CN111189404B - 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统 - Google Patents

一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111189404B
CN111189404B CN202010027092.8A CN202010027092A CN111189404B CN 111189404 B CN111189404 B CN 111189404B CN 202010027092 A CN202010027092 A CN 202010027092A CN 111189404 B CN111189404 B CN 111189404B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
concrete
acoustic emission
fiber
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010027092.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111189404A (zh
Inventor
韩冰
赵文忠
李旺旺
胡所亭
周安民
张国庆
王向平
吴银利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Qugang Expressway Development Co ltd
Beijing Jiaotong University
China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Original Assignee
Hebei Qugang Expressway Development Co ltd
Beijing Jiaotong University
China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Qugang Expressway Development Co ltd, Beijing Jiaotong University, China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS filed Critical Hebei Qugang Expressway Development Co ltd
Priority to CN202010027092.8A priority Critical patent/CN111189404B/zh
Publication of CN111189404A publication Critical patent/CN111189404A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111189404B publication Critical patent/CN111189404B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/223—Supports, positioning or alignment in fixed situation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钢‑混凝土组合结构损伤测量系统，包括光纤光栅测量组、光纤光栅温度补偿组、光纤光栅解调仪、显示器、声发射测量装置和引伸计；光纤光栅测量组和光纤光栅温度补偿组布置在纵向钢‑混凝土组合桥界面处的钢梁表面、横向钢‑混凝土组合桥界面处的钢梁表面和钢‑混凝土组合结构中的内埋钢筋表面，光纤光栅测量组和光纤光栅温度补偿组与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与显示器连接，声发射测量装置包括声发射传感器、数据线、传感器固定装置和声发射采集仪；声发射传感器安装在混凝土板表面，声发射传感器通过数据线与声发射采集仪连接，声发射采集仪与显示器连接；引伸计预埋于混凝土内部，用于测量钢梁与混凝土之间的位移差。

Description

一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统
技术领域
本发明属于光纤光栅传感检测、声发射检测、位移测量等领域，具体涉及一种用于钢-混凝土组合结构受力情况下的综合损伤测量系统。
背景技术
钢-混凝土组合结构能够充分发挥钢材和混凝土力学性能和优点，在桥梁结构有着广泛应用。钢-混凝土组合结构在钢结构和混凝土结构之间通常设置大量剪力连接件以保证两种不同材料所组成的结构能够共同受力，协同工作，但是实际工程中由于二者材料性能的差异往往在界面处产生滑移和开裂等。组合结构界面处钢结构、混凝土结构的力学性能是钢-混凝土组合结构性能的关键，因此，如何准确测量钢-混凝土组合结构界面处的性能成为评估组合结构工作性能的重要方面。但是，由于钢-混凝土组合结构界面处空间结构复杂、操作空间狭小、涉及两种不同性能材料等特点，目前技术尚不能准确测量钢-混凝土组合结构界面处受力性能。
