CN104198366A - 一种后张预应力混凝土结构钢绞线锈蚀监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种后张预应力混凝土结构钢绞线锈蚀监测方法，该方法取与钢绞线所用同牌号高强钢丝在中部进行切割，形成矩形薄片截面；取矩形截面的宽度方向的一个侧面作为锈蚀监测面，沿钢丝截面高度方向距锈蚀监测面的不同高度位置设置连续的应变测点，采用聚酯材料封装除锈蚀监测面外的三个侧面；对中间钢丝薄片施加等于实际监测钢绞线的张拉控制应力并锚固在辅助框架上，钢丝薄片形成平面应力状态；将锈蚀监测装置放入预埋预应力钢绞线套管内靠近锚固端位置或弯矩最大位置，注浆硬化后锈蚀监测装置与结构形成整体；方法具有灵敏性高、稳定、可靠的优点，对钢绞线锈蚀实现长期监测，避免了混凝土内各种离子、杂散电流对钢绞线表面微环境的破坏。

Description

一种后张预应力混凝土结构钢绞线锈蚀监测方法

技术领域

本发明属于土木工程结构健康监测技术，尤其是涉及钢筋混凝土结构耐久性技术，应用于后张预应力混凝土结构内预应力损失与钢绞线锈蚀长期监测或定期检测。

背景技术

现有技术及存在问题：从化学成分和晶体结构上来看，钢绞线的含碳量大，微电池锈蚀的阴极多，因而锈蚀倾向显著；钢绞线发生局部锈蚀将使其抗拉承载力受到严重削弱，这对正常工作状态下处于较高应力状态的钢绞线而言会产生严重的破坏，因此对钢绞线锈蚀进行长期监测十分重要。但目前对钢绞线锈蚀监测的方法或传感器设计相对缺乏，现有技术主要有两类方法：(1)采用混凝土垫层和布里渊光纤缠绕的方法对钢绞线受腐蚀膨胀进行监测，但存在锈蚀产物膨胀受周围混凝土约束，导致初期难以监测或灵敏度较差的现象，且光纤缠绕影响了离子和水分的渗入，不能保证腐蚀条件与真实情况一致；(2)现场检测技术，X射线法、半电池电位法等一系列运用于钢筋混凝土结构锈蚀监测的现场检测技术都可以运用于钢绞线的锈蚀监测。但这些方法存在许多不足，电化学方法受到混凝土内环境或各种离子干扰，实测数据与真实情况差别较大，人工检测采用的物理方法无法准确监测钢绞线锈蚀的初始时间，且不适合频繁的检测，因此不适合进行长期在线监测应用。

发明内容

本发明的目的解决后张预应力混凝土结构预应力钢绞线初始锈蚀时间与锈蚀程度的长期在线监测，并可监测结构长期预应力损失，通过构造钢丝薄片处于平面应力状态，并预留锈蚀监测面实现对后张预应力混凝土结构内钢绞线初始锈蚀时间和锈蚀程度的定量监测。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种后张预应力混凝土结构钢绞线锈蚀监测方法，所述监测方法包括步骤：

1)取与钢绞线所用同牌号高强钢丝在中部进行切割，形成矩形薄片截面，该薄片作为传感元件；

2)取矩形截面的宽度方向的一个侧面作为锈蚀监测面(8)，沿钢丝截面高度方向的两侧面不同高度设置连续应变测点(4)；

3)对锈蚀监测面之外的其它3个表面采用聚酯材料进行防腐保护，聚酯材料与钢丝间采用防腐处理；

4)将该薄片与辅助框架连接形成锈蚀监测装置，对中间钢丝薄片施加预拉应力，其中锈蚀监测钢丝薄片初始预拉应力等于实际监测钢绞线的张拉控制应力；

5)钢丝薄片锚固后通过锈蚀监测装置两侧横梁作用上下边框产生预压应力，薄片形成平面应力状态；

6)张拉结束后，在注浆前将锈蚀监测装置放入钢绞线套管内靠近锚固端位置、弯矩最大位置或其他待监测部位，设置锈蚀监测面朝向侵蚀离子侵入方向；

7)注浆凝固硬化后锈蚀监测装置与结构形成整体，锈蚀监测装置可与结构整体一起变形；

8)通过钢丝薄片截面不同高度处连续应变测点监测数据，判断预应力钢绞线初始锈蚀时间；通过相应程序计算锈蚀程度与锈蚀速率；根据未锈蚀截面上连续应变测点长期的应变变化判断结构预应力损失。

所述锈蚀监测装置(13)包括框架(1)、中部钢丝薄片(2)和钢丝锚具(7)，在钢丝薄片截面高度方向距所述锈蚀检测面(8)不同高度处设置连续应变测点(4)并通过钢丝锚具(7)安装在框架(1)中，所述钢丝锚具(7)对中部钢丝薄片(2)进行预应力加载并锚固。

