CN106482629A - 内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法 - Google Patents

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施曙东
闫国杰
李军代
罗芳艳
王晓杰
刘钢
陈韬
余乃宗
邓国民
许严
马广文
郁志刚
范翔
邱轶
姚凯
张玮
李江峰
姚远
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SHANGHAI PUDONG ROAD BRIDGE CONSTRUCTION CO Ltd
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Shanghai Puxing Road And Bridge Construction Engineering Co Ltd
SHANGHAI PUDONG ROAD BRIDGE CONSTRUCTION CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法，其中，内置传感器包括：一对固定件，固定在所述混凝土结构中；记忆合金传感丝，设置在一对所述固定件之间且处于张紧状态，其两端分别与一对所述固定件连接，位于所述混凝土结构中；一对导线，一对所述导线均与所述记忆合金传感丝连接，且一对所述导线分别位于所述记忆合金传感丝的两端，所述导线的第一部分位于所述混凝土结构中，第二部分伸出所述混凝土结构，所述导线的第二部分用于与监测器连接。本发明的内置传感器结构简单，监测方法步骤少，易操作，可以在较长周期内实现对混凝土结构的内部应变的有效监测。

Description

内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构的健康监测领域，尤指一种内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法。
背景技术
随着城市的快速发展，地下空间的开发利用越来越广泛，大量的地下工程应运而生。深大基坑的大量增加，对施工安全提出了很高的要求，基坑变形监测作为保证基坑安全的措施也显得愈发重要。传统的基坑监测方式之一是利用应变片贴附在应力相对集中的位置，通过应变片反映出的应变量判断结构的受力或位移状况，从而制定应对措施。传统康铜应变片一般仅能外贴于混凝土结构上，测量混凝土结构的表面应变，但是，混凝土结构的内部应变对混凝土结构的健康影响更为显著。
因此，本申请人一种新型的内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法，内置传感器结构简单，可以在较长周期内对混凝土结构的内部应变进行有效监测。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种内置传感器，用于测量混凝土结构的内部应变，包括：一对固定件，固定在所述混凝土结构中；记忆合金传感丝，设置在一对所述固定件之间且处于张紧状态，其两端分别与一对所述固定件连接，位于所述混凝土结构中；一对导线，一对所述导线均与所述记忆合金传感丝连接，且一对所述导线分别位于所述记忆合金传感丝的两端，所述导线的第一部分位于所述混凝土结构中，第二部分伸出所述混凝土结构，所述导线的第二部分用于与监测器连接。
优选地，所述记忆合金传感丝为Ti-Ni记忆合金；和/或；所述导线为铜质导线。
优选地，所述记忆合金传感丝的直径小于1mm；和/或；一对所述固定件的间距为100～200mm。
优选地，所述记忆合金传感丝的两端分别缠绕固定在一对所述固定件上，且所述记忆合金传感丝与所述固定件之间通过胶水固定。
优选地，所述导线焊接在所述记忆合金传感丝上，且二者之间通过胶水固定。
本发明还公开了一种通过上述内置传感器监测混凝土结构内部应变的方法：在混凝土结构的内部设置一对所述固定件，在一对所述固定件之间设置一记忆合金传感丝，所述记忆合金传感丝的两端分别固定在一对固定件上并张紧，在所述记忆合金传感丝上连接所述导线，并且将所述导线伸出于所述混凝土结构，所述混凝土结构的结构变化时，所述记忆合金传感丝变形，所述记忆合金传感丝的阻值发生变化，一对所述导线将所述记忆合金传感丝的阻值变化传输至监测器。
优选地，在上述方法中，一次监测结束，进行下次监测前，先对所述记忆合金传感器进行加热，直至所述记忆合金传感丝恢复变形前的形状。
本发明的内置传感器及监测混凝土结构内部应变的方法可以实现以下任意一种有益效果。
1、本发明的内置传感器结构简单，当混凝土结构发生形变时，混凝土结构会带动设置在其中的一对固定件，进一步使设置在固定件之间的记忆合金传感丝发生形变，记忆合金传感丝的阻值会随着形变发生变化，导线将记忆合金传感丝的阻值变化传输给监测器，从而检测混凝土结构的内部应变变化值，进而判断出混凝土结构的内部损伤状况。
2、本发明的内置传感器结构中记忆合金传感丝采用Ti-Ni记忆合金，相较于传统的康铜应变片，Ti-Ni记忆合金的测量灵敏度较高，且耐酸、耐碱，适用于腐蚀性环境，另外，Ti-Ni记忆合金具有良好的变形恢复性能，可以进行多次重复测量。
3、本发明的内置传感器中记忆合金传感丝缠绕在固定件上并通过胶水进一步固定，导线焊接在记忆合金传感丝上并通过胶水进一步固定，这样设置均可以保证外埋传感器的结构稳固，从而保证其监测效果的准确性。
4、本发明的监测混凝土结构内部应变的方法步骤简单，容易操作，可以准确监测混凝土结构的应变情况，并且记忆合金传感丝在一次监测结束后只需加热就可以进行下次监测，从而可以实现对混凝土结构的内部应变的长周期监测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的内置传感器的一种具体实施例的结构示意图；
图2是图1中所示的内置传感器在安装状态下的结构示意图。
附图标号说明：