光纤光栅测量技术因测量元件体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、抗干扰能力强、附加损耗小等优点，并且其谐振波长对温度、应变等外界环境的变化较敏感，因此适合于制作高精度和高灵敏度测量元件，自问世以来便在高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、铁路、管道等工程应变测量领域得到了广泛应用。现有光纤光栅技术通过在光纤上刻制光栅可精确、快速测量应变和温度变化。钢-混凝土组合结构界面处钢梁的应变监测对于确定组合结构中钢和混凝土的工作状态有着重要的意义，是评定组合结构健康状态和提前预知安全隐患的关键。钢-混凝土组合结构界面处通常布置大量剪力连接件，结构复杂，操作空间狭小。在安装测量元件后需要浇筑混凝土，对测量元件可靠性与稳定性有较高要求。现有测量方法主要有电阻式和钢弦式两种应变测量方法，其中电阻式测量方法在电磁环境下极易受到干扰，在现代铁路电气化环境中无法准确测量应变；钢弦测量元件体积较大，且只能得到一定标距范围内的平均应变，在狭小范围内安装难度较大。其次，由于钢弦式应变计在长期服役过程中会出现钢弦松弛，导致准确度下降。综上所述，基于光纤光栅应变传感的钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变测量方法可发挥光纤体积小和抗干扰性能好的优点，克服传统电阻传感器易受电磁干扰和钢弦传感器钢弦松弛的缺点，可更加精确测量钢-混凝土组合结构中钢梁应变。
声发射技术在国内外的应用已有数十年的历史，受到了工程和科研人员的广泛关注，最初是应用于钢材等均质材料的裂缝性能测量，然后逐渐扩展至岩石等非均质材料的裂缝性能测量。但是在声发射机理、信号特性、理论分析、测试标准等方面仍需要进一步深入分析和研究。混凝土材料由于其自身结构特性，导致其抗拉强度较低，在受力过程中易产生内部及表面裂缝。现有裂缝测量设备，只能对混凝土表面裂缝的宽度和深度进行测量，无法测量混凝土内部的裂缝信息。组合桥包含钢梁、混凝土板以及二者之间的剪力连接件。混凝土内部裂缝的形成受到外界荷载影响的同时，还受到内部钢筋的约束作用，钢-混凝土组合桥混凝土内部受力复杂，混凝土的开裂破坏过程也较为复杂。声发射技术通过接收混凝土内部裂缝开裂过程中产生的声波信号，对混凝土内部裂缝的产生位置和裂缝性能进行测量分析，从而对裂缝产生的过程及开裂机理进行研究，属动态测量过程。
钢-混凝土组合桥钢梁与混凝土板之间滑移量的精确测量是组合桥试验测试技术的关键，目前的测量技术只能测量钢-混凝土结构外表面处钢和混凝土的相对位移，尚不能准确测量内部混凝土与钢梁之间的相对滑移。
本发明提出四种测量方法确定钢-混凝土组合结构界面处性能：①提出一种光纤光栅测量方法，测量界面处钢结构的应变；②提出一种声发射测量方法，测量界面处混凝土的性能；③提出一种相对位移测量方法测量组合结构界面处内部混凝土和钢梁的滑移；④提出采用光纤光栅测量方法测量组合结构钢筋应变。
基于本发明提出的四种测量方法对受力情况下的钢-混凝土组合结构受力性能进行全面监测，并综合各方法的监测结果，进行综合系统计算，对钢-混凝土组合结构的损伤进行评判。
发明内容
本发明的目的是：①提供一种基于光纤光栅应变传感的钢-混凝土组合结构界面处钢梁应变测量装置，解决了现有技术中存在的问题。现有应变测量技术具有抗电磁干扰能力差、测量元件体积大、测量稳定性差等缺点，不适用于铁路钢-混凝土组合桥钢梁应变测量。本发明提出的应变测量方法，具有抗电磁干扰能力强、体积小、测量稳定性好等优点，可发挥光纤光栅的应变高灵敏度提高测量精度，可有效监测钢梁的应力状态。②提供一种声发射技术测量钢-混凝土组合桥中混凝土内部裂缝的性能，解决了现有技术中存在的既有测量设备无法测量混凝土内部裂缝的问题。③提供一种测量钢混组合结构界面内部混凝土和钢梁之间滑移的测量方法。④提出采用光纤光栅测量方法测量组合结构钢筋应变。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统，包括：光纤光栅测量组31、光纤光栅温度补偿组33、光纤光栅解调仪、显示器、声发射测量装置和引伸计102；
所述光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33布置在纵向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁74表面、横向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁74表面和钢-混凝土组合结构中的内埋钢筋111表面，
所述光纤光栅测量组31用于测量纵向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁74应变、横向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁74应变和钢-混凝土组合结构中内埋钢筋111的应变，
所述光纤光栅温度补偿组33用于测量温度变化引起的波长变化，消除温度变化对测量数据的影响；
所述光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33通过光纤12与光纤光栅解调仪连接，并将测量数据发送给光纤光栅解调仪；
