一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，涉及土木工程監(jiān)測裝置領(lǐng)域，該多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置適于與地下混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連接，其包括監(jiān)測系統(tǒng)、無線傳輸裝置和固定機構(gòu)，監(jiān)測系統(tǒng)包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備，應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備分別通過固定機構(gòu)與鋼筋連接，應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備分別與無線傳輸裝置連接。通過設(shè)置應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、PH值監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)多功能的對地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷進行監(jiān)測，無線傳輸裝置將三者采集的信號傳輸至操作界面上，便于監(jiān)測人員實時觀察，該裝置體積小，監(jiān)測系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的影響小。
【專利說明】
一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程監(jiān)測裝置領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu) 腐蝕損傷監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下建筑結(jié)構(gòu)所處環(huán)境較為復(fù)雜，常因荷載、溶蝕、環(huán)境介質(zhì)侵蝕、碳化、鋼筋銹 蝕、凍融破壞、堿集料反應(yīng)等影響。愈來愈多的工程實例證明，這些因素大都會綜合作用，從 而加速、加劇破壞過程，造成地下建筑物提前破壞和混凝土質(zhì)量迅速嚴重劣化，并且在地下 環(huán)境中工程的施工難度大、突發(fā)事件多、補救方式匱乏。地下結(jié)構(gòu)危害發(fā)生后評估結(jié)構(gòu)的損 傷程度及其剩余壽命越來越受到社會的重視，因此對地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷測量就成為 必不可少的關(guān)鍵一環(huán)。結(jié)構(gòu)所處不同于的環(huán)境中，外界因素的影響也有所區(qū)別，但總是可以 由結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變以及裂縫的發(fā)展情況判斷結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。目前，對土木工程的監(jiān)測 多采用傳統(tǒng)監(jiān)測傳感器。但受傳感器材料、使用方法、信息傳輸?shù)纫蛩叵拗魄移湟资艹薄⒛?久性差等缺點難以用于腐蝕性較強的地下結(jié)構(gòu)中，實時及自動化監(jiān)測也顯得十分難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其能夠?qū)?地下混凝土結(jié)構(gòu)在施工運營過程中鋼筋混凝土界面PH值、裂縫發(fā)展速度、鋼筋縱向應(yīng)力應(yīng) 變及混凝土應(yīng)力應(yīng)變進行實時及自動化監(jiān)測，為耐久性評估及剩余壽命預(yù)測提供準(zhǔn)確的信 息。
[0004] 本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：
[0005] -種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，適于與地下混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連 接，包括監(jiān)測系統(tǒng)、用于傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信號的無線傳輸裝置和用于將監(jiān)測系統(tǒng)與鋼 筋連接的固定機構(gòu)，監(jiān)測系統(tǒng)包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備，應(yīng)變傳感器、 溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備分別通過固定機構(gòu)與鋼筋連接，應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH 值監(jiān)測設(shè)備分別與無線傳輸裝置連接。
