CN106368381A - 受弯构件及制作方法、建筑物裂缝修复系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于钢筋混凝土技术领域，提供了一种受弯构件及制作方法、建筑物裂缝修复系统及使用方法。建筑物裂缝修复系统包括受弯构件以及激励系统，激励系统包括计算机、程控电源以及电阻检测系统，电阻检测系统包括放大器以及模数转换器。受弯构件包括混凝土与其内部的钢筋以及形状记忆合金构件。受弯构件中预留有第一、第二预留电线，第一预留电线接入程控电源以及放大器，第二预留电线接入计算机。振动发生后，形状记忆合金构件发生超弹性变形吸收振动能量，并将其转变成热能耗散，使振动得到控制。在建筑物开裂时，对形状记忆合金构件进行电加热处理，形状记忆合金升温收缩可对裂缝进行自修复作用，实现了建筑结构的安全性以及实用性的优化。

Description

受弯构件及制作方法、建筑物裂缝修复系统及使用方法

技术领域

本发明属于钢筋混凝土技术领域，提供了一种受弯构件及制作方法、建筑物裂缝修复系统及使用方法。

背景技术

混凝土结构在现代建筑领域之中应用广泛为了进一步满足建筑结构的安全性、适用性、耐久性，人们对钢筋混凝土的性能有了更高的要求。

如今建筑构件受振动影响产生裂缝并逐渐失效这一现象开始逐渐受到重视，特别是在一些受振动影响较大的建筑环境中，如地震高发区的建筑、高架地铁站、高铁站等更容易出现上述现象。对于钢筋混凝土结构，裂缝是建筑物破坏的最主要的现象。在钢筋混凝土结构中，尤其是梁、板构件，常常发生不同程度和类型的裂缝，严重影响了建筑物安全性以及实用性。裂缝的危害主要有以下几点：(1)在建筑物的使用过程中，会因荷载应力、结构变形应力以及年温差应力的影响，使混凝土构件的裂缝加大、加深，以致影响其承载能力；(2)混凝土构件的开裂导致受力钢筋暴露并逐渐锈蚀，这不仅降低了钢筋的受力截面积，而且钢筋一旦锈蚀会比原体积膨胀2.5～3倍，从而造成严重的破坏；(3)随着时间的延续，构件内的钢筋再锈蚀，就会逐渐扩展延伸，混凝土的开裂、剥落势必愈加严重，尤其在环境潮湿或有腐蚀性气体的条件下，这种结构破坏会更快、更加严重，甚至会酿成结构倾塌事故。因此，如何杜绝或者缓解建筑物出现裂缝这一现象，成为了众多工程师们关注的焦点。

随着材料技术的发展，形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)逐渐为人们所了解，其形状记忆效应、超弹性性能的特点更是受到了人们的高度青睐。形状记忆合金(SMA)是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金，常用于研究混凝土材料中的有Ti-Ni合金、Cu-Zn合金等。

超(伪)弹性：指的是SMA(奥氏体状态)在较大外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变，且在卸载后能自动恢复的能力。与普通金属相比，SMA在弹性范围内的应变量可以达到8％以上。

形状记忆效应：SMA在相对高温的情况下为奥氏体状态，将其冷却到相对低温时，SMA中的奥氏体发生相变，转变为马氏体，如果在此时对SMA施加外力并留下较大的塑性变形，然后再将其加热至原来的高温状态时，马氏体就会转变回奥氏体，同时SMA会自动恢复到高温时的形状。SMA的可恢复的应变量可达8％左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种受弯构件及制作方法、建筑物裂缝修复系统及使用方法，旨在解决现有技术中的钢筋混凝土结构常常发生不同程度和类型的裂缝，严重影响了建筑物安全性以及实用性的问题。

本发明是这样实现的，一种受弯构件，包括混凝土以及嵌置于所述混凝土内部的钢筋，所述受弯构件还包括形状记忆合金构件，所述形状记忆合金构件嵌置于所述混凝土内，并且，所述形状记忆合金构件预留有用于接入外界电源的区域，所述区域伸出混凝土的外表面或者通过与其电连接的导体伸出所述混凝土的外表面。

进一步地，所述受弯构件还包括热电偶传感器，所述热电偶传感器通过铁丝和胶带绑定在所述形状记忆合金构件上。

进一步地，所述受弯构件还包括第一预留电线以及第二预留电线，所述第一预留电线的一端与形状记忆合金构件电连接，其另一端伸出所述混凝土；所述第二预留电线的一端与热电偶传感器电连接，其另一端伸出所述混凝土。