所述光纤光栅解调仪与显示器连接，用于接收测量数据，并对其进行处理，并将处理后的数据发送给显示器；
所述声发射测量装置包括：声发射传感器61、数据线75、传感器固定装置和声发射采集仪；
所述声发射传感器61通过传感器固定装置安装在混凝土板73表面，
所述声发射传感器61通过数据线75与声发射采集仪连接，用于将采集的声信号发送到声发射采集仪，
声发射采集仪与显示器连接，用于接收声信号，并对其进行分析计算，分析处理完成后将处理结果发送到显示器进行显示；
所述引伸计102预埋于混凝土103内部，所述引伸计102的一端通过焊接连接于钢梁表面，引伸计的另一端与打磨光亮后的钢梁连接，在连接处涂抹704硅橡胶，用于进行软防护，引伸计的一端用于代表钢梁的位移变形，引伸计的另一端用于代表混凝土的位移变形，引伸计102用于测量钢梁与混凝土之间的位移差，并将测量结果传送至显示器。
在上述方案的基础上，在安装光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33之前，对光纤光栅11施加预应力，将光纤光栅11置于最佳测量范围。
在上述方案的基础上，光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33的安装过程具体如下：
在测量位置处进行打磨，用于保证光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33与被测对象进行有效接触；
光纤光栅测量组31中的N个光纤光栅11通过快干型强力胶水35黏贴于钢梁表面，然后在光纤光栅11的表面依次涂覆704硅橡胶和环氧树脂胶，形成704硅橡胶隔离层36和环氧树脂胶水保护层32；
光纤光栅温度补偿组33中的N个光纤光栅11的外层安装塑料套管，形成塑料套管隔离层37，然后依次涂覆704硅橡胶和环氧树脂胶，形成704硅橡胶隔离层36和环氧树脂胶水保护层32，塑料套管用于进行隔离，使光纤光栅11不与被测对象共同变形；
所述704硅橡胶隔离36层用于进行软防护，减小测点处光纤光栅11与混凝土103之间的相互作用，保证光纤光栅11与被测对象共同变形，提高测量精度；
所述环氧树脂胶水保护层32用于进行硬防护，保证光纤光栅11在混凝土103浇筑过程中不被破坏。
在上述方案的基础上，所述光纤光栅11的测量标距为1-10mm。
在上述方案的基础上，所述声发射传感器61采用声发射带宽为100kHz-1.0MHz的宽频传感器。
在上述方案的基础上，所述传感器固定装置包括：钢固定框架93、钢柱91、固定弹簧92和两个铁片95，钢固定框架93上设有通孔，钢柱91依次穿过固定弹簧92、通孔，设置在钢固定框架93上，钢柱91的下端设有圆盘，在声发射传感器61表面涂覆耦合剂96后安装在打磨后的混凝土表面，铁片95通过强力胶水粘贴在混凝土103表面，钢固定框架93的底部由磁铁94制成，吸附在铁片95上，使钢柱91下端的圆盘置于声发射传感器61的上方，然后通过按压钢柱91使声发射传感器61与混凝土表面紧密贴合。
在上述方案的基础上，引伸计102测量标距为1-10cm。
有益效果：
①本发明将光纤光栅测量方法用于钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变测量，将光栅粘贴固定于被测组合桥界面钢梁顶面，光栅的测量标距为1-10mm，钢梁产生变形后会改变光栅间距，从而改变通过光栅的反射光波长，光纤光栅解调仪进行处理后，可精确测量铁路钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变。该测量方法是基于光在光纤中的传播以及在光栅处的反射，具有良好的稳定性和精确度。可避免传统电阻式应变片易受电磁干扰的缺点以及钢弦式应变计长期稳定性差的缺点。该方法通过在光纤表面刻制光栅的方法进行测量，该方法可灵活改变光栅栅区113的长度和测量区域，并通过在单根光纤上设置多个光栅的方式，实现多点位连续测量。
在光纤粘贴前将被测表面打磨光滑，在光纤粘贴前通过施加预应力的方式将光纤光栅调整至最佳测量范围，并能够与钢表面紧密粘结，在粘贴完毕后，通过本发明中的软防护和硬防护方案进行安装，保证该测量方法精确有效的同时，提高了测量方法的可靠性。
②一种利用声发射技术测量钢-混组合桥混凝土内部裂缝的方法。
钢-混组合桥包括：钢梁、混凝土板、二者之间剪力连接件；
测量设备包括：声发射带宽为100kHz-1.0MHz的宽频传感器、声发射采集仪、传感器固定装置、显示器；上述声发射传感器通过固定装置安装于混凝土板表面，通过数据线与声发射采集仪连接。
钢-混组合结构在受力过程中，混凝土板内部产生裂缝，裂缝在开展过程中伴随弹性波的形式快速释放的现象，声信号在混凝土内部传播至混凝土表面后被安装在表面的声发射传感器采集到，通过数据连接线传至声发射采集仪，声发射采集仪将声信号进行分析计算，根据各传感器接收到信号的时间差，并通过数学算法确定混凝土板内产生裂缝的位置，并通过声信号特性对裂缝性能进行分析。在确定裂缝位置和性能的基础上，对钢-混凝土组合桥混凝土内部裂缝的特性进行分析，以此分析钢-混凝土组合桥混凝土板在钢筋和剪力连接件共同作用下的受力性能。测试前，通过混凝土抗弯梁标定该方法的裂缝定位功能。
本发明所提出应用于钢-混凝土组合桥混凝土内部裂缝测量的声发射技术可填补现有技术无法测量混凝土内部裂缝的空白，在钢-混凝土组合结构受力过程中动态采集裂缝信息，可对混凝土内部裂缝的产生和开展过程进行动态监测，形成裂缝在立体空间中的三维分布图，用于混凝土内部裂缝信息的采集和分析。
