CN110160684A - 一种大量程抗剪切监测加固板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑与桥梁结构工程安全监测技术领域，具体涉及一种大量程抗剪切监测加固板及其制备方法。一种大量程抗剪切监测加固板，包括板体，所述板体内设有一根以上的第二钢丝绳，所述第二钢丝绳上螺旋缠绕有光纤光栅传感器。所述光纤光栅传感器与第二钢丝绳的螺旋角为α，30°≤α≤60°。本发明具有工程化高模量、抗剪切的优点，可以满足大量程监测的需求，可有效地监测、评估板体使用过程中的应力状态，为反馈指导预应力施工及安全评价提供有效的数据支撑，可广泛用于建筑与桥梁结构工程安全状态监测。
Description
技术领域
本发明属于建筑与桥梁结构工程安全监测技术领域，具体涉及一种大量程抗剪切监测加固板及其制备方法。
背景技术
预应力碳纤维板作为一种提高建筑与桥梁结构体系自身强度及自稳能力的加固结构，具有施工方便、操作简单等优点，已在桥梁、建筑等工程中获得广泛应用，例如在深圳春风路高架桥加固项目中，采用了预应力碳纤维板对混凝土T梁、空心板梁进行加固以提高梁体结构的承载能力。然而目前加固工程中惯用的碳纤维板等尚存在抗剪不足易损坏的缺点，其制约了预应力碳板加固的应用。为了克服上述碳板加固的不足，研制开发新型高性能抗剪切型碳纤维板已成为建筑与桥梁结构加固工程领域的重要课题。
另一方面，如何实现碳板受力及损失状态的实时监测、确保预应力碳板加固工程长期安全稳定，也是建筑与桥梁结构加固工程技术发展的关键。目前国内外对梁体的受力及损伤状态测试方法主要采用外贴传感器测试其在荷载作用下的受力和损伤状态。但此方法存在工序复杂、安装误差较大、存活率低、耐久性差及长期稳定性差等缺点，难以满足长期稳定监测需求。光纤传感技术以稳定性优异、耐久性优良、灵敏度高、抗电磁干扰、便于分布式测量、集数据传输和传感于一体以及与FRP材料极易复合等独特优势，在土木工程的健康监测领域得到越来越广泛的应用。在专利号申请号201610292507 .8，专利名称为一种纤维增强塑料智能碳板及其制备方法的专利文献中其公布了将光纤光栅传感器与纤维增强塑料复合而得到的纤维增强塑料智能碳板，但其光纤光栅传感器与纤维是平行分布的，智能碳板的应变与光纤光栅传感器的应变相等，量程偏小，无法满足一些特定的桥梁结构工程监测需求，而且抗剪切性能差，易出现剪切破坏。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种大量程抗剪切监测加固板及其制备方法，用于解决现有中监测板量程偏小的问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种大量程抗剪切监测加固板，包括板体，其特征在于：所述板体内设有一根以上的第二钢丝绳，所述第二钢丝绳上螺旋缠绕有光纤光栅传感器。
进一步地，所述板体为碳纤维增强塑料，厚度大于等于2mm。
进一步地，所述板体内均匀布置有若干条第一钢丝绳，所述第一钢丝绳与第二钢丝绳平行。
进一步地，所述板体内第一钢丝绳的总体积含量为20%~30%。
进一步地，所述板体端部设有斜纹理构造。
进一步地，所述第二钢丝绳表面作透明涂层防护处理。
进一步地，所述光纤光栅传感器与第二钢丝绳的螺旋角为α，30°≤ α ≤ 60°。
进一步地，所述第二钢丝绳位于板体厚度方向的正中间，并且与板体长度方向平行。
进一步地，所述第二钢丝绳端部套有白色套管，所述第二钢丝绳和光纤光栅传感器均位于白色套管内。
一种大量程抗剪切监测加固板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、备料：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳、第二钢丝绳和光纤光栅传感器预先准备好，再将光纤光栅传感器按照螺旋角α缠绕在第二钢丝绳上，再在第二钢丝绳的端部套上白色套管；
S2、入模：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳和缠绕有光纤光栅传感器的第二钢丝绳一起送入模具中；
