CN2819195Y - 可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置，特别适用于在施工阶段与存在安全隐患情况下的快速无损内力检测诊断。包括定位校直钢片、固定螺栓、转动铰、钢管环箍、传感器固定箍、锁紧螺栓、光栅传感器以及检测装置等。定位校直钢片将两副夹具组成一套保护光栅传感器在测试前免遭外力损坏的可安装测试的组合夹具。钢管环箍通过转动铰和锁紧螺栓可在钢管上拆卸，并且对钢管无损。光栅传感器通过转动铰和锁紧螺栓可在传感器固定箍上拆卸，对光栅传感器无损且可以临时替换，光栅传感器以光纤与检测装置连接。通过测得杆件上互相垂直的四个部位的应变值计算钢管检测部位的轴力与弯矩值。

Description

可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置，特别是用于在施工阶段与存在安全隐患时的快速无损内力检测诊断。

背景技术

网架建筑普遍在大型公共和工业建筑中使用，例如体育场馆，机场，展览馆，大型工业厂房等等。网架结构是目前我国大跨度建筑结构中采用最普遍的结构形式。这一类公众建筑的安全性能要求极高，因此，无论在其施工安装阶段及投入使用阶段，掌握网架结构的内力变化特性，适时诊断其安全性，对社会安全生产和生活有着重大意义。

从结构力学的观点，网架结构在施工阶段或者病态工作阶段，杆件的内力情况相对于设计值而言会发生异常变化。显然，检测这些内力的变化，可以判断网架的正常工作情况。但是，按目前现有的内力检测手段，要及时更要时时掌握网架构件的内力情况，资金和时间的成本付出是不可估量的，更有情况是不可实现的。

现有的检测网架结构内力情况的相关技术包括：

(1)电阻应变片测量。该方法是传统的应力应变测试方法，经过几十年的发展，技术上已经相当成熟。缺点在于精度并不是最高，在室外读数容易飘移，稳定性不够，另外需在被测构件表面打磨出一块光滑区域来贴应变片，对构件略有损伤，安装耗时且存在高空作业难度。

(2)普通光纤光栅传感器测量。普通的光纤光栅传感器较电阻应变片测量在精度上有了显著的改进，光纤较普通导线在稳定性方面也有了大大的提高，漂移问题基本得到解决。但是，在安装和重复利用上，普通的光纤光栅传感器测量方法仍采用粘贴式或焊接式进行安装，在耗时和高空作业难度上并未得到改善。而且利用强力胶水进行粘贴后对于器件的可拆卸即重复利用，节约成本而言也是极为不利，而焊接式安装方式更存在严重破坏构件表面涂层的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置。

它具有两个钢管环箍，两个钢管环箍定位校直钢片，两个钢管环箍与两个钢管环箍定位校直钢片之间由固定螺栓固定，在钢管环箍上设有钢管环箍转动铰、钢管环箍锁紧螺栓、钢管环箍固定架，在钢管环箍固定架上设有两个钢管环箍定位校直钢片固定孔、传感器固定箍转动铰、传感器固定箍及传感器固定箍锁紧螺栓，光栅传感器安装于传感器固定箍中。

本实用新型避免了普通电阻应变片测量以及光纤光栅测量中的传统粘贴式与焊接式表面安装方式带来的对杆件有损、不可重复利用、安装耗时且高空作业困难等缺点，真正实现了现场快速安装测试，对结构构件完全无损，并可拆卸重复利用，时时跟踪构件轴力与弯矩值的要求。对于时效性强的情况如施工阶段，安全要求高的情况如高危结构，本实用新型解决了普遍存在的根本问题。

附图说明

图1是可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置结构示意图；

图2是本实用新型用于测试拉弯压弯杆件内力立面示意图

图3是本实用新型检测装置安装示意图；

图中：固定螺栓1、钢管环箍定位校直钢片2、钢管环箍转动铰3、钢管环箍4、钢管环箍锁紧螺栓5、传感器固定箍转动铰6、传感器固定箍7、传感器固定箍锁紧螺栓8、光栅传感器9、光纤导线10、数据采集处理终端11

具体实施方式

本实用新型是在光纤光栅成熟技术的基础上，设计一种开合式夹具，通过转动铰和锁紧螺栓可实现快速安装拆卸，利用夹具与构件的变形协同，测得构件应变，并进一步分析计算得出内力与弯矩值。而对于网架结构而言，它是一种高次超静定结构，在施工阶段或者病态工作阶段，构件内力都会发生异常变化。因此，通过上述检测构件的内力变化，可以判断网架结构是否处于正常工作状态，是否存在安全隐患。