③本发明采用内埋高精度引伸计的方法测量界面处钢梁与混凝土之间的相对滑移。
④本发明提出采用光纤光栅测量方法测量钢-混凝土组合结构中钢筋的应变。通过在钢筋表面粘贴连续光栅测点，连续精确测量钢-混凝土组合结构在受力过程中钢筋的应变。
附图说明
图1为本发明所公开的一种用于铁路钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变测量装置原理示意图；
图2为钢-混凝土组合桥横断面，其中圆圈区域内为光纤光栅布置区域；
图3为光纤光栅安装细部构造详图；
图4为横向光纤光栅布置图；
图5为横向和纵向光纤光栅布置图；
图6是本发明的声发射测量系统标定示意图；
图7是本发明的声发射测量系统整体连接图；
图8是本发明的声发射测量原理平面示意图；
图9是本发明的声发射传感器固定安装示意图；
图10是本发明的内埋引伸计法测量界面处钢和混凝土滑移装置图；
图11是本发明中采用光纤光栅测量钢筋应变装置图。
图12是本发明综合各方法测量结果的钢-混凝土组合结构损伤测量系统。
图中：11—光纤光栅；12—光纤；31—光纤光栅测量组；32—环氧树脂胶水保护层；33—光纤光栅温度补偿组；35—快干型强力胶水；36—704硅橡胶隔离层；37—塑料套管隔离层；41—横向光纤光栅；51—纵向钢筋；52—横向钢筋；53—纵向光纤光栅；61—声发射传感器；73—混凝土板；74—钢梁；75—数据线；91—钢柱；92—固定弹簧；93—钢固定框架；94—磁铁；95—铁片；96—耦合剂；102—引伸计；103—混凝土；111—钢筋；112—钢筋剖光面；113—光栅栅区。
具体实施方式
结合附图1-12对本技术方案进行详细完整描述。
本发明提出一种可应用于铁路钢-混凝土桥界面处钢梁应变监测的光纤光栅传感测量装置，可对铁路钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变进行精确测量，有效测评桥梁的健康状态，提前预防安全隐患，规避重大安全事故。
图1给出了光纤光栅测量装置原理示意图，其中光纤光栅测量元件粘贴在钢-混凝土组合桥界面处钢梁表面，通过光纤与光纤光栅解调仪进行连接，解调仪对发射光波长进行处理后将信息传入计算信息采集系统进行分析。
图2给出了光纤光栅在钢-混凝土组合桥界面处的安装位置。
图3给出了光纤光栅的安装方案实施详图。具体过程详细描述如下：①结合面钢梁测量位置处打磨，保证测量元件与被测物体进行有效接触。②在测量位置处安装光纤光栅测量组31和光纤光栅温度补偿组33，其中光纤光栅测量组31中的光纤光栅11通过快干型强力胶水黏贴于钢梁表面；光纤光栅温度补偿组33中的光纤光栅11在其外层安装塑料套管进行隔离，不与被测物体共同变形，只测量温度改变引起的波长变化。根据结构测量位置受力特点，对光纤施加预应力，将光纤置于最佳测量范围。③在粘贴完毕的光纤表面涂704硅橡胶，形成704硅橡胶隔离层36，进行软防护，减小测点处光栅与混凝土之间相互作用，保证光纤光栅测量元件与被测钢梁共同变形，提高测量精度。④在704硅橡胶隔离层之外涂覆环氧树脂胶进行硬防护，保证光纤在混凝土浇筑过程中不被破坏。
通过具体安装和测量系统安装，可通过光纤光栅装置精确测量钢-混凝土组合桥界面处钢梁应变，并通过温度补偿组光纤光栅测量数据消除温度变化的影响。
光纤光栅测量方法可在纵桥向和横桥向结合面处布置测量元件，如图4所示的横向光纤光栅41，如图5所示在纵向钢筋51上布置纵向光纤光栅52，在横向钢筋52上布置纵向光纤光栅53，以测量钢-混凝土组合桥纵桥向和横桥向的钢结构应变。
如图6所示，本发明中的声发射测量装置通过混凝土抗折试件受弯过程标定裂缝定位功能。将声发射测量装置安装在混凝土抗折试件表面，在试件受弯过程中采集裂缝产生过程中的声发射信号，通过试件表面裂缝的位置和声发射信号产生的裂缝位置进行对比，以标定声发射测量装置的裂缝定位功能。
如图7所示，本发明的声发射测量装置包括：声发射传感器61、数据线75、声发射采集仪和传感器固定装置。其中声发射传感器固定在钢-混凝土组合结构的混凝土板73表面，对混凝土内部的裂缝信息进行采集，通过连接线传输至声发射采集仪，经过处理分析后由显示呈现混凝土内部裂缝的产生位置和特性，从而达到采集和分析混凝土内部裂缝性能的目标。
如图8所示，本发明的声发射测量装置的工作原理是在混凝土内部产生裂缝的同时伴随弹性波的形式快速释放的现象，声波在混凝土内部传播后到达混凝土表面，被固定在混凝土表面的声发射传感器接收后通过连接线传输到声发射采集仪，从而完成对裂缝产生位置和裂缝性能的采集。根据弹性波在钢筋混凝土材料中的传播速度和各传感器接收到声信号的时间差，借助空间定位算法确定声源位置，通过对声信号的积分和统计算法得出声信号的特性，利用傅里叶变换得到声信号频域特征，可分析声信号频域相关特征。在完成采集和处理分析后，可对钢-混凝土组合桥混凝土内部裂缝的性能进行总结。
