CN103759666A - 一种圆形实心桩桩身应变监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形实心桩桩身应变光纤监测装置及方法，该装置包括圆形实心桩、单模传感光纤、布里渊光时域分析仪、胶水和环氧树脂，其中，所述的单模传感光纤通过胶水固定在圆形实心桩的表面，所述的环氧树脂涂抹在单模传感光纤上，所述的布里渊光时域分析仪分别连接单模传感光纤的两端。该方法将布里渊光时域分析仪连接到单模传感光纤的两端，组成测量回路；采集单模传感光纤的初始数据；当圆形实心桩桩身进行受到外界荷载作用后，采集单模传感光纤的实时数据；将实时数据和初始数据做差，即为在压力作用下的桩身应变值；根据圆形实心桩桩身应变值，进而推算出圆形实心桩的变形值和受力。该方法避免了传统应变片的安装方法困难且成活率不高的弊端，实现了圆形实心桩桩身应变的分布式连续性监测。

Description

一种圆形实心桩桩身应变监测装置及方法

技术领域

    本发明属于应变监测装置技术领域，具体地涉及一种圆形实心桩桩身应变监测装置及方法。

背景技术

圆形实心桩是应用广泛的一种桩型，具有生产成本小，施工工艺简单，技术难度低；比表面积大，单方混凝土的承载力高等优点。对圆形实心桩桩身应变的监测多采用电式应变片，由于应变片安装和布设操作复杂，成活率低，不能采集到桩身应变连续的数据。同时如果应变片埋入桩身过多，必须沿桩身导出多条应变片数据线，这样会影响到圆形实心桩的整体性和强度，应变片连接线过多，也易打结。为克服以上缺点，本发明引进新的布里渊光时域分析技术（BOTDA）光纤监测方法，将分布式传感光纤应用到圆形实心桩桩身应变的监测中，传感光纤采用普通单模光纤，所以光纤传感器的成本相对较低，加上成活率较高，因而可以大大节省监测费用，减少监测时间，提高监测效果。随着技术的发展，光纤数据采集设备的研发和制造费用也越来越低，故该项技术能够全面推广。

发明内容

为了克服现有圆形实心桩变形测量技术的问题，本发明提供了一种圆形实心桩桩身应变监测装置，包括圆形实心桩、单模传感光纤、布里渊光时域分析仪、胶水和环氧树脂，其中，所述的单模传感光纤通过胶水固定在圆形实心桩的表面，所述的环氧树脂涂抹在单模传感光纤上，所述的布里渊光时域分析仪分别连接单模传感光纤的两端。

优选的，在所述的圆形实心桩互成90度的表面上沿桩长方向开槽，并使槽相交于桩底面，在桩底面上呈十字形。

优选的，所述的单模传感光纤铺设在所述的槽中。

优选的，所述的环氧树脂是双组份液型软性自干型软胶，所述的环氧树脂填充在所述的槽中

优选的，所述的单模传感光纤的尺寸为0.9mm，槽深为5mm。

优选的，所述的单模传感光纤为普通单模光纤，在桩身与桩底交界处平滑过渡。

优选的，所述的单模传感光纤呈“U”型分布在圆形实心桩的表面槽中。

优选的，所述的圆形实心桩桩身应变监测装置还包括光纤保护细管，所述的光纤保护细管套装在伸出圆形实心桩桩头的单模传感光纤的端头。

本发明的另一目的是提供一种圆形实心桩桩身应变监测方法，包括以下步骤：

1）将布里渊光时域分析仪连接到单模传感光纤的两端，组成测量回路；利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的初始数据；

2）当圆形实心桩桩身进行受到外界荷载作用后，再次利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的实时数据；

 3）将步骤2）的实时数据和步骤1）中的初始数据做差，两次测量结果之差即为在压力作用下的桩身应变值；

4）根据步骤3）中的圆形实心桩桩身应变值，结合混凝土的弹性模量和桩径，进而推算出圆形实心桩的变形值和受力。

通过埋入分布式传感光纤，使其能够与混凝土协调同步变形，从而实现对桩身应变进行连续性监测，全面了解圆形实心桩的受力与变形特性。埋入的传感光纤成活率非常高，且具有能够避免电磁干扰，抗腐蚀，防水性能好等优点；另外，还具有测试精度高、漂移小和稳定性好等特点；最后，本发明具有光纤传感器施工工艺简单等特点。

本发明接线少、布线简单、成本低，不影响混凝土桩的强度和结构性；提高了抗电磁、抗高电压等外界抗干扰能力；能实现连续性监测、监测范围广、测量精度高；耐腐蚀、能够在各种恶劣的环境中工作，使用方便；能够准确的测量出桩身各部位的变形情况。