[0006] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述溫度傳感器豎直設(shè)置于鋼筋的上方且與 鋼筋的軸心線方向垂直或斜交。
[0007] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述PH值監(jiān)測設(shè)備水平設(shè)置于鋼筋的上方且 與鋼筋的軸心線方向垂直或斜交。
[0008] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述應(yīng)變傳感器包括相互獨立的第一應(yīng)變傳 感器、第二應(yīng)變傳感器和第三應(yīng)變傳感器，第一應(yīng)變傳感器水平設(shè)置于鋼筋的上方且與鋼 筋的軸心線平行或斜交，第二應(yīng)變傳感器水平設(shè)置于鋼筋的上方且與鋼筋的軸心線垂直或 斜交，第三應(yīng)變傳感器與鋼筋的表面接觸，且沿平行于鋼筋的軸心線的方向設(shè)置，第一應(yīng)變 傳感器和第二應(yīng)變傳感器分別通過固定機構(gòu)與鋼筋連接。
[0009] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述固定機構(gòu)包括固定管，固定管為多個且對 稱設(shè)置于鋼筋的兩側(cè)，固定管與鋼筋連接，固定管豎直設(shè)置且與鋼筋的軸心線方向垂直，第 一應(yīng)變傳感器和第二應(yīng)變傳感器均與固定管連接。
[0010] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述任意一側(cè)的相鄰兩個固定管之間形成水 平間隙，水平間隙為多個，第一應(yīng)變傳感器為多個，且分別插設(shè)于多個水平間隙內(nèi)，任意一 個第一應(yīng)變傳感器的兩端分別與和其相鄰的兩個固定管連接。
[0011] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述多個第一應(yīng)變傳感器串聯(lián)，且位于同一平 面。
[0012] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述兩側(cè)任意對稱設(shè)置的兩個固定管之間形 成垂直間隙，垂直間隙為多個，第二應(yīng)變傳感器為多個，多個第二應(yīng)變傳感器插設(shè)于多個垂 直間隙內(nèi)，任意一個第二應(yīng)變傳感器的兩端分別與和其相鄰的兩側(cè)的固定管連接，多個第 二應(yīng)變傳感器與鋼筋的距離不同。
[0013] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述固定機構(gòu)還包括固定環(huán)和固定板，固定環(huán) 用于套設(shè)在鋼筋的外側(cè)，固定板與固定環(huán)連接，固定板為兩個，兩個固定板對稱設(shè)置且分別 位于鋼筋的兩側(cè)，固定板在對應(yīng)于固定管的部分設(shè)置有多個固定孔，多個固定管一一對應(yīng) 插設(shè)于多個固定孔內(nèi)。
[0014] 進一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述溫度傳感器插設(shè)于任意一根固定管內(nèi)。
[0015] 本發(fā)明實施例的有益效果是:通過設(shè)置應(yīng)變傳感器監(jiān)測地下混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng) 變，利用溫度傳感器監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)因外界因素導(dǎo)致的溫度變化；同時利用PH值監(jiān)測設(shè)備 監(jiān)測地下混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中鋼筋與混凝土界面堿性的變化，從而實現(xiàn)多功能的對地下 混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷進行監(jiān)測，并且將應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和PH值監(jiān)測設(shè)備分別與無 線傳輸裝置連接，無線傳輸裝置將三者采集的信號傳輸至操作界面上，便于監(jiān)測人員實時 觀察，固定機構(gòu)不僅僅能將監(jiān)測系統(tǒng)固定在鋼筋上，同時還對監(jiān)測系統(tǒng)起到保護作用，縮小 了監(jiān)測系統(tǒng)的體積，減少監(jiān)測系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的影響，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的多元監(jiān)測。