进一步地，所述混凝土的长度方向、宽度方向以及高度方向均布置有多根所述的钢筋，并且，沿所述混凝土长度方向、宽度方向以及高度方向的钢筋相互连接构成立体框架，所述形状记忆合金构件与所述立体框架连接。

进一步地，所述形状记忆合金构件沿所述混凝土的长度方向延伸，并且贯穿所述混凝土长度方向的两端。

进一步地，所述形状记忆合金构件整体呈丝状、绞线状、棒状、片状或者板块状。

本发明为解决上述技术问题，还再提供了所述受弯构件的制作方法，包括以下的步骤：

S11、计算出正常负荷情况下整体构件所需的普通钢筋和形状记忆合金构件的数量；

S12、架设受弯构件的模板，绑普通钢筋，并布置形状记忆合金构件；

S13、将热电偶传感器用胶带和铁丝绑定在形状记忆合金构件上；

S14、预留第一预留电线以及第二预留电线，并将第一预留电线的一端与形状记忆合金构件相连接，第二预留电线的一端与热电偶传感器相连接；

S15、浇筑混凝土，并确保第一预留电线的另一端以及第二预留电线的另一端均伸出混凝土外部，并对混凝土进行养护；

S16、待混凝土养护到期后，拆去模板，即完成受弯构件的制作。

本发明为解决上述技术问题，还再提供了一种建筑物裂缝修复系统，包括上述的受弯构件以及激励系统，所述激励系统包括计算机、程控电源以及电阻检测系统；所述电阻检测系统包括放大器以及模数转换器；所述计算机与程控电源以及模数转换器电连接；所述模数转换器与放大器电连接；所述第一预留电线伸出混凝土的一端接入所述程控电源以及放大器；所述第二预留电线伸出混凝土的一端接入所述计算机。

本发明为解决上述技术问题，还再提供了一种建筑物裂缝修复系统的使用方法，包括以下的步骤：

S21、将预制好的受弯构件安装到建筑物上；

S22、计算机通过电阻检测系统实时监控形状记忆合金构件的电阻变化率；

S23、当计算机监控到的形状记忆合金构件的电阻变化率达到预设的值时，即建筑物产生裂缝时，计算机激活并控制程控电源输出某一数值的直流电对形状记忆合金构件进行通电加热；

S24、计算机和热电偶传感实时测量形状记忆合金构件的温度变化；

S25、当形状记忆合金构件的温度达到预计的温度，即代表形状记忆合金构件已提供了足够的应力时，停止加热，当建筑物再次产生裂缝时，再次加热形状记忆合金构件，直到形状记忆合金构件已提供足够的应力为止。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的受弯构件中嵌置具有超弹性特征的形状记忆合金构件，振动发生后，所产生的荷载能使形状记忆合金构件发生具有高阻尼特性的超弹性形变，吸收大量的振动能量，并将其转变成热能或其他可以耗损的能量，从而使振动得到控制。另外，利用形状记忆合金构件的形状记忆效应，在混凝土浇筑完成之后，通过对混凝土中的形状记忆合金构件进行通电加热处理，使其发生形状记忆效应，可为受弯构件提供必要的预应力；并且，在建筑物开裂时，通过对形状记忆合金构件进行电热处理，可对裂缝进行自修复作用，实现了建筑结构的安全性以及实用性的优化。

附图说明

图1a是本发明实施例一提供的一种建筑物裂缝修复系统的结构示意图。

图1b是图1a中的受弯构件的沿其宽度方向的剖视示意图。

图1c是图1c中的受弯构件的沿其长度方向的剖视示意图。

图2a是本发明实施例二提供的一种建筑物裂缝修复系统的结构示意图。

图2b是图2a中的受弯构件的沿其宽度方向的剖视示意图。

图2c是图2c中的受弯构件的沿其长度方向的剖视示意图。

图3a是本发明实施例三提供的一种建筑物裂缝修复系统的结构示意图。

图3b是图3a中的受弯构件的沿其宽度方向的剖视示意图。

图3c是图3c中的受弯构件的沿其长度方向的剖视示意图。

图4a是本发明实施例四提供的一种建筑物裂缝修复系统的结构示意图。

图4b是图4a中的受弯构件的沿其宽度方向的剖视示意图。

图4c是图4c中的受弯构件的沿其长度方向的剖视示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1a至图1c所示，为本发明的实施例一，一种建筑物裂缝修复系统，包括受弯构件以及激励系统。

上述受弯构件包括混凝土1、嵌置于混凝土1内部的钢筋2、形状记忆合金构件3、热电偶传感器(图中未示出)、第一预留电线4以及第二预留电线(图中未示出)。上述激励系统包括计算机5、程控电源6以及电阻检测系统(图中未示出)。上述电阻检测系统包括放大器(图中未示出)以及模数转换器(图中未示出)。

