所述任意两个测力传感器之间的内壁上安装有数据处理模块。由于采用了和钢支撑一致的钢管作为荷载主体，这样就避免了钢管支撑传力方式的改变，仍然为面传递，能够确保钢支撑的稳定性，同时可以在钢管支撑安装的时候同时进行测力系统的安装，不需要焊接连接，安装简易并且可以重复利用。方便快速，省时省力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明的一体化钢管撑受力测试装置的示意图；

图2是本发明的一体化钢管撑受力测试装置的实施例结构示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

请参照图1，本发明的一种一体化钢管撑受力测试装置1，包括：钢管主体，所述钢管主体两端连接带螺栓孔的法兰2，在所述钢管主体内壁里均匀安装有多个测力传感器3，在所述任意两个测力传感器3之间的内壁上安装有数据处理模块4。

在一个实施例中，所述测力传感器包括：弹性元件、外壳、膜片及上压头、下压垫，所述上压头部件的绝缘体内密封有上屏蔽板和电容上极板，下压垫部件的绝缘体内密封有电容下极板和下屏蔽板。电容几班引线采用屏蔽线，屏蔽层两端分别接屏蔽板和电容测量线路的地。

在一个实施例中，所述数据处理模块包括：自动数据采集模块，所述自动数据采集模块连接无线传输模块。

在一个实施例中，所述测力传感器为多点弦式应变传感器。

在一个实施例中，所述法兰的螺栓孔的孔径、开孔数量和钢管主体的钢支撑上的连接法兰位置的孔径、开孔数量一致。

在一个实施例中，所述相邻测力传感器至钢管主体中心之间的夹角为45度。

在一个实施例中，所述无线传输模块为：蓝牙传输模块、无线串口传输模块、远程gprs传输模块、或远距离无线电局域网模块。

在一个实施例中，所述多点弦式应变传感器的安装方向与所述钢管主体的轴向平行。

在一个实施例中，所述钢管主体的外壁安装有至少一个天线。

在一个实施例中，所述天线的方向与所述钢管主体的轴向垂直。

在一个实施例中，该装置由主体钢管、螺栓法兰、多点高精度传感器、信号传输电缆、自动数据采集系统等组成。一体化钢管撑受力测试装置依据胡克定律：在材料的线弹性范围内，固体的单向拉伸变形与所受的外力成正比，即σ＝εε(式中e为常数，称为弹性模量或杨氏模量)；在钢管支撑的主结构钢管内布置多点弦式大量程高精度应变传感器，测量钢管撑在工作状态下不同位置受力变形，再通过变形产生的应变来计算钢管支撑的整体受力情况。由于本装置的主体结构采用和钢支撑同样规格的钢管，可以用螺栓法兰和钢支撑进行连接，实现和钢管支撑的一体化组装，和钢管支撑形成一个整体，传力方式由点传递变为面传递，不改变钢管支撑的传力结构，不影响支撑的稳定性，从而达到既精准测量出钢管支撑在施工过程中的受力情况，又保证钢管支撑的稳定性。新型一体化钢管撑受力测试装置同时集成安装了自动数据采集模块、蓝牙传输模块、无线串口传输模块、远程gprs传输模块、远距离无线电局域网模块等，提高了系统的可扩展性。可进行数据自动采集，自动上传，远程管理，方便数据的收集以及对钢管支撑轴力的实时监控。

在一个实施例中，钢管主体采用和钢管支撑同样的标准钢管材料，其材质、厚度等规格与钢管支撑钢管一致。钢管主体两端和带螺栓孔(06)的法兰连接，法兰上开孔，其孔径、开孔数量、开孔位置和钢支撑上的连接法兰孔径、开孔数量、开孔位置一致，以确保一体化钢管撑受力测试装置可以通过螺栓孔将法兰直接连接钢管支撑。项目开始安装钢管支撑时，只需要按照项目基坑长度，在钢管支撑的固定端一侧预留一定长度的空隙，然后将调试好的一体化钢管撑受力测试装置直接和钢支撑通过螺栓法兰连接，即可直接将钢管支撑和一体化钢管撑受力测试装置直接安装，形成一体化的支撑和轴力监测装置。

在一个实施例中，钢管内壁里安装有多个高精度测力传感器，传感器焊接在钢管内壁，必须确保这数个传感器均匀分布在钢管内壁。

在一个实施例中，当钢管支撑未预加支撑轴力，一体化钢管撑受力测试装置不承受轴力方向荷载，钢管内部的测力传感器处于初始状态，此时可以测出测力传感器的频率初始值δf0。当钢管支撑预加支撑轴力，轴力荷载作用在一体化钢管撑受力测试装置上，将引起钢管主体的弹性变形，钢管主体的变形传递给传感器使传感器感应体产生同步变形，感应体的变形改变了内置振弦张力，从而改变振弦的振动频率。测量内置测力传感器频率时，振弦式频率读数仪将向电磁线圈发送激振电压，激发钢弦振动并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至振弦式读数仪上，即可测读出频率值δfi。通过钢管支撑在不同荷载下测量出不同频率变化(δf0－δfi)来计算出作用在一体化钢管撑受力测试装置的轴力荷载值。

支撑轴力计算公式：

(1)钢管支撑轴力：

p＝σ·s

式中：p－钢筋支撑轴力(kn)；

s－钢管支撑截面积(mm²)；s支＝π(r²-r²)