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對 范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例提供的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置的主視圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例提供的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置的俯視圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明實施例提供的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置的側(cè)視圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例提供的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置的固定機構(gòu) 的俯視圖。
[0021] 圖中：
[0022]多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置100;
[0023] 監(jiān)測系統(tǒng)200;應(yīng)變傳感器210;第一應(yīng)變傳感器211;第二應(yīng)變傳感器212; 1號傳感 器212a; 2號傳感器212b; 3號傳感器212c; 4號傳感器212d;第三應(yīng)變傳感器213;溫度傳感器 220 ;PH值監(jiān)測設(shè)備230;
[0024]固定機構(gòu)300;固定環(huán)310;卡箍311;固定螺栓312;固定板320;固定孔321;固定管 330;水平間隙331;垂直間隙332;
[0025]鋼筋 400。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施 例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。
[0027]因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護 的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0028]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一 個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"等僅用于區(qū)分描 述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，術(shù)語"水平"、"豎直"、"垂直"等術(shù)語并不表 示要求部件絕對水平，而是可以稍微傾斜。如"水平"僅僅是指其方向相對"豎直"而言更加 水平，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。
[0030] 實施例
[0031] 請參照圖1，本實施例提供一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置100,適 于與地下混泥土結(jié)構(gòu)的鋼筋400連接，該多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置100包括 監(jiān)測系統(tǒng)200和固定機構(gòu)300。該監(jiān)測系統(tǒng)200通過固定機構(gòu)300安裝于鋼筋400上，利用該監(jiān) 測系統(tǒng)200能夠?qū)崟r及自動化的監(jiān)測地下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷情況。
[0032] 監(jiān)測系統(tǒng)200包括溫度傳感器220、PH值監(jiān)測設(shè)備230、應(yīng)變傳感器210和無線傳輸 裝置(圖未示）。