S3、固化：将碳纤维增强塑料加热牵引固化成型；
S4、拉伸成型: 拉挤设备对固化后的碳纤维增强塑料进行拉伸成型，纤维增强塑料包覆第一钢丝绳、第二钢丝绳和光纤光栅传感器外部形成板体；
S5、连接光纤跳线：在板体的端部剥出光纤光栅传感器的连接端，并与光纤跳线熔接。
本发明的有益效果为：一种大量程抗剪切监测加固板
（1）本发明具有工程化高模量、抗剪切的优点，可以满足大量程监测的需求，可有效地监测、评估板体使用过程中的应力状态，为反馈指导预应力施工及安全评价提供有效的数据支撑，可广泛用于建筑与桥梁结构工程安全状态监测。
（2）本发明将光纤光栅传感器与纤维增强塑料及高强钢丝绳有机结合起来，形成一体式的结构。光纤光栅传感器通过与光纤光栅解调仪连接，将感测得到的关键位置或易损位置应变的光信号传递给光纤光栅解调仪，从而对应加固结构的关键或易损部位的应变状态进行重点监测、定量分析。
（3）本发明能够有效地监测、评估板体使用过程中的锚固环境、受力及损失状态，为反馈指导施工及加固后结构的安全评定提供直接的信息。并且本发明继承了纤维增强塑料轻质、高强、高耐久性及易切割等优点，可以根据工程实际需要加工、切割成任意长度，适于产业化生产，可广泛用于建筑结构、桥梁结构等结构加固工程。
附图说明
图1为一种大量程抗剪切监测加固板的俯视示意图。
图2为图1中A-A向剖视示意图。
图3为图2中B部的局部放大示意图。
图4为光纤光栅在第二钢丝绳上螺旋缠绕时的局部示意图。
图5为光纤光栅形变与第二钢丝绳形变关系示意图。
图中：1、板体；2、光纤光栅传感器；3、光纤跳线；4、第一钢丝绳；5、第二钢丝绳；6、白色套管；7、母线；8、切线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1、2所示，一种大量程抗剪切监测加固板，包括板体1，板体1为碳纤维增强塑料，厚度大于等于2mm，板体1的作用有两种，一是承担荷载作用防止开裂，二是对钢丝绳的防腐保护。所述板体1端部设有斜纹理构造，可有效增加端部锚具与板体1的摩擦力，提高锚固效率系数。
所述板体1内设有多根（5根）等间距布置的第二钢丝绳5，每根第二钢丝绳5位于板体1厚度方向的正中间，并且与板体1长度方向平行，即多根第二钢丝绳5构成的平面与板体1平行。
所述第二钢丝绳5表面作透明涂层防护处理，可使光纤光栅传感器2与第二钢丝绳5贴合紧密，起到保护光纤光栅传感器2的作用。
每根第二钢丝绳5上螺旋缠绕有光纤光栅传感器2，光纤光栅传感器2与第二钢丝绳5的螺旋角为α，30°≤ α ≤ 60°。所述光纤光栅传感器2为一根写入了一个或多个光纤光栅的单模光纤。所述光纤光栅传感器2（即第二钢丝绳5的位置）的位置与板体1的关键位置或易损位置相对应，其数量由具体工作的测试要求确定。
所述光纤光栅传感器2呈螺旋形缠绕在第二钢丝绳5上，光纤光栅传感器2与第二钢丝绳5的螺旋角为α，30°≤ α ≤ 60°（优选情况）；当板体1的形变为ε′时，由于第二钢丝绳5与板体1平行，所以第二钢丝绳5发生轴向形变也为ε，该第二钢丝绳5上的光纤光栅传感器2的实际变形为ε′，ε与ε′的关系为：ε′=ε×cosα；因为cosα＜1，所以当光栅传感器4达到本身的极限应变ε′max时，智能碳板板体的极限应变εmax=ε′max/cosα＞ε′max，从而达到增大板体1量程的效果。
将光纤跳线3与光纤光栅解调仪连接，构建一个监测系统，通过光纤光栅解调仪解调光纤光栅中心波长变化，可以测得板体1在光纤光栅传感器2处的应变。通过板体1在光纤光栅传感器2处的应变可以进行结构受力状态的分析，进行结构的安全评定。
所述第二钢丝绳5端部套有（长度为50cm）白色套管6，所述第二钢丝绳5和光纤光栅传感器2均位于白色套管6内。对端部光纤光栅传感器2起到保护作用，并方便端部剥出光纤。
所述板体1内均匀布置有若干条第一钢丝绳4，板体1内第一钢丝绳4的总体积含量为20%~30%，所述第一钢丝绳4与第二钢丝绳5平行。可有效提高板体1的抗剪强度。