形状记忆合金构件3预留有用于接入外界程控电源的区域，该区域伸出混凝土1的外表面或者通过与其电连接的导体伸出混凝土1的外表面。于本实施例中，该区域与第一预留电线4的一端电连接，并通过第一预留电线4的另一端伸出混凝土1的外表面。热电偶传感器通过铁丝和胶带绑定在形状记忆合金构件3上。第二预留电线的一端与热电偶传感器电连接，其另一端伸出混凝土1。上述的导体不限制于电线，除电线外，还包括一切能导电的固体部件。

具体地，上述形状记忆合金构件3整体呈丝状、绞线状或棒状。多根形状记忆合金构件3间隔布置于混凝土1靠近其底部的位置上；形状记忆合金构件3沿混凝土1的长度方向延伸，并且贯穿混凝土1长度方向的两端。

本实施例的受弯构件，整体呈长方体状，其自身的高度大于宽度。混凝土1沿其长度方向、宽度方向以及高度方向均布置有多根钢筋2，并且，其长度方向、宽度方向以及高度方向的钢筋2相互连接构成立体框架，形状记忆合金构件3与立体框架连接，通过该立体框架的结构，使得受弯构件在各个方向均具有较强的抗压能力。

上述计算机5与程控电源6以及模数转换器电连接，模数转换器与放大器电连接，第一预留电线4的一端接入程控电源6以及放大器，其另一端与形状记忆合金构件3电连接。热电偶传感器通过铁丝与胶带绑定在形状记忆合金构件3上，第二预留电线的一端与热电偶传感器电连接，其另一端接入计算机5。

制作上述受弯构件的具体步骤如下：

S11、计算出正常负荷情况下整体构件所需的普通钢筋2和形状记忆合金构件3的数量；

S12、架设受弯构件的模板，绑普通钢筋2，并布置形状记忆合金构件3；

S13、将热电偶传感器用胶带和铁丝绑定在形状记忆合金构件3上；

S14、预留第一预留电线4以及第二预留电线，并将第一预留电线4的一端与形状记忆合金构件3相连接，第二预留电线的一端与热电偶传感器相连接；

S15、浇筑混凝土1，并确保第一预留电线4的另一端以及第二预留电线的另一端均伸出混凝土1外部，并对混凝土1进行养护；

S16、待混凝土1养护到期后，拆去模板，即完成受弯构件的制作。

上述建筑物裂缝修复系统的使用方法如下：

S21、将预制好的受弯构件安装到建筑物上，并安置好计算机5与程控电源6；

S22、计算机5通过电阻检测系统实时监控形状记忆合金构件3的电阻变化率；

S23、当计算机5监控到的形状记忆合金构件3的电阻变化率达到预设的值时，即建筑物产生裂缝时，计算机5激活并控制程控电源6输出某一数值的直流电对形状记忆合金构件3进行通电加热；

S24、计算机5和热电偶传感实时测量形状记忆合金构件3的温度变化；

S25、当形状记忆合金构件3的温度达到预计的温度，即代表形状记忆合金构件3已提供了足够的应力时，停止加热，当建筑物再次产生裂缝时，再次加热形状记忆合金构件3，直到形状记忆合金构件3已提供足够的应力为止。

上述形状记忆合金构件3是具有单程形状记忆效应的、处于马氏体和奥氏体共存状态的形状记忆合金。只有满足第一个条件，形状记忆合金构件3才能在停止通电加热后不会因为温度下降而松弛；只有满足第二个条件，形状记忆合金构件3才能同时具有形状记忆效应和超弹性。

本实施的受弯构件中嵌置有超弹性和高阻尼特征的形状记忆合金构件3，振动发生后，所产生的荷载能使形状记忆合金构件3发生具有高阻尼特性的超弹性形变，吸收大量的振动能量，并将其转变成热能或其他可以耗损的能量，从而使振动得到控制。另外，利用形状记忆合金构件3的形状记忆效应，在混凝土1浇筑完成之后，通过对混凝土1中的形状记忆合金构件3进行通电加热处理，使其发生形状记忆效应，可为受弯构件提供必要的预应力。并且，在建筑物开裂时，通过对形状记忆合金构件3进行电热处理，可对裂缝进行自修复作用，实现了建筑结构的安全性以及实用性的优化。