[0033] 無線傳輸裝置用于與溫度傳感器220、PH值監(jiān)測設(shè)備230和應(yīng)變傳感器210連接，并 將溫度傳感器220、PH值監(jiān)測設(shè)備230和應(yīng)變傳感器210采集到的信號傳輸至操作界面上，便 于監(jiān)測人員實時觀察。
[0034]其中，溫度傳感器220用于監(jiān)測地下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度，本實施例中，將溫度傳 感器220豎直設(shè)置于鋼筋400的上方且與鋼筋400的軸心線方向垂直或斜交。溫度傳感器220 通過固定機構(gòu)300與鋼筋400連接，固定機構(gòu)300使溫度傳感器220位于鋼筋400的上方，不與 鋼筋400直接接觸，能夠有效避免鋼筋400的自身銹脹所致的應(yīng)力應(yīng)變對溫度傳感器220產(chǎn) 生影響。此外，溫度傳感器220與鋼筋400的軸心線方向垂直或斜交，能夠有效地避免由于鋼 管在水平面上垂直于鋼筋400的軸心線的方向上開裂而產(chǎn)生的，應(yīng)力應(yīng)變對溫度傳感器220 的影響。
[0035] 溫度傳感器220的種類有多種，例如:雙金屬溫度計、玻璃液體溫度計、壓力式溫度 計、電阻溫度計、熱敏電阻、溫差電偶和光纖光柵溫度傳感器等。
[0036] 本實施例中，優(yōu)選溫度傳感器220為光纖光柵溫度傳感器，利用無金屬化封裝工 藝，具有熱傳導(dǎo)特性和高強度特性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、布設(shè)方便、抗電磁干擾、精度高、 耐久性好等優(yōu)點。選用光纖光柵溫度傳感器作為監(jiān)測系統(tǒng)200內(nèi)的溫度傳感器220,其在地 下混凝土結(jié)構(gòu)中，能夠保持較高的精度，同時使用壽命長。
[0037] PH值監(jiān)測設(shè)備230用于監(jiān)測鋼筋400混凝土界面的PH值變化，PH值監(jiān)測設(shè)備230水 平設(shè)置于鋼筋400的上方且與鋼筋400的軸心線方向垂直或斜交。PH值監(jiān)測設(shè)備230的一端 連接有導(dǎo)線，利用導(dǎo)線與無線傳輸裝置連接，本實施例中利用環(huán)氧樹脂膠將導(dǎo)線與鋼筋400 固定，避免PH值監(jiān)測設(shè)備230直接與鋼筋400接觸。
[0038] PH值是影響鋼筋400耐蝕性的最重要的參數(shù)之一，因此PH值的測定受到結(jié)構(gòu)耐久 性學(xué)者的高度重視。由于混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性以及地下環(huán)境的腐蝕性，測定一直 是困擾人們的難題。原來采用高壓萃取或者磨粉取樣萃取分析0H-濃度，這些方法操作繁 瑣、破壞結(jié)構(gòu)，難以應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)的工程實踐。
[0039] 本實施例中采用PH值探針作為PH值監(jiān)測設(shè)備230, PH值探針具有響應(yīng)靈敏度高，機 械強度高、易于微型化等優(yōu)點。在地下環(huán)境?；祀s較多的腐蝕因素，混凝土結(jié)構(gòu)在這種腐蝕 環(huán)境因素影響下，鋼筋400表面堿性降低鈍化層消失，最終鋼筋400因銹蝕膨脹從而致使結(jié) 構(gòu)破壞。PH值探針的良好耐久性能夠長時間的監(jiān)測地下混凝土的結(jié)構(gòu)變化，為耐久性評估 及剩余壽命預(yù)測提供準(zhǔn)確的信息。
[0040] 請結(jié)合參見圖1、圖2和圖3,應(yīng)變傳感器210包括相互獨立的第一應(yīng)變傳感器211、 第二應(yīng)變傳感器212和第三應(yīng)變傳感器213。
[0041] 第一應(yīng)變傳感器211用于監(jiān)測內(nèi)因外因所致的混凝土內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變，第一應(yīng)變傳 感器211水平設(shè)置于鋼管的上方且與鋼管的軸心線平行或斜交，第一應(yīng)變傳感器211通過固 定機構(gòu)300與鋼筋400連接。
[0042]第二應(yīng)變傳感器212用于監(jiān)測因銹脹而致使混凝土裂縫發(fā)展過程中裂縫與時間的 關(guān)系，第二應(yīng)變傳感器212水平設(shè)置于鋼筋400的上方且與鋼筋400的軸心線垂直或斜交，第 二應(yīng)變傳感器212通過固定機構(gòu)300與鋼筋400連接。