图9给出了声发射传感器在混凝土表面的安装详细图示。声发射传感器通过传感器固定装置安装在混凝土板73表面。所述传感器固定装置包括：钢固定框架93、钢柱91、固定弹簧92和两个铁片95，钢固定框架93上设有通孔，钢柱91依次穿过固定弹簧92、通孔，设置在钢固定框架93上，钢柱91的下端设有圆盘，在声发射传感器61表面涂覆耦合剂96后安装在打磨后的混凝土表面，铁片95通过强力胶水粘贴在混凝土103表面，钢固定框架93的底部由磁铁94制成，吸附在铁片95上，使钢柱91下端的圆盘置于声发射传感器61的上方，然后通过按压钢柱91使声发射传感器61与混凝土表面紧密贴合。声发射传感器61的安装需要经过声波测试后根据声发射传感器型号及性能确定其有效测量范围，根据组合结构受力特征和裂缝形成的范围确定监测范围，最后基于声发射传感器有效测量范围和需要测量的区域确定其布置形式，图7只给出了一种布置方式。
图10所示方法是将高精度引伸计预埋于混凝土内部，引伸计102测量标距为1-10cm。引伸计其中一端通过焊接方法连接于钢梁表面，另一端处钢梁打磨光亮后在钢梁与引伸计之间涂抹704胶进行软防护，放置砂浆进入硬化后产生粘结力。引伸计焊接一端代表钢梁的位移变形，另一端代表混凝土的位移变形，由此测量二者之间的位移差。该方法将引伸计内埋于混凝土内部，测量过程和方法抵抗外界干扰能力强，可靠性高，可精确测量钢梁与混凝土的相对位移。
图11所示方法是将光纤光栅测量方法应用于钢-混凝土组合结构中内埋钢筋应变的测量。首先，将被测钢筋表面打磨光滑形成钢筋剖光面112，使用酒精进行清洁后，参照第一部分光纤光栅测量安装方法对光纤施加预应力后进行粘贴，然后再进行软防护和硬防护保护。
图12所示是将本发明所提出的测量方法应用于钢-混凝土组合结构后，将测量结果进行综合系统计算，综合其结果后对钢-混凝土组合结构损伤进行评判，形成钢-混凝土组合结构损伤测量系统。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，包括：光纤光栅测量组(31)、光纤光栅温度补偿组(33)、光纤光栅解调仪、显示器、声发射测量装置和引伸计(102)；
所述光纤光栅测量组(31)和光纤光栅温度补偿组(33)布置在纵向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁(74)表面、横向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁(74)表面和钢-混凝土组合结构中的内埋钢筋(111)表面，
所述光纤光栅测量组(31)用于测量纵向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁(74)应变、横向钢-混凝土组合桥界面处的钢梁(74)应变和钢-混凝土组合结构中内埋钢筋(111)的应变，
所述光纤光栅温度补偿组(33)用于测量温度变化引起的波长变化，消除温度变化对测量数据的影响；
所述光纤光栅测量组(31)和光纤光栅温度补偿组(33)通过光纤(12)与光纤光栅解调仪连接，并将测量数据发送给光纤光栅解调仪；
所述光纤光栅解调仪与显示器连接，用于接收测量数据，并对其进行处理，并将处理后的数据发送给显示器；
所述声发射测量装置包括：声发射传感器(61)、数据线(75)、传感器固定装置和声发射采集仪；
所述声发射传感器(61)通过传感器固定装置安装在混凝土板(73)表面，
所述声发射传感器(61)通过数据线(75)与声发射采集仪连接，用于将采集的声信号发送到声发射采集仪，
声发射采集仪与显示器连接，用于接收声信号，并对其进行分析计算，分析处理完成后将处理结果发送到显示器进行显示；
所述引伸计(102)预埋于混凝土(103)内部，所述引伸计(102)的一端通过焊接连接于钢梁表面，引伸计的另一端与打磨光亮后的钢梁连接，在连接处涂抹704硅橡胶，用于进行软防护，引伸计的一端用于代表钢梁的位移变形，引伸计的另一端用于代表混凝土的位移变形，引伸计(102)用于测量钢梁与混凝土之间的位移差，并将测量结果传送至显示器。
2.如权利要求1所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，在安装光纤光栅测量组(31)和光纤光栅温度补偿组(33)之前，对光纤光栅(11)施加预应力，将光纤光栅(11)置于最佳测量范围。
3.如权利要求2所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，光纤光栅测量组(31)和光纤光栅温度补偿组(33)的安装过程具体如下：
在测量位置处进行打磨，用于保证光纤光栅测量组(31)和光纤光栅温度补偿组(33)与被测对象进行有效接触；
光纤光栅测量组(31)中的N个光纤光栅(11)通过快干型强力胶水(35)黏贴于钢梁表面，然后在光纤光栅(11)的表面依次涂覆704硅橡胶和环氧树脂胶，形成704硅橡胶隔离层(36)和环氧树脂胶水保护层(32)；
光纤光栅温度补偿组(33)中的N个光纤光栅(11)的外层安装塑料套管，形成塑料套管隔离层(37)，然后依次涂覆704硅橡胶和环氧树脂胶，形成704硅橡胶隔离层(36)和环氧树脂胶水保护层(32)，塑料套管用于进行隔离，使光纤光栅(11)不与被测对象共同变形；
所述704硅橡胶隔离(36)层用于进行软防护，减小测点处光纤光栅(11)与混凝土(103)之间的相互作用，保证光纤光栅(11)与被测对象共同变形，提高测量精度；
所述环氧树脂胶水保护层(32)用于进行硬防护，保证光纤光栅(11)在混凝土(103)浇筑过程中不被破坏。
4.如权利要求2所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，所述光纤光栅(11)的测量标距为1-10mm。
