CN107121334B - 基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，包括火灾探测块、火灾感应块和火灾控制处理系统，火灾感应块检测火灾探测块的磁化率并将磁化率发送至火灾控制系统，火灾控制处理系统根据火灾探测块的磁化率计算出火灾情况下的钢筋屈服强度、混凝土抗压强度、钢筋混凝土梁的抗弯承载力，与常温下的钢筋混凝土梁的抗弯承载力比较得到安全系数，从而进行火灾情况下的钢筋混凝土梁安全预警。本监测系统可以实现火灾情况下钢筋混凝土结构安全的实时监测。

Description

基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统及方法。

背景技术

随着城市人口居住的密集化和高层建筑的迅速发展，尽管预防火灾发生和消防的手段愈来愈先进，火灾发生仍日益频繁。一旦建筑物发生火灾，其结构的材料性能严重恶化，还将发生剧烈的内(应)力重分布，使结构的性能大大削弱，危及结构的安全性，甚至酿成严重事故，使人民的生命和财产蒙受重大损失，而对我国来说，钢筋混凝土结构房屋仍是建筑工程的主体，即使是其他结构形式的房屋，楼屋盖的材料也多为钢筋混凝土。因此火灾情况下钢筋混凝土的安全监测十分必要和迫切。另一方面，目前的研究人员主要集中在火灾后钢筋混凝土结构性能检测，由于火灾高温情况下传感器难以存活，尚无法实现火灾情况下钢筋混凝土结构安全的实时监测。

针对火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测的重大需求，本发明提出一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统及监测方法。采用高铝耐火砖和钆构建火灾探测块，采用磁化率仪构建火灾感应块，从而建立监测系统。在钢筋混凝土结构承受火灾情况下，实时且精确地监测钢筋混凝土结构的温度及承载力衰减，解决钢筋混凝土结构在火灾情况下的实时安全监测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题之一是提供一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，该监测系统能够实现在火灾情况下钢筋混凝土结构安全的实时监测。

就监测系统而言，包括

-火灾探测块，埋设于钢筋混凝土梁内，具有磁性；

-火灾感应块，埋设于钢筋混凝土梁内，用以检测火灾探测块的磁化率并将磁化率发送至火灾控制系统，

-火灾控制处理系统，根据火灾探测块的磁化率计算出火灾情况下的钢筋屈服强度、混凝土抗压强度和钢筋混凝土梁的抗弯承载力，与常温下的钢筋混凝土梁的抗弯承载力比较得到安全系数，从而进行火灾情况下的钢筋混凝土梁安全预警。

进一步地，所述火灾探测块包括钆块和包裹在钆块外的高铝耐火砖外壳。

进一步地，所述火灾感应块包括磁化率仪、无线通讯模块、石棉隔热层和高铝耐火砖外壳，所述磁化率仪用以检测钆块的磁化率，所述无线通讯模块将磁化率仪用以检测钆块的磁化率发送至火灾控制处理系统，所述石棉隔热层包裹在磁化率仪和无线通讯模块外，所述高铝耐火砖外壳包裹在石棉隔热层外。

本发明要解决的技术问题之二是提供一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测方法，该监测方法在钢筋混凝土结构承受火灾情况下，能够实时且精确地监测钢筋混凝土结构的温度及承载力衰减，从而进行实时监测。

就监测方法而言，包括如下步骤：

S1)火灾情况下，通过火灾感应块里的磁化率仪测量火灾探测块中钆的磁化率χ_T；

S2)计算火灾情况下钢筋混凝土梁内的温度T：

式中，C为钆的居里常数，监测前由实验测得；

S3)火灾情况下，混凝土抗压强度f_cT为

式中，f_c为常温情况下的混凝土抗压强度；

火灾情况下，钢筋的屈服强度f_yT为

f_yT＝f_y 0℃＜T≤200℃ (3a)

f_yT＝(1.33-1.64×10^-3T)f_y 200℃＜T≤700℃ (3b)

