CN110081845B - 水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法 - Google Patents

水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法，包括混凝土面板，所述混凝土面板下方设置有水稳基层，所述水稳基层内设置有若干个嵌入水稳基层上表面的圆柱形混凝土柱，每个圆柱形混凝土柱内部设置有由圆柱形混凝土柱内部延伸至混凝土面板的振弦式应变传感器，所述水稳基层与混凝土面板之间设有用于防止圆柱形混凝土柱及水稳基层随混凝土面板竖向变形的隔离薄膜，所述混凝土面板上设置有13个测点，每个测点上设置有振弦式应变传感器，本发明结构简单，设计巧妙，稳定性好，精度高。

Description

水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法
技术领域
本发明涉及一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法。
背景技术
翘曲是水泥混凝土路面板的典型形状特征，显著影响路面板的支撑状态以及车辆荷载在板内部产生的应力分布。研究发现，路面板在早龄期由于特定的施工温度场、干缩、徐变等综合作用下将固化特定的初始翘曲形状，在耦合考虑服役期环境和车辆荷载作用后，对路面服役性产生明显影响，甚至造成面板的过早断板现象。
目前混凝土面板的早龄期翘曲监测面临的主要技术问题是大面积薄板结构早龄期全时程翘曲的整体监测。以往对混凝土面板翘曲监测通常采用千分表、挠度计、位移传感器以及表面轮廓仪。事实上，千分表、挠度计、LVDT位移传感器等这类仪器需等混凝土硬化后开始测量，且在面板表面安装，位移监测过程易受扰动，对于监测混凝土面板微小的早龄期变形和长期累计变形困难，表面轮廓计虽能反映面板相对翘曲，也要求混凝土面板混凝土硬化之后监测，故传统的监测方法中传感器易受扰动，精度低，稳定性不佳，不能监测累计变形，且不能实时监测混凝土面板翘曲形状。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置及实现方法，精度高，稳定好，能实时监测混凝土面板翘曲形状。
本发明的具体实施方案是：提供一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，包括混凝土面板，所述混凝土面板下方设置有水稳基层，所述水稳基层内设置有若干个嵌入水稳基层上表面的圆柱形混凝土柱，每个圆柱形混凝土柱内部设置有由圆柱形混凝土柱内部延伸至混凝土面板的振弦式应变传感器，所述水稳基层与混凝土面板之间设有用于防止圆柱形混凝土柱及水稳基层随混凝土面板竖向变形的隔离薄膜；
所述混凝土面板上设置有13个测点，每个测点上设置有振弦式应变传感器，13个测点包括V1~V13，V1、V2、V3依次水平设置在第一行， V10及V11依次水平设置在第二行，V4、V5、V6依次水平设置在第三行，V12及V13依次水平设置在第四行，V7、V8、V9依次水平设置在第五行，V1、V4、V7依次竖直设置在第一列，V10及V12依次竖直设置在第二列，V2、V3、V5依次竖直设置在第三列，V11及V13依次竖直设置在第四列，V3、V6、V9依次竖直设置在第五列，V1与V2之间的水平距离和V2至V3之间的水平距离相等，V1与V4的竖直距离与V4与V7的竖直距离相等，V10水平位置为V1与V2水平距离的中点位置，V10的垂直位置为V1与V4竖直距离的中点位置，V11的水平位置为V2与V3水平距离的中点位置，V12的垂直位置为V4与V7的竖直距离的中点位置。
进一步的，水稳基层上设有13个与测点位置一一对应的通槽，圆柱形混凝土柱固定在通槽内，圆柱形混凝土柱与通槽侧面之间还填充有用于防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形的弹性橡胶层。
进一步的，振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在圆柱形混凝土柱内部，振弦式应变传感器剩余部分由圆柱形混凝土柱上表面延伸至混凝土面板内。
进一步的，隔离薄膜为防水薄膜或土工布。
进一步的，所述通槽内底面设有用于圆柱形混凝土柱底部固定在通槽内的环氧树脂。
进一步的，圆柱形混凝土柱上表面与水稳基层上表面平齐。
