混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置及监测方法与流程

技术特征：
1.一种混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置，包括矩形截面柱的柱体、柱体围压加载系统、应力应变测试系统、数据处理与分析系统，数据处理与分析系统分别与柱体围压加载系统、应力应变测试系统测试系统连接；其特征在于：所述柱体围压加载系统包括承压钢板、连杆、槽式滑轮、钢丝绳和加载电机；所述柱体上设有加载测试区，加载测试区下部为柱体加载区；柱体加载区的四个侧面上均布置一块承压钢板，每块承压钢板的外侧均与一根连杆的一端固定连接，连杆的另一端固定连接一个槽式滑轮，所述钢丝绳两端分别以相反方向缠绕在加载电机的螺杆上，钢丝绳呈环形卷绕在四个槽式滑轮外部；加载电机的螺杆旋转，使得钢丝绳两端同步张拉，但张拉方向相反，通过加载电机旋转螺杆张拉钢丝绳并挤压连杆完成柱体加载区围压分级加载；所述应力应变测试系统包括应变片、应力计和水准尺；所述应变片分别布置在加载测试区上部四个侧面上；所述应力计布置在连杆中间位置；所述水准尺布置在加载测试区上部四个侧面上；用于记录柱体加载区围压及分级加载过程中柱体的应变。所述数据处理与分析系统包括主控计算机，主控计算机与应变片、应力计、加载电机相连，用于对采集的应力、应变进行计算，得到柱体竖向荷载，绘制柱体竖向荷载时效特征曲线，并将监测计算结果与柱体竖向承载力进行比较分析，进而对柱体构件的承载稳定性进行鉴定。2.根据权利要求1所述的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置，其特征在于：所述承压钢板的长度小于柱体加载区的截面长度，承压钢板的高度和柱体加载区高度相等。3.根据权利要求2所述的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置，其特征在于：所述应变片为正交型应变片，在加载测试区每个侧面以等间距平行粘贴三组，且分别位于加载测试区侧面轴线及其左右1/4长度三个位置。4.根据权利要求3所述的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置，其特征在于：所述水准尺设置在应变片与承压钢板之间，水准尺的中点位于加载测试区侧面竖向轴线上，水准尺两端通过销钉固定在加载测试区侧面上，水准尺气泡居中，达到水平状态；所述销钉在水准尺两端槽内随柱体竖向变形做竖向移动。5.一种基于权利要求4所述的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测装置的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在柱体中下部范围楼地面之上选定矩形加载测试区，并划线确定该区域围压加载的范围，形成柱体加载区；(2)将承压钢板分别布置在柱体加载区的四个侧面上，通过四根连杆将四块承压钢板与四个槽式滑轮固定连接，将钢丝绳两端分别以相反方向缠绕在加载电机的螺杆上，钢丝绳呈环形卷绕在四个槽式滑轮外部；再在每根连杆中间布置应力计；(3)在加载测试区上部四个侧面上部由下而上依次布置水准尺和正交型应变片；(4)启动加载电机，螺杆旋转对钢丝绳两端实施同步张拉，钢丝绳的张拉力通过槽式滑轮和连杆传递给承压钢板，完成柱体加载区围压加载；(5)根据柱体小变形低围压弹性状态三维静力平衡条件，进行柱体竖向荷载计算，绘制柱体竖向荷载时效特征曲线，再结合柱体竖向承载力，进而对服役期间钢筋混凝土柱构件的承载稳定性进行鉴定。6.根据权利要求5所述的混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于：所述
步骤(1)中，在柱体中下部范围楼地面之上选定矩形加载测试区，其划线范围为：底边距楼地面60cm～100cm，加载测试区截面尺寸为a
×
b，高度为20cm。7.根据权利要求6所述混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将截面尺寸为a
′×
b
′
的矩形承压钢板分别对称布置在加载测试区的四个侧面上，形成柱体加载区，承压钢板的高度和柱体加载区的高度相等；式(1)中：a,b,h分别为加载测试区截面的长度、宽度和高度，a',b',h'分别为承压钢板的长度、宽度和高度；通过连杆将承压钢板与槽式滑轮固定连接，所述连杆为圆形截面的直钢杆，连杆两端面的圆心分别与承压钢板和槽式滑轮的形心重合。8.根据权利要求5所述混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在柱体加载区四个侧面上部由下而上分别布置水准尺和正交应变片，首先将水准尺的中点固定在加载测试区侧面竖向轴线上，水准尺两端通过销钉固定在加载测试区侧面上，使水准尺气泡居中，达到水平状态；所述销钉在水准尺两端槽内随柱体竖向变形做竖向移动；再在加载测试区侧面距加载区上边界40cm位置布置正交型应变片，所述正交型应变片在加载测试区每个侧面以等间距平行粘贴三组，分别位于加载测试区侧面轴线及其左右1/4长度三个位置。9.根据权利要求5所述混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，启动加载电机，通过旋转螺杆对钢丝绳两端实施同步张拉，钢丝绳的张拉力通过槽式滑轮和连杆传递给经涂抹光滑处理过的承压钢板，完成柱体加载区围压加载；所述围压加载采用分级加载方式，首先实施0.2kn的初始低压加载，加载后调节水准尺中间气泡，使气泡居中，水准尺达到水平，承压钢板紧贴柱体加载区，再去除应力计、应变片监测结果的初始值；接着螺杆分别以2kn，4kn，6kn的旋转力张拉钢丝绳，完成柱体围压逐级加载，每级加载后持续2h～4h，同时观测水准尺气泡的移动过程，并记录每级加载应力、应变和气泡移动监测结果。10.根据权利要求5所述混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，其特征在于：所述步骤(5)中，根据混凝土柱体小变形低围压弹性状态三维应力-应变关系，结合竖向应变测试数据，得到柱体竖向荷载计算结果，绘制应力、应变的时间变化曲线，并跟踪柱体竖向荷载分布，再结合回弹仪测试柱体混凝土强度结果和柱体竖向承载力设计资料，进而对服役期间钢筋混凝土柱构件的承载稳定性进行鉴定；首先根据弹性状态三维应力-应变关系，不考虑柱体端部荷载效应，在t
i
时刻柱体竖向荷载σ
z
(t
i
)为：σ
z
(t
i
)＝eε
z
(t
i
) ν(σ
x
(t
i
) σ
y
(t
i
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中：σ
z
为柱体竖向荷载，σ
x
和σ
y
为张拉钢丝绳通过槽式滑轮和连杆传递给承压钢板的围压荷载，由应力计测试结果得到，e，ν分别为混凝土的弹性模量和泊松比，ε
z
为竖向应变测试值，计算中每个侧面测试结果取平均值，t
i
，i＝1,2,3分别为2kn，4kn，6kn三级加载的时刻；
然后根据三参量线性蠕变模型h-k理论，得到竖向应变的蠕变变形为：式(3)中：e0，e1分别为柱体混凝土瞬时弹性模量和粘弹性模量，η1为粘滞系数；考虑围压荷载恒定，将式(3)代入式(2)得到：结合应力、应变的时间变化曲线，进而得到三级围压荷载作用下，竖向荷载长期值σ
z
(t
∞
)为：式(5)中，σ
z
(t
∞
)、σ
x
(t
∞
)、σ
y
(t
∞
)、e
∞
分别表示σ
z
、σ
x
、σ
y
、e的长期值；进一步变形得到：其中σ
x
(t
∞
)＝σ
x
(t3)σ
y
(t
∞
)＝σ
y
(t3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式(7)中：e
∞
为三参量线性蠕变模型长期弹性模量，通过蠕变试验特性曲线得到；当σ
z
(t
∞
)/e<f
c
/e时，柱体承载是稳定安全的，否则柱体承载处于失稳状态，f
c
指混凝土抗压强度设计值。

技术总结
本发明公开了一种混凝土矩形截面柱竖向荷载现场监测方法，包括以下步骤：在柱体中下部选定加载测试区，并形成柱体加载区；布置柱体围压加载系统；在加载测试区上布置水准尺和正交型应变片；启动加载电机，完成柱体加载区围压加载；根据柱体小变形低围压弹性状态三维静力平衡条件，进行柱体竖向荷载计算，绘制柱体竖向荷载时效特征曲线，再结合柱体竖向承载力，进而对服役期间钢筋混凝土柱构件的承载稳定性进行鉴定。本发明可以克服钢筋混凝土柱体结构竖向荷载监测方案或监测结果不合理造成的柱体弯曲、倾斜和人为误判因素和技术复杂、危险性较大、监测成本较高等问题，具有环境适应性强、测试方法快速简捷、操作安全、成本低的优点。优点。优点。


技术研发人员：王军 聂智鹏 刘林 刘剑锋 刘杰 梁桥 黄运贵
受保护的技术使用者：经通空间技术（河源）有限公司
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/2/3