σ－钢管支撑的应力(kn/mm²)。

(2)σ＝ε支·ε

式中：σ－钢管支撑的应力(kn/mm²)；

ε支－钢管支撑的应变量(ε)；

ε－钢管支撑的钢管弹性模量(kn/mm²)；

(3)ε支＝ε传·10^－6

式中：ε传－多点测力装置测得的微应变(με)

(4)ε传＝k·(δf0－δfi)

式中：δf0－多点测力装置安装后的零点读数(频率模数)；

δf0＝(f01+δf02+……δf0n)/n

δfi－多点测力装置受力后测得的读数(频率模数)；

δfi＝(fi1+δfi2+……δfin)/n

k－多点测力装置的标定系数，厂家给定的(με/f)；

注：ε传为正值时，多点测力装置在受拉状态；ε传为负值时，在受压状态。

(5)因此：p＝k·(δf0－δfi)·10^－6·ε·π·(r²-r²)+b

式中：k－多点测力装置的标定系数，厂家给定的(με/f)；

δfi－应变计受力后测得的读数(频率模数)；

δf0－应变计安装后的零点读数(频率模数)；

ε支－钢管支撑的钢管弹性模量(kn/mm²)，取206(kn/mm2)

π－圆周率，取3.1415926；

r－钢管支撑大圆半径(mm)；

r－钢管支撑小圆半径(mm)。

b-钢管支撑温度修正值

为了减少不均匀和偏心受力影响，设计时在测试装置的弹性钢管周边内均匀安装多个高精度传感器，测量时只要接上振弦读数仪就可直接读取这几个传感器的频率值，并计算其平均值即可进行监控作业；如果采用无线连接方式，多个钢弦式传感器的频率可由装置内自带的自动采集系统直接读取并计算出平均值，无线接收数据时可直接读出这几个传感器的频率平均值。

与传统测试方法相比，一体化钢管撑受力测试装置与钢管支撑一体化，采用多点荷载面传递受力测试，且通过钢管支撑受力产生的形变来测试受力变化，测值完整一致，可以精准测量出钢管支撑在整个施工过程中的受力情况。同时整个测试装置可以利用螺栓直接和钢管支撑连接，不需要焊接，装配方便，不容易造成偏心。传统测试方法(如轴力计)由于采用单点测量并且受力面积小，在实际使用过程中存在测量误差大，预应力损失过多，容易让钢管支撑失稳等各种不利因素，而且项目支撑工作结束后，折装麻烦，并且不可重复利用。而一体化钢管撑受力测试装置在项目支撑作业完成后，可以方便的拆卸螺栓，再进行检查校准后即可投入后续项目继续使用。

传统测试方法(如轴力计)由于结构限制，只能采用电缆用有线方式采集频率数据，采集工作量较大，而一体化钢管撑受力测试装置内部集成了自动化数据采集系统，数据可以利用蓝牙或其他无限传输直接将频率数据上传到数据平台，省去人工收集数据的作业。同时一体化钢管撑受力测试装置在项目现场将使用远距离无线电(lora)组建低功耗局域网，将所有测试装置连接到局域网内，通过施工现场的基站将数据发送、上传到远程平台客户端，进行远程数据管理，对现场钢管撑受力情况实时监控。

请参照图2，本实施例的一种一体化钢管撑受力测试装置，包括：钢管主体，所述钢管主体两端连接带螺栓孔的法兰的一端，在所述钢管主体内壁里均匀安装有多个测力传感器，在所述任意两个测力传感器之间的内壁上安装有数据处理模块；所述法兰的另一端安装钢管标准段14，所述钢管标准段14通过活络头11连接围护结构13。

作为具体的实施例，本发明的一体化钢管撑受力测试装置安装方法包括：1、根据项目现场钢支撑从长度要求，预留钢管支撑测力装置的安装位置。2、将钢支撑靠近固定端一侧预留钢管支撑测力装置相同长度，并在两端焊接好螺栓法兰。3、将调试好的支撑测力装置放置在预留空隙处，用螺栓将测力装置和两端的钢支撑连接好。4、将装有钢管支撑测力装置的钢支撑正常放置在基坑内，调节好活络头开始进行基坑支护。5、用有线或者无线方式读取测力仪的相关数据。

本发明的优点包括：和钢管支撑一体化的主体结构；内部多支高精度弦式传感器布置结构；采用一体化应变面传递方法测试；可直接和钢支撑用螺栓法兰连接的结构；具有自动数据采集功能，能同时采用无线和有线方式传送数据；多个等截面测力装置接入低功耗局域网进行数据自动采集和发；和钢管支撑一体化，结构牢固，易于安装；多点受力测量，内含多支高精度弦式传感器，测值精准；通过钢管支撑钢管形变的面传递来测试钢管支撑受力情况，与以往测试方法不同；集成自动数据采集系统，数据采集方便；同一项目内所有测力装置可接入低功耗局域网；可拆卸设计，可以重复使用。

本发明的有益效果为：

结构简单，包括：钢管主体，所述钢管主体两端连接带螺栓孔的法兰，在所述钢管主体内壁里均匀安装有多个测力传感器，在所述任意两个测力传感器之间的内壁上安装有数据处理模块。由于采用了和钢支撑一致的钢管作为荷载主体，这样就避免了钢管支撑传力方式的改变，仍然为面传递，能够确保钢支撑的稳定性，同时可以在钢管支撑安装的时候同时进行测力系统的安装，不需要焊接连接，安装简易并且可以重复利用。方便快速，省时省力。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。