所述锈蚀监测装置(13)埋设前，其框架(1)的上下边框、两侧横梁与钢丝锚具需做防腐处理，防止使用过程发生腐蚀；其中部钢丝薄片(2)与左右横梁接触部位需做电隔离(绝缘)处理，避免发生异金属电偶腐蚀。

所述连续应变测点(4)高空间分辨率分布式光纤，通过高性能胶水粘贴在预应力中部钢丝薄片(2)截面上，通过传输光纤与相应解调仪连接。

所述连续应变测点(4)上靠近钢丝锚具(7)处预留一段光纤不与预应力钢丝薄片(2)粘贴，用于监测温度并进行温度补偿。

所述分布式应变测点(4)采用一系列链式应变片组，所述每个链式应变片组内有10个应变测量片和1个用于温度补偿的温度补偿片。

所述链式应变片组内应变片栅长0.6mm，相邻应变片中心距1mm，通过高性能胶水粘贴在预应力中部钢丝薄片(2)截面上的不同高度处，所述应变片组通过焊接端子和导线与相应的应变仪连接，连续监测长度方向上各测点的平均应变。

本方法实现了对后张预应力混凝土结构内预应力损失监测与钢绞线的锈蚀监测，不受周围混凝土内各种离子等环境因素的影响，锈蚀监测面与实际监测位置钢绞线锈蚀情况一致，中部钢丝薄片处于平面应力状态，局部锈蚀后形成应力集中，根据连续应变测点的应变变化实现对钢绞线的初始锈蚀时间及锈蚀程度的监测。方法具有灵敏性高、稳定、可靠的优点，可以实现钢绞线锈蚀进行长期、定量监测，同时可实现预应力损失的长期监测，避免了混凝土内各种离子、温度、含水率、杂散电流的影响，避免对钢绞线表面微环境的破坏。

附图说明

图1锈蚀监测装置示意图；

图2锈蚀监测钢丝薄片截面图；

图3钢丝薄片上应变测点布置示意图。

图4锈蚀监测装置布置位置示意图

1辅助框架、2中部钢丝薄片、3混凝土、4连续应变测点、5聚酯材料护套、6防腐层、7钢丝锚具、8锈蚀监测面、9钢绞线锚具、10套管、11钢绞线、12混凝土构件、13锈蚀监测装置

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：选取与钢绞线所用同牌号的高强钢丝，截取一定长度并切割形成矩形薄片截面如图2、3所示，中部钢丝薄片上不同高度处布置连续应变测点(4)(图2、3所示)，连续应变测点(4)采用高空间分辨率分布式光纤(单模光纤)，通过高性能胶水粘贴在不同截面高度处，通过传输光纤与相应光纤解调仪连接，高空间分辨率分布式光纤可连续监测长度方向上(图3所示)，每毫米长度上的平均应变，靠近钢丝锚具处预留一段光纤不与钢丝薄片粘贴，用于监测温度并进行温度补偿(下文监测应变均为补偿后应变)，采用聚酯材料封装其三个表面，仅保留一个端面作为锈蚀监测面(8)(如图2所示)，通过两端钢丝锚具对钢丝进行预应力加载与锚固，通过连续应变测点监测实际加载应力，钢丝薄片张拉应力等于监测钢绞线的张拉控制应力，钢丝薄片形成平面应力状态。在后张预应力张拉后孔道注浆前将其布置于钢绞线套管内靠近锚固端位置、弯矩最大位置或其他待监测部位，锈蚀监测面朝向侵蚀离子侵入方向，注浆凝结硬化后与结构形成整体。由于钢丝薄片三个面受到聚酯材料的保护，锈蚀监测面虽然与砂浆接触，但接触面积较小，可不考虑砂浆的粘结作用，在结构服役过程中一旦锈蚀监测面发生局部锈蚀，钢丝薄片局部锈蚀区域形成应力集中，局部应变发生突变，靠近该位置的高空间分辨率分布式光纤与该区域共同变形，因此应变信号发生突变，在锈蚀区域不同截面高度上应变变化不同，越靠近锈蚀区域的应变变化越大，同一截面高度未发生锈蚀部位的应变变化很小，可根据钢丝薄片不同高度处连续应变测点监测数据变化采用相应计算程序计算该区域预应力钢绞线的初始锈蚀时间和锈蚀程度。未腐蚀区域不同截面上分布式光纤应变测点长期应变变化可用于评估结构的长期预应力损失情况。