附图说明

   图1为圆形实心桩的平面图

图2为圆形实心桩的立体图

图3为光纤保护细管平面图

图4为测量回路平面图

图中：1 .圆形实心桩、2 .单模传感光纤、3 .光纤保护细管、4 .测量回路。

具体实施方式

    为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，本发明中的圆形实心桩桩身应变监测装置主要包括圆形实心桩1、单模传感光纤2、布里渊光时域分析仪（图中未示出）、胶水和环氧树脂，其中，所述的单模传感光纤2通过胶水固定在圆形实心桩1的表面，所述的环氧树脂涂抹在单模传感光纤2上，所述的布里渊光时域分析仪分别连接单模传感光纤2的两端。在圆形实心桩1互成90度的表面上沿桩长方向开槽，并使槽相交于桩底面，在桩底面上呈十字形。要求开槽平滑，深度均匀。单模传感光纤2铺设在所述的槽中。采用的环氧树脂是双组份液型软性自干型软胶，将环氧树脂填充在所述的槽中，单模传感光纤2的尺寸为0.9mm，槽深为5mm。所用的单模传感光纤2为普通单模光纤，在桩身与桩底交界处平滑过渡。

如图2-4所示，单模传感光纤2呈“U”型分布在圆形实心桩1的表面槽中。圆形实心桩1桩身应变监测装置还包括光纤保护细管3，所述的光纤保护细管3套装在伸出圆形实心桩1桩头的单模传感光纤2的端头。单模传感光纤2端头各预留0.5m的长度，将端头处单模传感光纤2穿过光纤保护细管3，以方便测量时接入布里渊光时域分析仪，要求传感光纤笔直微受力；用胶水固定光纤的两端，使传感光纤牢固粘贴在圆形实心桩的表面，待光纤微受力后，再均匀涂抹环氧树脂到槽内和光纤上，待环氧树脂凝固即完成传感光纤的布设，以确保传感光纤与圆形实心桩同步变形。

测量初值前需要对光纤重新标定。在实际应用中，光纤保护细管3为非软性直管，包括但不限于金属直管、塑料硬管或其他材料的非柔性直管。

下面说明圆形实心桩桩身应变监测方法，包括以下步骤：

1）将布里渊光时域分析仪连接到单模传感光纤的两端，组成测量回路；利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的初始数据；

2）当圆形实心桩桩身进行受到外界荷载作用后，再次利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的实时数据；

3）将步骤2）的实时数据和步骤1）中的初始数据做差，两次测量结果之差即为在压力作用下的桩身应变值；

4）根据步骤3）中的圆形实心桩桩身应变值，结合混凝土的弹性模量和桩径，进而推算出圆形实心桩的变形值和受力。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：包括圆形实心桩、单模传感光纤、布里渊光时域分析仪、胶水和环氧树脂，其中，所述的单模传感光纤通过胶水固定在圆形实心桩的表面，所述的环氧树脂涂抹在单模传感光纤上，所述的布里渊光时域分析仪分别连接单模传感光纤的两端。

2.根据权利要求1所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：在所述的圆形实心桩互成90度的表面上沿桩长方向开槽，并使槽相交于桩底面，在桩底面上呈十字形。

3.根据权利要求2所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的单模传感光纤铺设在所述的槽中。

4.根据权利要求3所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的环氧树脂是双组份液型软性自干型软胶，所述的环氧树脂填充在所述的槽中。

5.根据权利要求2或3所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的单模传感光纤的尺寸为0.9mm，槽深为5mm。

6.根据权利要求5所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的单模传感光纤为普通单模光纤，在桩身与桩底交界处平滑过渡。

7.根据权利要求6所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的单模传感光纤呈“U”型分布在圆形实心桩的表面槽中。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种圆形实心桩桩身应变监测装置，其特征在于：所述的圆形实心桩桩身应变监测装置还包括光纤保护细管，所述的光纤保护细管套装在伸出圆形实心桩桩头的单模传感光纤的端头。

9.一种利用权利要求1-7中任一项所述的圆形实心桩桩身应变监测装置进行的圆形实心桩桩身应变监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将布里渊光时域分析仪连接到单模传感光纤的两端，组成测量回路；利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的初始数据；

2）当圆形实心桩桩身进行受到外界荷载作用后，再次利用布里渊光时域分析仪采集单模传感光纤的实时数据；

3）将步骤2）的实时数据和步骤1）中的初始数据做差，两次测量结果之差即为在压力作用下的桩身应变值；

4）根据步骤3）中的圆形实心桩桩身应变值，结合混凝土的弹性模量和桩径，进而推算出圆形实心桩的变形值和受力。

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