本发明的受弯构件并不限定其具体形状，只要是混凝土1内部嵌置有普通的钢筋2以及形状记忆合金构件3即属于本发明所要保护的受弯构件。同时，本发明也不限制嵌置形状记忆合金构件3的具体形状、数量以及布置形式。下面举列三种不同的构造的受弯构件作为不同的实施例，以对本发明的具体变形作进一步的说明。

请参见图2a至图2c，为本发明的实施例二，本实施例中的受弯构件的大体结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例的受弯构件的宽度大于高度，整体大致呈平板状。混凝土1的顶部以及底部的长度方向以及宽度方向上均布置有钢筋2。

请参见图3a至图3c，发本发明的实施例三，本实施例的受弯构件的大体结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例的形状记忆合金构件3呈板块状，其水平地铺设于混凝土1的底部位置。

请参见图4a至图4c，发本发明的实施例四，本实施例的受弯构件的大体结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例的受弯构件的宽度大于高度，整体大致呈平板状。混凝土1的顶部以及底部的长度方向以及宽度方向上均布置有钢筋2；形状记忆合金构件3呈板块状，其水平地铺设于混凝土1的底部位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种受弯构件，包括混凝土以及嵌置于所述混凝土内部的钢筋，其特征在于，所述受弯构件还包括形状记忆合金构件，所述形状记忆合金构件嵌置于所述混凝土内，并且，所述形状记忆合金构件预留有用于接入外界电源的区域，所述区域伸出混凝土的外表面或者通过与其电连接的导体伸出所述混凝土的外表面。

2.如权利要求1所述的受弯构件，其特征在于，所述受弯构件还包括热电偶传感器，所述热电偶传感器通过铁丝和胶带绑定在所述形状记忆合金构件上。

3.如权利要求2所述的受弯构件，其特征在于，所述受弯构件还包括第一预留电线以及第二预留电线，所述第一预留电线的一端与形状记忆合金构件电连接，其另一端伸出所述混凝土；所述第二预留电线的一端与热电偶传感器电连接，其另一端伸出所述混凝土。

4.如权利要求1所述的受弯构件，其特征在于，所述混凝土的长度方向、宽度方向以及高度方向均布置有多根所述的钢筋，并且，沿所述混凝土长度方向、宽度方向以及高度方向的钢筋相互连接构成立体框架，所述形状记忆合金构件与所述立体框架连接。

5.如权利要求1所述的受弯构件，其特征在于，所述形状记忆合金构件沿所述混凝土的长度方向延伸，并且贯穿所述混凝土长度方向的两端。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的受弯构件，其特征在于，所述形状记忆合金构件整体呈丝状、绞线状、棒状、片状或者板块状。

7.一种如权利要求3所述的受弯构件的制作方法，包括以下的步骤：

S11、计算出正常负荷情况下整体构件所需的普通钢筋和形状记忆合金构件的数量；

S12、架设受弯构件的模板，绑普通钢筋，并布置形状记忆合金构件；

S13、将热电偶传感器用胶带和铁丝绑定在形状记忆合金构件上；

S14、预留第一预留电线以及第二预留电线，并将第一预留电线的一端与形状记忆合金构件相连接，第二预留电线的一端与热电偶传感器相连接；

S15、浇筑混凝土，并确保第一预留电线的另一端以及第二预留电线的另一端均伸出混凝土外部，并对混凝土进行养护；

S16、待混凝土养护到期后，拆去模板，即完成受弯构件的制作。

8.一种建筑物裂缝修复系统，其特征在于，包括如权利要求3所述的受弯构件以及激励系统，所述激励系统包括计算机、程控电源以及电阻检测系统；所述电阻检测系统包括放大器以及模数转换器；所述计算机与程控电源以及模数转换器电连接；所述模数转换器与放大器电连接；所述第一预留电线伸出混凝土的一端接入所述程控电源以及放大器；所述第二预留电线伸出混凝土的一端接入所述计算机。

9.一种如权利要求8所述的建筑物裂缝修复系统的使用方法，包括以下的步骤：

S21、将预制好的受弯构件安装到建筑物上；

S22、计算机通过电阻检测系统实时监控形状记忆合金构件的电阻变化率；

S23、当计算机监控到的形状记忆合金构件的电阻变化率达到预设的值时，即建筑物产生裂缝时，计算机激活并控制程控电源输出某一数值的直流电对形状记忆合金构件进行通电加热；

S24、计算机和热电偶传感实时测量形状记忆合金构件的温度变化；

S25、当形状记忆合金构件的温度达到预计的温度，即代表形状记忆合金构件已提供了足够的应力时，停止加热，当建筑物再次产生裂缝时，再次加热形状记忆合金构件，直到形状记忆合金构件已提供足够的应力为止。