式中，f_y为常温情况下的钢筋的屈服强度；

S4)火灾情况下钢筋混凝土梁的抗弯承载力M_uT为：

式中，A_s为钢筋混凝土梁受拉区钢筋面积，A′_s为钢筋混凝土梁受压区钢筋面积，h₀为钢筋混凝土梁的有效高度，α′_s为钢筋混凝土梁受压钢筋的合力作用点至混凝土受压区边缘的距离；α为矩形应力图系数；b为钢筋混凝土梁的截面宽度；

S5)计算火灾情况下钢筋混凝土梁抗弯承载力的安全系数K_T为：

式中，M_u为常温下钢筋混凝土梁的抗弯承载力，根据安全系数K_T判断火灾情况下钢筋混凝土结构的安全度水平，从而进行预警。

本发明的有益效果：

本发明的基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统及方法，采用高铝耐火砖和钆构建火灾探测块，采用磁化率仪构建火灾感应块，从而建立监测系统，在钢筋混凝土结构承受火灾情况下，实时且精确地监测钢筋混凝土结构的温度及承载力衰减，实现钢筋混凝土结构在火灾情况下的实时安全监测。

附图说明

图1为本发明一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统的示意图；

图2为本发明一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统中的火灾探测块的结构示意图；

图3为本发明一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统中的火灾感应块的结构示意图；

附图标记：

1-钢筋混凝土梁、2-火灾探测块、3-火灾感应块、4-火灾控制处理系统、5-钆块、6-高铝耐火砖外壳、7-磁化率仪、8-无线通讯模块、9-石棉隔热层、10-高铝耐火砖外壳。

具体实施方式

实施例1

本实施例为基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，该监测系统包括火灾探测块2、火灾感应块3和火灾控制处理系统4，其中：火灾探测块2和火灾感应块3埋设于钢筋混凝土梁5内，埋设时，在钢筋混凝土梁5侧面的1/2高度处钻2个孔，2个孔的净距为100mm，分别将火灾探测块2和火灾感应块3放置在孔内，然后采用素混凝土灌注、抹平。

火灾探测块2包括钆块5和包裹在钆块5外的高铝耐火砖外壳6，高铝耐火砖外壳6为边长为100mm的正立方体，钆块5为火边长为50mm的正立方体，钆块5的几何中心与高铝耐火砖外壳的几何中心重合。钆为银白色金属，有延展性，钆具有磁性。

火灾感应块3用于检测火灾探测块2的磁化率并将磁化率发送至火灾控制系统。具体的，火灾感应块3包括磁化率仪7、无线通讯模块8、石棉隔热层9和高铝耐火砖外壳10，磁化率仪7用以检测钆块5的磁化率，无线通讯模块8将磁化率仪7用以检测钆块5的磁化率发送至火灾控制处理系统4，石棉隔热层9包裹在磁化率仪和无线通讯模块8外，高铝耐火砖外壳10包裹在石棉隔热层9外

火灾控制处理系统4，根据火灾探测块2的磁化率计算出火灾情况下的钢筋屈服强度、混凝土抗压强度和钢筋混凝土梁的抗弯承载力，与常温下的钢筋混凝土梁的抗弯承载力比较得到安全系数，从而进行火灾情况下的钢筋混凝土梁安全预警。

本发明的基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，采用高铝耐火砖和钆构建火灾探测块，采用磁化率仪构建火灾感应块，从而建立监测系统，在钢筋混凝土结构承受火灾情况下，通过检测钆块的磁化率来计算钢筋混凝土结构的温度及承载力衰减，从而实现钢筋混凝土结构在火灾情况下的实时安全监测。

实施例2

本实施例涉及一种应用上述监测系统进行火灾情况下的钢筋混凝土结构安全监测方法，该监测方法包括如下步骤：

S1)火灾情况下，通过火灾感应块里的磁化率仪测量火灾探测块中钆的磁化率χ_T；

S2)计算火灾情况下钢筋混凝土梁内的温度T：

式中，C为钆的居里常数，监测前由实验测得；

S3)火灾情况下，混凝土抗压强度f_cT为

式中，f_c为常温情况下的混凝土抗压强度；

火灾情况下，钢筋的屈服强度f_yT为

f_yT＝f_y 0℃＜T≤200℃ (3a)

f_yT＝(1.33-1.64×10^-3T)f_y 200℃＜T≤700℃ (3b)

式中，f_y为常温情况下的钢筋的屈服强度；

S4)火灾情况下钢筋混凝土梁的抗弯承载力M_uT为：

式中，A_s为钢筋混凝土梁受拉区钢筋面积，A′_s为钢筋混凝土梁受压区钢筋面积，h₀为钢筋混凝土梁的有效高度，α′_s为钢筋混凝土梁受压钢筋的合力作用点至混凝土受压区边缘的距离；α为矩形应力图系数，通过查询《混凝土结构设计规范》得到；b为钢筋混凝土梁的截面宽度；

S5)计算火灾情况下钢筋混凝土梁抗弯承载力的安全系数K_T为：

式中，M_u为常温下钢筋混凝土梁的抗弯承载力。根据安全系数K_T判断火灾情况下钢筋混凝土结构的安全度水平，从而进行预警。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，其特征在于：包括

-火灾探测块，埋设于钢筋混凝土梁内，具有磁性；

-火灾感应块，埋设于钢筋混凝土梁内，用以检测火灾探测块的磁化率并将磁化率发送至火灾控制系统，

-火灾控制处理系统，根据火灾探测块的磁化率计算出火灾情况下的钢筋屈服强度、混凝土抗压强度和钢筋混凝土梁的抗弯承载力，与常温下的钢筋混凝土梁的抗弯承载力比较得到安全系数，从而进行火灾情况下的钢筋混凝土梁安全预警。

2.根据权利要求1所述的基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，其特征在于：所述火灾探测块包括钆块和包裹在钆块外的高铝耐火砖外壳。

3.根据权利要求2所述的基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测系统，其特征在于：所述火灾感应块包括磁化率仪、无线通讯模块、石棉隔热层和高铝耐火砖外壳，所述磁化率仪用以检测钆块的磁化率，所述无线通讯模块将磁化率仪用以检测钆块的磁化率发送至火灾控制处理系统，所述石棉隔热层包裹在磁化率仪和无线通讯模块外，所述高铝耐火砖外壳包裹在石棉隔热层外。

4.一种基于磁场的火灾情况下钢筋混凝土结构安全监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1)火灾情况下，通过火灾感应块里的磁化率仪测量火灾探测块中钆的磁化率χ_T；

S2)计算火灾情况下钢筋混凝土梁内的温度T：

式中，C为钆的居里常数，监测前由实验测得；

S3)火灾情况下，混凝土抗压强度f_cT为

式中，f_c为常温情况下的混凝土抗压强度；

火灾情况下，钢筋的屈服强度f_yT为

f_yT＝f_y 0℃＜T≤200℃ (3a)

f_yT＝(1.33-1.64×10^-3T)f_y 200℃＜T≤700℃ (3b)

式中，f_y为常温情况下的钢筋的屈服强度；

S4)火灾情况下钢筋混凝土梁的抗弯承载力M_uT为：

式中，A_s为钢筋混凝土梁受拉区钢筋面积，A′_s为钢筋混凝土梁受压区钢筋面积，h₀为钢筋混凝土梁的有效高度，α′_s为钢筋混凝土梁受压钢筋的合力作用点至混凝土受压区边缘的距离；α为矩形应力图系数；b为钢筋混凝土梁的截面宽度；

S5)计算火灾情况下钢筋混凝土梁抗弯承载力的安全系数K_T为：

式中，M_u为常温下钢筋混凝土梁的抗弯承载力，根据安全系数K_T判断火灾情况下钢筋混凝土结构的安全度水平，从而进行预警。