5.如权利要求1所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，所述声发射传感器(61)采用声发射带宽为100kHz-1.0MHz的宽频传感器。
6.如权利要求1所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，所述传感器固定装置包括：钢固定框架(93)、钢柱(91)、固定弹簧(92)和两个铁片(95)，钢固定框架(93)上设有通孔，钢柱(91)依次穿过固定弹簧(92)、通孔，设置在钢固定框架(93)上，钢柱(91)的下端设有圆盘，在声发射传感器(61)表面涂覆耦合剂(96)后安装在打磨后的混凝土表面，铁片(95)通过强力胶水粘贴在混凝土(103)表面，钢固定框架(93)的底部由磁铁(94)制成，吸附在铁片(95)上，使钢柱(91)下端的圆盘置于声发射传感器(61)的上方，然后通过按压钢柱(91)使声发射传感器(61)与混凝土表面紧密贴合。
7.如权利要求1所述的钢-混凝土组合结构损伤测量系统，其特征在于，引伸计(102)测量标距为1-10cm。
CN202010027092.8A 2020-01-10 2020-01-10 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统 Active CN111189404B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010027092.8A CN111189404B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010027092.8A CN111189404B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111189404A CN111189404A (zh) 2020-05-22
CN111189404B true CN111189404B (zh) 2020-12-22

Family

ID=70706116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010027092.8A Active CN111189404B (zh) 2020-01-10 2020-01-10 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111189404B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113607824A (zh) * 2021-08-16 2021-11-05 赵跃 一种混凝土梁板浇筑过程中监测裂缝的方法
CN114136776B (zh) * 2021-11-22 2024-03-08 中国铁道科学研究院集团有限公司 一种装配式钢混梁连接构造测量评估系统及其评价方法
CN115406385B (zh) * 2022-09-30 2023-08-11 武汉路通市政工程质量检测中心有限公司 斜拉桥索塔锚固区预应力钢筋断裂监测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061271A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 현대자동차주식회사 섬유강화 고분자 복합재와 금속재 결합체의 구조 건전도 모니터링 장치
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN108798062A (zh) * 2018-07-10 2018-11-13 大连理工大学 基于形状记忆合金的钢-混凝土界面损伤监测及加固方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5929349A (en) * 1997-08-22 1999-07-27 Shell Oil Company Inspection tool for measuring wall thickness of underground storage tanks
CN102901441B (zh) * 2011-07-29 2015-08-05 天津城市建设学院 建筑工程结构裂纹状态监测方法及应用该方法的监测系统
CN103323038A (zh) * 2013-05-28 2013-09-25 大连理工大学 一种光纤桥梁拉索锈蚀监测传感器
CN104330064A (zh) * 2014-11-25 2015-02-04 辽宁工程技术大学 一种巷道变形数据在线监测装置及方法
CN209512774U (zh) * 2018-12-10 2019-10-18 河北曲港高速公路开发有限公司 钢－混凝土组合梁界面滑移测量传感器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061271A (ko) * 2011-12-01 2013-06-11 현대자동차주식회사 섬유강화 고분자 복합재와 금속재 결합체의 구조 건전도 모니터링 장치