[0043] 第三應(yīng)變傳感器213用于監(jiān)測鋼筋400沿縱向的應(yīng)力應(yīng)變，第三應(yīng)變傳感器213與 鋼筋400的表面接觸，且沿平行于鋼筋400的軸心線的方向設(shè)置。當(dāng)混凝土澆筑固結(jié)過程中 產(chǎn)生收縮對鋼筋400有一定的壓應(yīng)力，此時的鋼筋400與混凝土因膠結(jié)、摩擦力、機械咬合力 牢牢地結(jié)合在一起，然而當(dāng)結(jié)構(gòu)服役過程中會因外荷載、鹽、二氧化碳、干濕循環(huán)、凍融循環(huán) 等因素作用下，鋼筋400與混凝土之間不再緊緊地咬合在一起，產(chǎn)生一定的滑移，應(yīng)力應(yīng)變 也因此產(chǎn)生變化。通過將第三應(yīng)變傳感器213放置于鋼筋400的表面，在鋼筋400上刻一個深 度3~4mm，長寬40*5mm的平面槽，將第三應(yīng)變傳感器213順筋布設(shè)，再用環(huán)氧樹脂膠將傳感 器封在平面槽中。第三應(yīng)變傳感器213用于監(jiān)測鋼筋400沿縱向的應(yīng)力應(yīng)變，能由上述原理 來間接的觀測結(jié)構(gòu)的性能。
[0044] 本實施例中的第一應(yīng)變傳感器211、第二應(yīng)變傳感器212和第三應(yīng)變傳感器213均 為光纖光柵應(yīng)變傳感器。光纖具有質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、傳輸頻 帶較寬、使用期限內(nèi)維護費用低等優(yōu)點。自1979年由美國航空航天局組織將光纖傳感器嘗 試性地埋入復(fù)合材料內(nèi)部，監(jiān)測其應(yīng)變和溫度，之后光纖傳感器逐漸向其他領(lǐng)域擴展，呈現(xiàn) 了蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。在土木工程地下建筑物施工、運營期間，結(jié)構(gòu)難免受到地下復(fù)雜環(huán)境的 影響，久而久之結(jié)構(gòu)未到設(shè)計年限就產(chǎn)生破壞。光纖傳感技術(shù)可以根據(jù)輸出波長漂移量判 斷結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變和溫度的變化?；诠饫w傳感技術(shù)的優(yōu)越性將其應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)腐蝕 損傷監(jiān)測是十分可靠的選擇。在地下陰暗潮濕環(huán)境中強烈的紫外光照射或高溫引起光柵的 失效出現(xiàn)的幾率渺茫，因此本實施例中采用光纖光柵應(yīng)變傳感器設(shè)置于鋼筋400不同的位 置，分別用于測定不同原因產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)腐蝕損傷進行有效的監(jiān)測。
[0045]請參閱圖1、圖3和圖4，固定機構(gòu)300用于安裝監(jiān)測系統(tǒng)200，使監(jiān)測系統(tǒng)200與鋼筋 400連接。固定機構(gòu)300的設(shè)置有利于減少監(jiān)測系統(tǒng)200對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，同時固定機構(gòu) 300能夠保證監(jiān)測系統(tǒng)200的穩(wěn)固性，固定機構(gòu)300的設(shè)置還保證了監(jiān)測系統(tǒng)200的體積小、 構(gòu)造簡單、安裝牢固。
[0046] 固定機構(gòu)300包括固定環(huán)310、固定板320和固定管330。
[0047]固定環(huán)310用于套設(shè)在鋼筋400的外側(cè)，通過固定環(huán)310實現(xiàn)將固定機構(gòu)300連接于 鋼筋400上。固定環(huán)310包括卡箍311和固定螺栓312,卡箍311由兩個相互配合的半圓弧形板 組成，固定螺栓312用于將兩個卡箍311固定，實現(xiàn)將卡箍311固定在鋼筋400上。
[0048]固定板320用于與固定環(huán)310連接，并安裝固定管330。固定板320為長條形板狀結(jié) 構(gòu)，固定板320為兩個，且分別位于鋼筋400的兩側(cè)。固定板320的長度為10~12cm，寬度為6 ~8mm，固定板320上設(shè)置有多個固定孔321，該固定孔321用于安裝固定管330,兩個固定板 320上的固定孔321的位置相對，且每一個固定板320上的相鄰兩個固定孔321的間隔相等。 其中，固定孔321的個數(shù)可以為2~6個，本實施例中，優(yōu)選每一側(cè)的固定板320上固定孔321 的個數(shù)為3個，且每個固定孔321的內(nèi)徑為4mm。