进一步的，一种利用如权利要求6所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置的实现方法，包括步骤如下：（1）预制13个圆柱形混凝土柱，将振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在预制圆柱形混凝土柱内部；（2）水稳基层内按照要求挖出用于放置圆柱形混凝土柱的13个通槽，通槽深度与圆柱形混凝土柱的高度一致；（3）将圆柱形混凝土柱放入通槽内，圆柱形混凝土柱的底部与通槽底部采用环氧树脂固定，保证牢固性；（4）圆柱形混凝土柱与通槽内侧部之间采用弹性橡胶层填充，防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形；（5）在圆柱形混凝土柱及水稳基层上表面预埋好隔离薄膜；（6）最后，铺筑混凝土面板，铺筑完成至可以开始使用时，振弦式应变传感器开始监测面板竖向应变值，对检测到的不同时刻，13个振弦式应变传感器测出的应变数据乘以弦长，获得混凝土面板底部竖向位移数据；（7）收集13个散点竖向位移结果，采用MATLAB程序中的散点插值函数进行插值，补充全混凝土面板翘曲曲面每个网格点处的竖向位移数据，最终获得混凝土面板三维翘曲形状特征。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置设计巧妙，精度高，稳定性好，在进行监测数据时不易被外界条件扰动，能实时快速测量出数据，有利于揭示混凝土面板早龄期翘曲形状，为后续路面行为分析设计与施工工艺决策提供理论与技术支撑。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图一；
图2为本发明实施例结构示意图二。
图中：100- 混凝土面板，200-水稳基层，210-通槽，300-圆柱形混凝土柱，400-隔离薄膜，500-振弦式应变传感器，600-弹性橡胶层，700-环氧树脂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：如图1~2所示，本实施例中，提供一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，包括混凝土面板100，所述混凝土面板下方设置有水稳基层200，所述水稳基层200内设置有若干个嵌入水稳基层上表面的圆柱形混凝土柱300，每个圆柱形混凝土柱内部设置有由圆柱形混凝土柱内部延伸至混凝土面板的振弦式应变传感器，所述水稳基层与混凝土面板之间设有用于防止圆柱形混凝土柱及水稳基层随混凝土面板竖向变形的隔离薄膜400；
所述混凝土面板上设置有13个测点，每个测点上设置有振弦式应变传感器500，13个测点包括V1~V13，V1、V2、V3依次水平设置在第一行， V10及V11依次水平设置在第二行，V4、V5、V6依次水平设置在第三行，V12及V13依次水平设置在第四行，V7、V8、V9依次水平设置在第五行，V1、V4、V7依次竖直设置在第一列，V10及V12依次竖直设置在第二列，V2、V3、V5依次竖直设置在第三列，V11及V13依次竖直设置在第四列，V3、V6、V9依次竖直设置在第五列，V1与V2之间的水平距离和V2至V3之间的水平距离相等，V1与V4的竖直距离与V4与V7的竖直距离相等，V10水平位置为V1与V2水平距离的中点位置，V10的垂直位置为V1与V4竖直距离的中点位置，V11的水平位置为V2与V3水平距离的中点位置，V12的垂直位置为V4与V7的竖直距离的中点位置。
本实施例中，水稳基层200上设有13个与测点位置一一对应的通槽210，圆柱形混凝土柱固定在通槽内，圆柱形混凝土柱与通槽侧面之间还填充有用于防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形的弹性橡胶层600。
本实施例中，通槽的直径可以是105~108mm，圆柱形混凝土柱直径可以是100mm，圆柱形混凝土柱高度还可以与水稳基层相同。
本实施例中，振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在圆柱形混凝土柱内部，振弦式应变传感器剩余部分由圆柱形混凝土柱上表面延伸至混凝土面板内。
本实施例中，隔离薄膜400为防水薄膜或土工布，可以防止圆柱形混凝土柱及水稳基层随混凝土面板竖向整体变形。
本实施例中，所述通槽内底面设有用于圆柱形混凝土柱底部固定在通槽内的环氧树脂700。
本实施例中，圆柱形混凝土柱上表面与水稳基层上表面平齐。
实施例2：在实施例1的基础上，本实施例中，振弦式应变传感器标距为150mm，应变量程为±2500με，精度为±1με，精度高，使用范围广；此外，采用振弦式应变传感器测量位移时，位移量为应变计弦长与应变量的乘积。
本实施例中，先预制13个圆柱形混凝土柱300，将振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在预制圆柱形混凝土柱内部，然后，在水稳基层上按照要求挖出用于放置圆柱形混凝土柱的13个通槽，通槽深度与圆柱形混凝土柱的高度一致，将圆柱形混凝土柱放入通槽210内，圆柱形混凝土柱的底部与通槽底部采用环氧树脂固定，保证牢固性，圆柱形混凝土柱与通槽内侧部之间采用弹性橡胶层填充，防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形，在圆柱形混凝土柱及水稳基层上表面预埋好隔离薄膜，最后，铺筑混凝土制成混凝土面板，铺筑完成至可以开始使用时，振弦式应变传感器开始监测面板竖向应变值，对检测到的不同时刻，13个振弦式应变传感器测出的应变数据乘以弦长，获得混凝土面板底部竖向位移数据，收集13个散点竖向位移结果，采用MATLAB程序中的散点插值函数进行插值，补充全混凝土面板翘曲曲面每个网格点处的竖向位移数据，最终获得混凝土面板三维翘曲形状特征。本发明设计合理，结构巧妙，检测时不易被外界条件扰动，稳定性好，精度高，具有创新性。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，包括混凝土面板，所述混凝土面板下方设置有水稳基层，所述水稳基层内设置有若干个嵌入水稳基层上表面的圆柱形混凝土柱，每个圆柱形混凝土柱内部设置有由圆柱形混凝土柱内部延伸至混凝土面板的振弦式应变传感器，所述水稳基层与混凝土面板之间设有用于防止圆柱形混凝土柱及水稳基层随混凝土面板竖向变形的隔离薄膜；
所述混凝土面板上设置有13个测点，每个测点上设置有振弦式应变传感器，13个测点包括V1~V13，V1、V2、V3依次水平设置在第一行， V10及V11依次水平设置在第二行，V4、V5、V6依次水平设置在第三行，V12及V13依次水平设置在第四行，V7、V8、V9依次水平设置在第五行，V1、V4、V7依次竖直设置在第一列，V10及V12依次竖直设置在第二列，V2、V3、V5依次竖直设置在第三列，V11及V13依次竖直设置在第四列，V3、V6、V9依次竖直设置在第五列，V1与V2之间的水平距离和V2至V3之间的水平距离相等，V1与V4的竖直距离与V4与V7的竖直距离相等，V10水平位置为V1与V2水平距离的中点位置，V10的垂直位置为V1与V4竖直距离的中点位置，V11的水平位置为V2与V3水平距离的中点位置，V12的垂直位置为V4与V7的竖直距离的中点位置。
2.根据权利要求1所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，水稳基层上设有13个与测点位置一一对应的通槽，圆柱形混凝土柱固定在通槽内，圆柱形混凝土柱与通槽侧面之间还填充有用于防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形的弹性橡胶层。
3.根据权利要求2所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在圆柱形混凝土柱内部，振弦式应变传感器剩余部分由圆柱形混凝土柱上表面延伸至混凝土面板内。
4.根据权利要求3所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，隔离薄膜为防水薄膜或土工布。
5.根据权利要求4所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，所述通槽内底面设有用于圆柱形混凝土柱底部固定在通槽内的环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置，其特征在于，圆柱形混凝土柱上表面与水稳基层上表面平齐。
7.一种利用如权利要求6所述的一种水泥路面早龄期三维全面板翘曲形状监测装置的实现方法，其特征在于，包括步骤如下：（1）预制13个圆柱形混凝土柱，将振弦式应变传感器竖向长度的1/2预埋在预制圆柱形混凝土柱内部；（2）水稳基层内按照要求挖出用于放置圆柱形混凝土柱的13个通槽，通槽深度与圆柱形混凝土柱的高度一致；（3）将圆柱形混凝土柱放入通槽内，圆柱形混凝土柱的底部与通槽底部采用环氧树脂固定，保证牢固性；（4）圆柱形混凝土柱与通槽内侧部之间采用弹性橡胶层填充，防止圆柱形混凝土柱随水稳基层横向变形；（5）在圆柱形混凝土柱及水稳基层上表面预埋好隔离薄膜；（6）最后，铺筑混凝土面板，铺筑完成至可以开始使用时，振弦式应变传感器开始监测面板竖向应变值，对检测到的不同时刻，13个振弦式应变传感器测出的应变数据乘以弦长，获得混凝土面板底部竖向位移数据；（7）收集13个散点竖向位移结果，采用MATLAB程序中的散点插值函数进行插值，补充全混凝土面板翘曲曲面每个网格点处的竖向位移数据，最终获得混凝土面板三维翘曲形状特征。
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