一种大量程抗剪切监测加固板的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳4、第二钢丝绳5和光纤光栅传感器2预先准备好，再将光纤光栅传感器2按照螺旋角α缠绕在第二钢丝绳5上，再在第二钢丝绳5的端部套上白色套管6；
S2、入模：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳4和缠绕有光纤光栅传感器2的第二钢丝绳5一起送入模具中；
S3、固化：将碳纤维增强塑料加热牵引固化成型；
S4、拉伸成型: 拉挤设备对固化后的碳纤维增强塑料进行拉伸成型，纤维增强塑料包覆第一钢丝绳4、第二钢丝绳5和光纤光栅传感器2外部形成板体1；
S5、连接光纤跳线：在所述板体1的端部采用刀具切割板体1及第一钢丝绳4，保留白色套管6及其内部的光纤光栅传感器2和第二钢丝绳5，最后去除白色套管6后，剥出光纤并与光纤跳线3熔接。
以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大量程抗剪切监测加固板，包括板体（1），其特征在于：所述板体（1）内设有一根以上的第二钢丝绳（5），所述第二钢丝绳（5）上螺旋缠绕有光纤光栅传感器（2）。
2.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述板体（1）为碳纤维增强塑料，厚度大于等于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述板体（1）内均匀布置有若干条第一钢丝绳（4），所述第一钢丝绳（4）与第二钢丝绳（5）平行。
4.根据权利要求3所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述板体（1）内第一钢丝绳（4）的总体积含量为20%~30%。
5.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述板体（1）端部设有斜纹理构造。
6.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述第二钢丝绳（5）表面作透明涂层防护处理。
7. 根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述光纤光栅传感器（2）与第二钢丝绳（5）的螺旋角为α，30°≤ α ≤ 60°。
8.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述第二钢丝绳（5）位于板体（1）厚度方向的正中间，并且与板体（1）长度方向平行。
9.根据权利要求1所述的一种大量程抗剪切监测加固板，其特征在于：所述第二钢丝绳（5）端部套有白色套管（6），所述第二钢丝绳（5）和光纤光栅传感器（2）均位于白色套管（6）内。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种大量程抗剪切监测加固板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、备料：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳（4）、第二钢丝绳（5）和光纤光栅传感器（2）预先准备好，再将光纤光栅传感器（2）按照螺旋角α缠绕在第二钢丝绳（5）上，再在第二钢丝绳（5）的端部套上白色套管（6）；
S2、入模：将碳纤维增强塑料、第一钢丝绳（4）和缠绕有光纤光栅传感器（2）的第二钢丝绳（5）一起送入模具中；
S3、固化：将碳纤维增强塑料加热牵引固化成型；
S4、拉伸成型: 拉挤设备对固化后的碳纤维增强塑料进行拉伸成型，纤维增强塑料包覆第一钢丝绳（4）、第二钢丝绳（5）和光纤光栅传感器（2）形成板体（1）；
S5、连接光纤跳线：在板体（1）的端部剥出光纤光栅传感器（2）的连接端，并与光纤跳线（3）熔接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190823 |
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