[0049] 固定管330用于安裝應(yīng)變傳感器210、溫度傳感器220和PH值監(jiān)測設(shè)備230,固定管 330與固定板320上的固定孔321連接，固定管330豎直設(shè)置且與鋼筋400的軸心線方向垂直， 固定管330的直徑為3mm。由于任意一側(cè)的固定板320上的固定孔321相對設(shè)置，所以安裝于 固定孔321內(nèi)的固定管330也為相對設(shè)置，在同一側(cè)的相鄰的兩個固定管330之間形成水平 間隙331，在兩側(cè)的任意對稱設(shè)置的兩個固定管330之間形成垂直間隙332,由于本實施例 中，任意一側(cè)的固定孔321和固定管330的數(shù)量為3個，故在任意一側(cè)形成的水平間隙331有2 個，同時在兩側(cè)之間形成的垂直間隙332有3個。
[0050] 固定機構(gòu)300的安裝過程為：將兩個與所選鋼筋400匹配的卡箍311與兩個固定板 320簡單連接，在將卡箍311固定于鋼筋400上，固定板320插設(shè)于卡箍311的兩個半圓弧形板 之間，接著采用固定螺栓312將卡箍311和固定板320固定。接著在固定板320上的六個固定 孔321內(nèi)插入固定管330,固定管330的高度應(yīng)能滿足與混凝土保護層齊平，底部與固定板 320齊平或外伸一定長度再用環(huán)氧樹脂膠固定。通過固定環(huán)310、固定板320和固定管330的 裝配，形成的本實施例中提供的固定結(jié)構(gòu)。固定環(huán)310能連接固定板320并牢固的固定在鋼 筋400上構(gòu)成固定機構(gòu)300的骨架，固定板320作為支座用于安裝固定管330,固定管330用于 搭接應(yīng)變傳感器210、溫度傳感器220和PH值監(jiān)測設(shè)備230,同時起到保護應(yīng)變傳感器210、溫 度傳感器220和導(dǎo)線的作用。
[00511其中，地下混凝土結(jié)構(gòu)在施工運營過程中因外部的荷載的作用、地下腐蝕環(huán)境的 影響或因結(jié)構(gòu)的徐變使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的應(yīng)力應(yīng)變，當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變過大結(jié)構(gòu)會發(fā)生破壞，造成 巨大損失。本實施例中，通過將第一應(yīng)變傳感器211利用固定機構(gòu)300水平設(shè)置于鋼筋400的 上方且與鋼筋400的軸心線平行或斜交，實現(xiàn)對地下結(jié)構(gòu)在施工運營過程中內(nèi)因外因所致 內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變，可以實時掌握結(jié)構(gòu)安全狀況。具體地，通過將第一應(yīng)變傳感器211設(shè)置在水 平間隙331內(nèi)，本實施例中第一應(yīng)變傳感器211為兩個，且分別設(shè)置于兩個水平間隙331內(nèi)， 通過在固定管330對應(yīng)第一應(yīng)變傳感器211的位置設(shè)置安裝孔，將第一應(yīng)變傳感器211安裝 于該安裝孔內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂固定。兩個第一應(yīng)變傳感器211位于同一平面，這樣兩個第一 應(yīng)變傳感器211串聯(lián)能有效的增大裝置的監(jiān)測范圍。
[0052]由于第二應(yīng)變傳感器212水平設(shè)置于鋼筋400的上方且與鋼筋400的軸心線垂直或 斜交，本實施例中第二應(yīng)變傳感器212為4個，分別為1號傳感器212a、2號傳感器212b、3號傳 感器212c和4號傳感器212d，4個第二應(yīng)變傳感器212分別插設(shè)于垂直間隙332內(nèi)，固定管330 對應(yīng)第二應(yīng)變傳感器212的位置也設(shè)置有安裝孔，將第二應(yīng)變傳感器212安裝于該安裝孔 內(nèi)，并用環(huán)氧樹脂固定。具體地，垂直間隙332為三個，在任意相鄰的兩個垂直間隙332中安 裝上述4個第二應(yīng)變傳感器212,其中，1號傳感器212a和4號傳感器212d安裝于任意一個垂 直間隙332的上下位置，2號傳感器212b和3號傳感器212c安裝于相鄰的另一個垂直間隙332 的上下位置。1號傳感器212a距離鋼筋400的距離最近，約為2~3cm，4號傳感器212d距離鋼 筋400的距離最遠，不同的混凝土的結(jié)構(gòu)，4號傳感器212d距離鋼筋400的距離不同，通過4號 傳感器212d與混凝土保護層表面的距離來限定4號傳感器212d的位置，該4號傳感器212d距 離混凝土保護層表面3~5cm，2號傳感器212b和3號傳感器212c等間距的布設(shè)在1號傳感器 212a和4號傳感器212d之間，且固定連接于與其相對的固定管330上。