本实用新型的目的具体是这样实现的：

1、根据网架杆件规格确定加工装置种类与数量。一般常用的规格为有限的几种：Φ48×3.5，Φ60×3.5，Φ75.5×3.75，Φ89×4.0，Φ114×4.0，Φ140×4.0，Φ140×6.0，Φ159×6.0，Φ159×8.0，Φ180×8.0，Φ180×10.0，Φ180×12.0，Φ219×12.0，Φ219×14.0等等，管径的种类就更少。因此针对不同网架杆件的钢管固定箍内径设计种类一般十几种就足够，这符合产品的模具化生产和重复利用要求。

2、开合式夹具的设计制作。为了实现检测装置的可拆卸，快速安装，重复利用等特点，并且同时满足传感器与构件的协同变形。

1)用于轴心受拉压杆件的夹具，设计一个传感器安装位置，如图1所示。

包括两个钢管环箍4，两个钢管环箍定位校直钢片2，两个钢管环箍4与两个钢管环箍定位校直钢片2之间由固定螺栓1固定后组成为一套，在钢管环箍4上设有钢管环箍转动铰3、钢管环箍锁紧螺栓5及钢管环箍固定架，通过钢管环箍转动铰3与钢管环箍锁紧螺栓5，实现夹具在钢管上无损快速拆卸。在钢管环箍固定架上设有两个钢管环箍定位校直钢片固定孔、传感器固定箍转动铰6、传感器固定箍7及传感器固定箍锁紧螺栓8，光栅传感器安装于传感器固定箍中以光纤与检测装置连接，并被保护在安装测试前免遭外力破坏。

2)用于拉弯与压弯构件的夹具，设计四个传感器安装位置，如图2所示

同样包括定位校直钢片、固定螺栓、转动铰、钢管环箍、传感器固定箍、锁紧螺栓等，安装方式也与轴心受拉压构件相同。所不同点在于钢管环箍上同时设计四个传感器固定箍，同时测得钢管4个不同面上应变值ε₁，ε₂，ε₃，ε₄以计算杆件弯矩值。

3、配套的光栅传感器，光纤以及数据采集处理终端。如图3所示。

配套的光栅传感器设计符合可安装要求，内径与传感器固定箍相符，两头可固定于传感器固定箍，设可微调伸缩固定螺帽，并通过光纤与数据采集处理终端连接。通过电算程序编制，数据采集处理终端可实现将应变值直接计算为内力值输出显示并打印。

轴拉轴压杆件的内力计算公式：

                             N＝εEA

拉弯压弯杆件的轴力与弯矩表达公式：

$\left\{\begin{array}{c}N=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_3}{2}\mathrm{EA}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_4}{2}\mathrm{EA}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_4}{4}\mathrm{EA}\\ M=\frac{\mathrm{EI}}{R+h}\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3}{2}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2-{\mathrm{\ϵ}}_4}{2}\right)}^2}\end{array}\right.$

N——杆件测试部位轴力；

M——杆件测试部位弯矩；

E——杆件弹性模量；

I——杆件截面惯性矩；

A——杆件截面积；

R——杆件截面半径；

h——外表面至传感器中心高度；

ε——轴心受拉受压杆件测试部位应变值；

ε₁，ε₂，ε₃，ε₄——拉弯压弯杆件4个测试部位应变值。

本实用新型作为一种快速安装拆卸的无损内力检测装置，传力可靠性已得到实验验证，并试用于国内工程的应力测试中，使得光纤光栅应力测试过程更加简单方便，与现有的应力测试装置相比，精度更高，速度更快。

Claims (1)

1.一种可快速安装拆卸的网架构件内力无损检测装置，其特征在于，它具有两个钢管环箍(4)，两个钢管环箍定位校直钢片(2)，两个钢管环箍(4)与两个钢管环箍定位校直钢片(2)之间由固定螺栓(1)固定，在钢管环箍(4)上设有钢管环箍转动铰(3)、钢管环箍锁紧螺栓(5)、钢管环箍固定架，在钢管环箍固定架上设有两个钢管环箍定位校直钢片固定孔、传感器固定箍转动铰(6)、传感器固定箍(7)及传感器固定箍锁紧螺栓(8)，光栅传感器安装于传感器固定箍(7)中。

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