实施例2：选取与钢绞线所用同牌号的高强钢丝，截取一定长度并切割形成矩形薄片截面如图2、3所示，中部钢丝薄片上不同高度处布置连续应变测点(4)(图2、3所示)，连续应变测点采用链式应变片组(如HBMKY11-1/120)，每个链式应变片组内有10个测量片，1个温度补偿片用于温度补偿(下文监测应变均为补偿后应变)，单个应变片栅长0.6mm，相邻应变片中心距1mm，通过高性能胶水粘贴在不同截面高度处，通过焊接端子、导线与应变仪连接，链式应变片组可连续监测长度方向上(图3所示)各测点的平均应变，测点间距1mm，采用聚酯材料封装其三个表面，仅保留一个端面作为腐蚀监测面(8)(如图2示)，通过连续应变测点监测实际加载应力，钢丝薄片张拉应力等于监测钢绞线的张拉控制应力，钢丝薄片形成平面应力状态。在后张预应力张拉后孔道注浆前将其布置于钢绞线套管内靠近锚固端位置、弯矩最大位置或其他待监测部位，锈蚀监测面朝向侵蚀离子侵入方向，注浆凝结硬化后与结构形成整体。由于钢丝薄片三个面受到聚酯材料的保护，锈蚀监测面虽然与砂浆接触，但接触面积较小，可不考虑砂浆的粘结作用，在结构服役过程中一旦腐蚀监测面发生局部锈蚀，钢丝薄片局部锈蚀区域形成应力集中，局部应变发生突变，靠近该位置的链式应变片组与该区域共同变形，因此应变信号发生突变，在锈蚀区域不同截面高度上应变变化不同，越靠近锈蚀区域的应变变化越大，同一截面高度未发生锈蚀部位的应变变化很小，可根据钢丝薄片不同高度处连续应变测点监测数据变化采用相应计算程序计算该区域预应力钢绞线的初始锈蚀时间和锈蚀程度。未腐蚀区域不同截面上链式应变片组测点长期应变变化可用于评估结构的长期预应力损失情况。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种后张预应力混凝土结构内钢绞线锈蚀监测方法，其特征在于，所述监测方法包括步骤：

1）取与所用钢绞线同牌号高强钢丝在中部进行切割，形成矩形薄片截面，该薄片作为传感元件；

2）取矩形截面宽度方向的一个侧面作为锈蚀监测面，沿钢丝切割高度方向的截面的不同高度位置设置连续的应变测点；

3）对钢丝锈蚀监测面之外的其它3个表面采用聚酯材料进行防腐保护，聚酯材料与钢丝间采用防腐处理；

4）将该薄片与辅助框架连接形成锈蚀监测装置，对中间钢丝薄片施加预拉应力并锚固在辅助框架上，其中锈蚀监测钢丝薄片初始预拉应力等于实际监测钢绞线的张拉控制应力；

5）钢丝薄片锚固后通过锈蚀监测装置两侧横梁作用上下边框产生预压应力，钢丝薄片形成平面应力状态；

6）预应力钢绞线张拉结束后，在注浆前将锈蚀监测装置放入钢绞线套管内靠近锚固端位置、弯矩最大位置或其他待监测部位，设置锈蚀监测面朝向侵蚀离子侵入方向；

7）注浆凝结硬化后锈蚀监测装置与结构形成整体，锈蚀监测装置可与结构整体一起变形；

8）通过钢丝薄片截面不同高度处连续应变测点监测数据，判断钢绞线初始锈蚀时间；通过相应程序计算锈蚀程度与锈蚀速率；根据未锈蚀截面上连续应变测点长期的应变变化判断结构预应力损失。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述锈蚀检测装置（13）包括框架（1）、中部钢丝薄片（2）和钢丝锚具（7），在距所述锈蚀监测面（8）不同高度处设置连续应变测点（4）并通过钢丝锚具（7）安装在框架（1）中，所述钢丝锚具（7）对中部钢丝薄片（2）进行预应力加载并锚固，在除锈蚀监测面（8）以外的三个表面采用聚酯材料护套（5），钢丝薄片与聚酯材料护套（5）间设置防腐层（6）。

3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述连续应变测点（4）为高空间分辨率分布式光纤，通过高性能胶水粘贴在预应力中部钢丝薄片（2）截面上，沿纵向不同截面高度处，并通过传输光纤与相应解调仪连接。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述连续应变测点（4）上靠近钢丝锚具（7）处预留一段光纤不与预应力钢丝薄片（2）粘贴，用于监测温度并进行温度补偿。

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述锈蚀监测装置（13）埋设前，其框架（1）的上下边框、两侧横梁与钢丝锚具需做防腐处理，防止使用过程发生腐蚀；其中部钢丝薄片（2）与左右横梁接触部位需做电隔离（绝缘）处理，避免发生异金属电偶腐蚀。

6.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述分布式应变测点（4）采用一系列的链式应变片组，所述每个链式应变片组内有10个应变测量片和1个用于温度补偿的温度补偿片。

7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于，所述链式应变片组内应变片栅长0.6mm，相邻应变片中心距1mm，通过高性能胶水粘贴在预应力钢丝薄片（2）截面上的不同高度处，所述应变片组通过焊接端子和导线与相应的应变仪连接，连续监测长度方向上各测点的平均应变。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于，所述锈蚀监测装置（13）埋设前，其框架（1）的上下边框、两侧横梁与钢丝锚具需做防腐处理，防止使用过程发生腐蚀；其中部钢丝薄片（2）与左右横梁接触部位需做电隔离（绝缘）处理，避免发生异金属电偶腐蚀。