[0053]需要說明的是，本實施例中提供的固定板320、固定孔321、固定管330的尺寸以及 其數(shù)量，可根據(jù)實際情況進行選擇，而不局限于本實施例中提供的尺寸和數(shù)量。并且第一應(yīng) 變傳感器211和第二應(yīng)變傳感器212的數(shù)量、排布方式也可依據(jù)混凝土的保護層的厚度，以 及鋼筋400的長度進行增加或減少，或者進行其他的排布。
[0054]本實施例中，將溫度傳感器220插設(shè)于任意一根固定管330內(nèi)，優(yōu)選插入線路較少 的固定管330內(nèi)，并且將溫度傳感器220固定于固定管330的中間，避免溫度傳感器220與鋼 筋400直接接觸。由于光纖傳感器的特殊性，其對應(yīng)力、溫度的反應(yīng)都很靈敏，因此需要有效 的剝離溫度對傳感器的影響。本實施例通過將溫度傳感器220插設(shè)于固定管330內(nèi)，能有效 的消除溫度對其他傳感器的影響并且能實時的監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的變化。
[0055] 根據(jù)光纖光柵應(yīng)變傳感器的原理，假定溫度與應(yīng)變導(dǎo)致的中心波長是相互獨立 的，忽略光柵中心波長導(dǎo)致的靈敏度系數(shù)影響，因此通過計算光纖光柵應(yīng)變傳感器的輸出 波長時可同時考慮溫度和應(yīng)變的影響。
[0056] 裝置中應(yīng)變傳感器210波長為：
[0057] Δ ABi = aEie+ati Δ t
[0058] 裝置中溫度傳感器220波長為：
[0059] Δ AB2 = at2 Δ t
[0060] 得到檢測部位的應(yīng)變?yōu)椋?br>[0062] 檢測部位的應(yīng)變力為：
[0063] o = ke
[0064] 用于監(jiān)測混凝土內(nèi)應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展?fàn)顩r，由此為地下混凝土結(jié)構(gòu)安全提供參考。
[0065]地下混凝土結(jié)構(gòu)所處于惡劣的環(huán)境，其中鋼筋400銹蝕是結(jié)構(gòu)過早產(chǎn)生破壞的重 要原因。研究表明鐵銹的體積鋼至少是鋼筋400體積的1.5~3倍，體積增加所致膨脹將產(chǎn)生 較大的環(huán)向拉應(yīng)力，當(dāng)膨脹應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強度后，將導(dǎo)致混凝土開裂，氧氣、水 及氯離子等更快的滲入從而加速鋼筋400的銹蝕，因此混凝土結(jié)構(gòu)中的腐蝕發(fā)展、鋼筋400 銹蝕的要及時發(fā)現(xiàn)和診斷。裝置中監(jiān)測耐久性設(shè)施是位于自鋼筋400至保護層表面的PH值 探針和四個光纖傳感器。鑒于鋼筋400混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命與結(jié)構(gòu)破壞水平之間的對應(yīng)關(guān) 系，服役壽命包括腐蝕初期階段和發(fā)展階段。根據(jù)多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝 置100的監(jiān)測范圍，設(shè)定結(jié)構(gòu)破壞過程為：
[0067]依據(jù)所述時間可以將裝置與預(yù)警系統(tǒng)相連接，當(dāng)發(fā)展至tl時設(shè)定為藍色預(yù)警，發(fā) 展至t2~t4階段設(shè)定為黃色預(yù)警，到^設(shè)定為紅色預(yù)警。對地下混凝土結(jié)構(gòu)保護層的服役狀 態(tài)進行監(jiān)測，并且與溫度傳感器220、第一應(yīng)變傳感器211和第三應(yīng)變傳感器213采集的數(shù)據(jù) 共同進行分析，由此標(biāo)準(zhǔn)為地下混凝土結(jié)構(gòu)施工運營的安全提供參考。
[0068] 將所有由固定管330導(dǎo)出的光纖(包括應(yīng)變傳感器210和溫度傳感器220)及導(dǎo)線傳 入結(jié)構(gòu)表面的無線傳輸裝置中。
[0069] 本發(fā)明實施例對建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測的發(fā)展有積極的相應(yīng)。該多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐 蝕損傷監(jiān)測裝置100旨在建立結(jié)構(gòu)的多功能長期損傷監(jiān)測，根據(jù)光纖傳感器的特殊優(yōu)越性， 縮小了監(jiān)測裝置的體積，減少監(jiān)測工作對結(jié)構(gòu)的影響，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的多元監(jiān)測。
[0070] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，適于與地下混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連 接，其特征在于，包括監(jiān)測系統(tǒng)、用于傳輸所述監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信號的無線傳輸裝置、用于 將所述監(jiān)測系統(tǒng)與所述鋼筋連接的固定機構(gòu)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器 和PH值監(jiān)測設(shè)備，所述應(yīng)變傳感器、所述溫度傳感器和所述PH值監(jiān)測設(shè)備分別通過所述固 定機構(gòu)與所述鋼筋連接，所述應(yīng)變傳感器、所述溫度傳感器和所述PH值監(jiān)測設(shè)備分別與所 述無線傳輸裝置連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所述 溫度傳感器豎直設(shè)置于所述鋼筋的上方且與所述鋼筋的軸心線方向垂直或斜交。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所述 PH值監(jiān)測設(shè)備水平設(shè)置于所述鋼筋的上方且與所述鋼筋的軸心線方向垂直或斜交。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所述 應(yīng)變傳感器包括相互獨立的第一應(yīng)變傳感器、第二應(yīng)變傳感器和第三應(yīng)變傳感器，所述第 一應(yīng)變傳感器水平設(shè)置于所述鋼筋的上方且與所述鋼筋的軸心線平行或斜交，所述第二應(yīng) 變傳感器水平設(shè)置于所述鋼筋的上方且與所述鋼筋的軸心線垂直或斜交，所述第三應(yīng)變傳 感器與所述鋼筋的表面接觸，且沿平行于所述鋼筋的軸心線的方向設(shè)置，所述第一應(yīng)變傳 感器和所述第二應(yīng)變傳感器分別通過所述固定機構(gòu)與所述鋼筋連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所述 固定機構(gòu)包括固定管，所述固定管為多個且對稱設(shè)置于所述鋼筋的兩側(cè)，所述固定管與所 述鋼筋連接，所述固定管豎直設(shè)置且與所述鋼筋的軸心線方向垂直，所述第一應(yīng)變傳感器 和所述第二應(yīng)變傳感器均與所述固定管連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，任意 一側(cè)的相鄰兩個所述固定管之間形成水平間隙，所述水平間隙為多個，所述第一應(yīng)變傳感 器為多個，且分別插設(shè)于多個所述水平間隙內(nèi)，任意一個所述第一應(yīng)變傳感器的兩端分別 與和其相鄰的兩個所述固定管連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，多個 所述第一應(yīng)變傳感器串聯(lián)，且位于同一平面。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，兩側(cè) 任意對稱設(shè)置的兩個所述固定管之間形成垂直間隙，所述垂直間隙為多個，所述第二應(yīng)變 傳感器為多個，多個所述第二應(yīng)變傳感器插設(shè)于多個所述垂直間隙內(nèi)，任意一個所述第二 應(yīng)變傳感器的兩端分別與和其相鄰的兩側(cè)的所述固定管連接，多個所述第二應(yīng)變傳感器與 所述鋼筋的距離不同。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所述 固定機構(gòu)還包括固定環(huán)和固定板，所述固定環(huán)用于套設(shè)在所述鋼筋的外側(cè)，所述固定板與 所述固定環(huán)連接，所述固定板為兩個，兩個所述固定板對稱設(shè)置且分別位于所述鋼筋的兩 偵I所述固定板在對應(yīng)于所述固定管的部分設(shè)置有多個固定孔，多個所述固定管一一對應(yīng) 插設(shè)于多個所述固定孔內(nèi)。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能地下混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測裝置，其特征在于，所 述溫度傳感器插設(shè)于任意一根所述固定管內(nèi)。
【文檔編號】G01N17/00GK106018253SQ201610538967
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】李忠, 鄭佳, 史立新, 孫星, 李博, 丁仕文
【申請人】蘭州理工大學(xué)