CN104655385A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 中国铁路总公司 一种铁路桥梁下部结构健康状态定量评价方法
CN108798062A (zh) * 2018-07-10 2018-11-13 大连理工大学 基于形状记忆合金的钢-混凝土界面损伤监测及加固方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111189404A (zh) 2020-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111189404B (zh) 一种钢-混凝土组合结构损伤测量系统
Wang et al. Optical fiber sensor based in-field structural performance monitoring of multilayered asphalt pavement
CN102818852B (zh) 一种桥梁预应力孔道灌浆密实度测试方法及系统
Kocherla et al. Embedded PZT sensors for monitoring formation and crack opening in concrete structures
CN110346453B (zh) 一种混凝土结构内缺陷小排列反射回波快速检测方法
CN203116893U (zh) 一种正交异性钢桥面板隐蔽焊缝应力监测装置
CN112326786B (zh) 基于电磁超声Lamb波S1模态群速度的金属板应力检测方法
Duncan et al. SPIE smart structures and materials+ nondestructive evaluation and health monitoring
Zima et al. Reference-free determination of debonding length in reinforced concrete beams using guided wave propagation
CN112147228B (zh) 回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法
CN104374830A (zh) 一种基于压电阵列的近场相控阵结构健康监测方法
CN111830136A (zh) 基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法
Childs et al. Measurement of crack formation in concrete using embedded optical fibre sensors and differential strain analysis
Steinbild et al. A sensor detecting kissing bonds in adhesively bonded joints using electric time domain reflectometry
Hong et al. Displacement shape measurement of continuous beam bridges based on long-gauge fiber optic sensing
Jones The ultrasonic testing of concrete
Zhao et al. Crack width measurement with OFDR distributed fiber optic sensors considering strain redistribution after structure cracking
Wu et al. Feasibility study of an active sensing approach to detect soil slope interlayer slide using piezoceramic buzzers
Clark et al. Fatigue load monitoring in steel bridges with Rayleigh waves
Bulletti et al. Interdigital piezopolymer transducers for time of flight measurements with ultrasonic lamb waves on carbon-epoxy composites under pure bending stress
CN114646687A (zh) 基于超声临界折射纵波的碳纤维复合板材表层应力检测方法
CN113639846A (zh) 用于检测薄抹灰保温隔热系统粘贴质量的激光振动测试检验方法
JP4587535B2 (ja) 複合構造物の剥離検知方法および検知装置
CN114136776B (zh) 一种装配式钢混梁连接构造测量评估系统及其评价方法
CN112902889A (zh) 一种双通道测厚仪以及通过双通道测厚仪测量混凝土中纵波波速的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant