CN103293105B - 一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置，属于结构工程领域中钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估，包括若干个与工程所用钢筋材质相同的钢筋棒、与钢筋棒数量相同的光纤光栅、基座、温度传感器、终端测试盒和检测仪，所述光纤光栅固定在钢筋棒上，钢筋棒固定在基座上，光纤光栅通过电缆与终端测试盒连接，终端测试盒与检测仪连接，所述温度传感器固定在基座上，本发明有益效果为信号敏感性高、连续性强、稳定性好，利于采集和分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置，属于结构工程领域中钢筋混凝土结构的耐久性检测和评估。
背景技术
钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性退化的最主要原因，及早发现和诊断是钢筋混凝土结构耐久性评定、剩余使用寿命预测、维修方案的选择、最终形成耐久性综合评判系统的重要前提。尤其是对于沿海大型基础设施，受到海洋环境的侵蚀，海工混凝土结构的耐久性和工程寿命是否达标是一项众人关注的现实难题。
目前钢筋混凝土结构耐久性研究主要基于“耐久性设计与再设计”的做法，动态获得结构原体耐久性关键参数的信息反馈。研究分为对新建结构耐久性的预警和对已有结构耐久性的检测。二十世纪八十年代末，德国亚琛工业大学土木工程研究所（ibac，RWTH Aachen）首先发明了梯形阳极混凝土结构预埋式耐久性无损监测传感系统，经过多个国家的试用，已收到较为可靠的效果。对于已建成的重要基础设施工程，为了跟踪混凝土结构的耐久性情况，国外还研发了后装环形阳极监测系统。目前我国国内的研究主要是通过购买国外的检测设备，缺点是成本较高，检测预警系统自主研发的研究还鲜有报道。
发明内容
本发明旨在开发一种钢筋混凝土结构中无损的钢筋锈蚀预警方法，建立钢筋混凝土耐久性预警系统，达到了简化工艺，降低成本，不破坏混凝土结构的完整性，对结构的强度和耐久性没有影响的效果，适合在实际结构和试验室试验中大量使用。
本发明提供了一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置，包括若干个与工程所用钢筋材质相同的钢筋棒、与钢筋棒数量相同的光纤光栅、基座、温度传感器、终端测试盒和检测仪，所述光纤光栅固定在钢筋棒上，钢筋棒固定在基座上，光纤光栅通过电缆与终端测试盒连接，终端测试盒与检测仪连接，所述温度传感器固定在基座上。
本发明所述钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置基于钢筋腐蚀后体积膨胀这一特点，采用光纤布拉格光栅测量钢筋应变，得到波长随腐蚀时间的变化关系，建立波长和腐蚀深度之间的变化规律。光纤光栅具有抗干扰、耐酸碱、抗腐蚀的能力，一根光纤上可以同时完成几十个点的腐蚀测量，能够实现绝对测量，即测量不必连续进行，便于重复使用，适用于室外长期连续工作。
本发明所述钢筋棒形状优选为圆弧形，其他形状也可以达到检测钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀程度的效果，但是信号处理与数据分析较为繁琐。
钢筋锈蚀后体积膨胀，钢筋纵向变化不明显，如果沿纵向固定光纤光栅很难检测出钢筋的锈蚀程度，现有技术中将光纤光栅缠绕在钢筋棒上，但光纤光栅长期处于高度弯曲的状态影响其使用寿命，不利于长期监测，本发明的光纤光栅固定在圆弧形钢筋棒上可以减小光纤光栅的弯曲程度，有效提高其使用寿命，同时达到检测钢筋体积膨胀的目的。
本发明所述钢筋棒数量优选为4～6个，钢筋棒数量由混凝土保护层厚度决定。
本发明所述基座优选为包括用于固定钢筋棒的凹槽、用于调节高度的螺杆。
本发明所述钢筋棒优选为等距固定在基座上，非等距也可以达到检测钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀程度的效果，但是不利于数据分析腐蚀发展的过程。
本发明有益效果为：
①采用光纤光栅代替现有技术中的原电池，简化了制作工艺和安装步骤，缩短了缆线的长度，由于光纤光栅具有抗电磁干扰的能力，能够显著改善由于阴极保护等原因造成的原有检测系统信号的不确定性，信号敏感性高，连续性强，稳定性好，利于采集和分析；
②填补了国内自主研发钢筋混凝土结构耐久性无损检测预警系统的空白，相比于国外进口的阳极梯设备，具有成本低、工艺简单、使用方便等特点，尤其适合在试验室模拟试验中大量使用；
③采用半圆弧状钢筋段代替直钢筋，光纤光栅采用沿圆周粘贴的方式代替沿横截面缠绕的方式可以有效减小光纤光栅的弯曲状态，显著提高传感装置的使用寿命。
附图说明
本发明附图2幅，
图1为钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置结构示意图；
其中，1、钢筋棒，2、光纤光栅，3、基座，4、温度传感器，5、终端测试盒，6、检测仪。
图2为基座结构示意图；
其中，31、凹槽，32、螺杆。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置，包括5个与工程所用钢筋材质相同的钢筋棒1、5个光纤光栅2、基座3、温度传感器4、终端测试盒5和检测仪6，所述光纤光栅2粘贴在钢筋棒1上，用于测量光纤所受拉伸应变，钢筋棒1等距固定在基座3的凹槽31上，螺杆32用于调节基座3的高度，使5个钢筋棒埋设在混凝土保护层中的不同深度，光纤光栅2通过电缆与终端测试盒5连接，终端测试盒5与检测仪6连接，所述温度传感器4固定在基座3上，用于温度修正光纤信号，由于腐蚀是从混凝土外表面向混凝土保护层内逐渐发展，埋置于不同深度的钢筋棒的腐蚀时间存在先后关系，以此建立钢筋脱钝前锋面，为结构钢筋的腐蚀提供预警。
现有技术中的钢筋混凝土结构耐久性检测系统中应用最为广泛的是德国亚琛工业大学土木工程研究所研制的梯形阳极耐久性无损检测系统，通过半电池电位法检测电学信号来检测钢筋的锈蚀。该系统存在抗电磁与温湿干扰能力差、测量系统易发生漂移、难以实时修正脱钝前锋面发展进程等问题。本发明采用光纤光栅代替阳极梯中的原电池结构，用应变信号代替电位信号来检测钢筋的腐蚀状况，具有耐久性强、稳定性好、可分布式测量、不受电磁干扰和价格低廉等优点，其成本远小于梯形阳极耐久性无损检测系统，可用于大型结构的长期测量和试验室短期对比试验。
Claims (3)
1.一种钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀的光纤光栅检测装置，包括若干个与工程所用钢筋材质相同的圆弧形钢筋棒(1)、与钢筋棒(1)数量相同的光纤光栅(2)、基座(3)、温度传感器(4)、终端测试盒(5)和检测仪(6)，所述光纤光栅(2)固定在钢筋棒(1)上，钢筋棒(1)等距固定在基座(3)上，钢筋棒(1)埋设在混凝土保护层中的不同深度，光纤光栅(2)通过电缆与终端测试盒(5)连接，终端测试盒(5)与检测仪(6)连接，所述温度传感器(4)固定在基座(3)上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述钢筋棒(1)数量为4～6个。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述基座(3)包括用于固定钢筋棒的凹槽(31)、用于调节高度的螺杆(32)。
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