固定件10；记忆合金传感丝20；导线30；混凝土结构40；
主筋A，箍筋B，连接处C，焊接点D。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例一
结合图1和图2所示，本具体实施例公开了一种内置传感器，用于测量混凝土结构40的内部应变。内置传感器包括：一对固定件10，固定在混凝土结构40中；记忆合金传感丝20，设置在一对固定件10之间且处于张紧状态，其两端分别与一对固定件10连接，位于混凝土结构40中；一对导线30，一对导线30均与记忆合金传感丝20连接，且一对导线30分别位于记忆合金传感丝20的两端，导线30的第一部分位于混凝土结构40中，第二部分伸出混凝土结构40，导线30的第二部分用于与监测器连接。
本实施例中的内置传感器中通过记忆合金传感丝20的形变来监测混凝土结构40的内部应变，相比于传统应变片中采用的康铜材料，记忆合金的电阻率具有明显的优势，在同等变形条件下，记忆合金有较大的电阻变化，测量灵敏度大大提高。
如图2所示，混凝土结构40在制作成型时，都需要在混凝土结构40设置主筋A和箍筋B，在本实施例中，记忆合金传感丝20设置在一对箍筋B之间，也就是说，在本实施例中混凝土结构40中的箍筋可以作为记忆合金传感丝20中的固定件10。
在本实施例中，记忆合金传感丝20具体为Ti-Ni记忆合金。Ti-Ni记忆合金不溶于常见的酸，如盐酸、硫酸、硝酸，也不与碱发生反应，特别适用于腐蚀性较强的环境，并且，Ti-Ni记忆合金具有良好的变形恢复性能，可恢复应变一般可达8％，可多次重复测量。另外，本实施例中的记忆合金传感丝20的直径小于1mm，另外，一对固定件10之间的间距为150mm，也就是说，一对固定件10之间的记忆合金传感丝20的长度为150mm。导线30选用铜质导线。
在本实施例中，记忆合金传感丝20的两端分别缠绕固定在一对固定件10上，且记忆合金传感丝20与固定件的缠绕部分通过502胶水固定。另外，铜导线30与记忆合金传感丝20通过锡焊连接，且二者之间的焊点上设有胶水层，此处的胶水层由502胶水制得，502胶水层对二者的焊点进行加固和保护。
当然了，在其他具体实施例中，本发明的内置传感器中记忆合金传感丝还可以选择其他的记忆合金材料，铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金等；导线也可以选择金、银、铁、锡、铝等导体材料；一对固定件的间距还可以为100mm、125mm、140mm、165mm、180mm、200mm等；此外，记忆合金传感丝与固定件之间的连接方式及记忆合金传感丝与导体之间的连接方式均可以根据实际需要进行调整，此处不再赘述。
实施例二
本发明还公开了一种通过上述内置传感器监测混凝土结构内部应变的方法：在混凝土结构的内部设置一对固定件，在一对固定件之间设置一记忆合金传感丝，记忆合金传感丝的两端分别固定在一对固定件上，并使记忆合金传感丝在一对固定件之间张紧，在记忆合金传感丝上连接导线，并且将导线伸出于混凝土结构，混凝土结构的结构变化时，记忆合金传感丝变形，记忆合金传感丝的阻值发生变化，一对导线将记忆合金传感丝的阻值变化传输至监测器，监测器根据记忆合金传感丝的“应变-电阻率”关系判断出混凝土结构的内部应变情况。
当一次监测结束后，进行下次监测前，先对记忆合金传感器进行加热，直至记忆合金传感丝恢复变形前的形状。对记忆合金传感丝的加热时间及温度需要根据记忆合金传感丝的具体尺寸及其变形程度进行具体设置。
本发明的内置传感器结构简单、测量灵敏度高，可以有效监测混凝土结构内部的健康状况，并且，本发明的内置传感器可以适用于酸碱环境或者水中，适用范围广，且使用周期长，可以实现较长周期内混凝土结构的健康监测。本发明的监测混凝土结构内部应变的方法步骤少，易操作，可应用于房屋、道路、隧道、桥梁、堤坝、港口等混凝土结构健康监测领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种内置传感器，用于测量混凝土结构的内部应变，其特征在于，包括：
一对固定件，固定在所述混凝土结构中；
记忆合金传感丝，设置在一对所述固定件之间且处于张紧状态，其两端分别与一对所述固定件连接，位于所述混凝土结构中；
一对导线，一对所述导线均与所述记忆合金传感丝连接，且一对所述导线分别位于所述记忆合金传感丝的两端，所述导线的第一部分位于所述混凝土结构中，第二部分伸出所述混凝土结构，所述导线的第二部分用于与监测器连接。
2.如权利要求1所述的内置传感器，其特征在于：
所述记忆合金传感丝为Ti-Ni记忆合金；
和/或；
所述导线为铜质导线。
3.如权利要求1所述的内置传感器，其特征在于：
所述记忆合金传感丝的直径小于1mm；
和/或；
一对所述固定件的间距为100～200mm。
4.如权利要求1所述的内置传感器，其特征在于：
所述记忆合金传感丝的两端分别缠绕固定在一对所述固定件上，且所述记忆合金传感丝与所述固定件之间通过胶水固定。
5.如权利要求1所述的内置传感器，其特征在于：
所述导线焊接在所述记忆合金传感丝上，且二者之间通过胶水固定。
6.一种通过权利要求1至5中任一项所述的内置传感器监测混凝土结构内部应变的方法，其特征在于：
在混凝土结构的内部设置一对所述固定件，在一对所述固定件之间设置一记忆合金传感丝，所述记忆合金传感丝的两端分别固定在一对固定件上并张紧，在所述记忆合金传感丝上连接所述导线，并且将所述导线伸出于所述混凝土结构，所述混凝土结构的结构变化时，所述记忆合金传感丝变形，所述记忆合金传感丝的阻值发生变化，一对所述导线将所述记忆合金传感丝的阻值变化传输至监测器。
7.如权利要求6所述的监测混凝土结构内部应变的方法，其特征在于：
一次监测结束，进行下次监测前，先对所述记忆合金传感器进行加热，直至所述记忆合金传感丝恢复变形前的形状。
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