CN111351771A - 一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及灌浆密实度的检测与监控技术领域，尤其涉及一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，包括：光源、脉冲调制器、耦合器、光纤传感器、布里渊时域反射仪和信号输出器；光源与脉冲调制器连接，脉冲调制器与耦合器连接，耦合器与光纤传感器连接，布里渊时域反射仪与耦合器连接，信号输出器与布里渊时域反射仪连接；本发明将分布式光纤传感器布置在套筒内部，弥补了传统检测方式会对结构产生破坏的不足；克服了超声技术探测灌浆效果存在的随机性、片面性等问题，既满足施工过程灌浆密实度检测的需要，又能对预制桥墩结构性能进行长期监控，本发明灌浆密实度检测过程均为智能检测，减少了人员工作量，提高了工作效率，精度高、低耗能。
Description
技术领域
本发明涉及灌浆密实度的检测与监控技术领域，尤其涉及一种预制装配式桥墩连接灌浆密实度监测系统及方法。
背景技术
近年来，桥墩预制拼装技术在各国推广应用，相对于现浇钢筋混凝土桥墩，预制拼装桥墩具有结构抗震性能好、施工快捷简便和环境影响小等方面的优势。预制拼装桥墩的力学性能，与不同构件连接处性能密不可分。常见的连接方式有灌浆套筒接头、灌浆波纹管接头、承插式接头、、法兰盘式接头、扣环式接头、钢筋板焊接式接头、后张预应力式接头等。相比于国外较为全面的研究，预制装配式桥墩在国内运用尚未得到广泛运用。近几年采用灌浆套筒连接的预制桥墩开始在我国一部分地区运用，采用球墨铸铁套筒，套筒内填充高强灌浆料形成钢筋锚固。可见，灌浆料的密实程度将直接影响预制桥墩套筒连接强度和耐久性。
现有技术中，灌浆质量的检测，主要依靠施工和监理人员的经验，观察控制出浆时间来决定灌浆质量是否符合要求，具有很大的主观随意性，灌浆不饱满的缺陷时有发生，严重影响结构安全。现有的灌浆密实度检测方法主要有取芯检测法、超声检测法和射线法等，这些方法要么会对结构本身产生一定破坏，要么受钢筋影响，很难达到预期的效果。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统及方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统及方法，实现对预制桥墩套筒连接灌浆密实度的检测及长期监控。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，包括：光源、脉冲调制器、耦合器、光纤传感器、布里渊时域反射仪、信号输出器和套筒；
所述光源与所述脉冲调制器连接，所述脉冲调制器与所述耦合器连接，所述耦合器与所述光纤传感器连接，所述布里渊时域反射仪与所述耦合器连接，所述信号输出器与所述布里渊时域反射仪连接；
所述光纤传感器固定于套筒内的灌浆区域，所述脉冲调制器将所述光源发射的光调制成脉冲光，并将脉冲光打入至所述光纤传感器中，所述耦合器收集散射回来的自发布里渊信号，信号经由所述布里渊时域反射仪传输至所述信号输出器中，所述信号输出器用于将接收的信号以图像形式显示出来。
优选地，所述光纤传感器包括分布式光纤应变传感器和分布式温度传感器。
优选地，套筒内设置有钢绞线，所述分布式光纤应变传感器与所述钢绞线相连。
优选地，所述分布式温度传感器外部包裹有PVC管道，所述PVC管道保证温度传感器仅受温度影响。
本发明另一方面提供了一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测方法，包括以下步骤：
将分布式光纤应变传感器与钢绞线一同通过灌浆口埋入套筒内，分布式光纤应变传感器与钢绞线平行，将分布式光纤温度传感器与PVC管道一同通过灌浆口埋入套筒内，且光纤传感器与PVC管道平行，光源产生泵浦光经脉冲调制器，将泵浦光调制成脉冲光后打入分布式光纤传感器；
通过耦合器在分布式光纤传感器的同一端收集散射回来的自发布里渊信号，经由布里渊光时域反射仪接收检测；
布里渊光时域反射仪将解调信号传输到信号输出器；
信号输出器将接收到的信号以图像形式显示出来，通过观察图像并分析数据，判断灌浆密实度及缺陷位置和尺寸。
本发明的有益效果为：本发明将分布式光纤传感器布置在套筒内部，弥补了传统检测方式会对结构产生破坏的不足；克服了超声技术探测灌浆效果存在的随机性、片面性等问题，既满足施工过程灌浆密实度检测的需要，又能对承插式结构性能进行长期监控；同时，本发明灌浆密实度检测过程均为智能检测，减少了人员工作量，提高了工作效率，具有精度高、低耗能等优点。
附图说明
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中记载的一些实施例，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。
图1为本发明实施例中预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中灌浆套筒布置图；
图3为本发明实施例中分布式光纤应变传感器剖面图；
图4为本发明实施例中分布式光纤温度传感器剖面图；
附图标记：1-光源、2-脉冲调制器、3-耦合器、4-承台、5-预制墩身、6-分布式光纤应变传感器、7-分布式温度传感器、8-布里渊时域反射仪、9-信号输出器、10-钢绞线、11-PVC管道、12-注浆口、13-出浆口、14-灌浆套筒。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1至图4所示的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，包括：光源1、脉冲调制器2、耦合器3、光纤传感器、布里渊时域反射仪8和信号输出器9；
光源1与脉冲调制器2连接，脉冲调制器2与耦合器3连接，耦合器3与光纤传感器连接，布里渊时域反射仪8与耦合器3连接，信号输出器9与布里渊时域反射仪8连接；
如图1中所示，预制墩身5与承台4采用套筒14连接，光纤传感器固定于套筒内灌浆区域，从灌浆口12进入套筒、从出浆口13离开套筒，脉冲调制器2将光源1发射的光调制成脉冲光，并将脉冲光打入至光纤传感器中，耦合器3收集散射回来的自发布里渊信号，信号经由布里渊时域反射仪8传输至信号输出器9中，信号输出器9用于将接收的信号以图像形式显示出来。
本发明的工作原理是：采用标准单模光纤同时作为传感器与光信号传输通路，当脉冲光以一定的频率自光纤的一端入射，由于声光效应，入射的脉冲光在光纤中产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，经过数字信号处理器的平均化处理，得到光纤沿线各个采样点的散射光谱；再通过变化入射光的频率，以实现不同频率下布里渊散射光功率的测量。如果光纤受到轴向拉伸，通过测量拉伸段光纤的布里渊频移，然后通过频移值与光纤的应变间的线性关系就可以得到光纤的应变量。
具体的，请继续参照图1，光纤传感器包括分布式光纤应变传感器6和分布式温度传感器7。分布式光纤传感器是采用独特的分布式光纤探测技术，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器。它将传感光纤沿场排布，可以同时获得被测场的空间分布和随时间的变化信息。
如图2至图3所示，为了满足现场施工和长期监测的需要，分布式光纤应变传感器6采用单模传感器光纤，套筒14内设置有钢绞线10，分布式光纤应变传感器6与钢绞线10相连。。由于单模光纤直径小且不易固定，通过将光纤应变传感器6与钢绞线10固定在一起的结构，提高了光纤结构的稳定性，
为了进一步提高分布式光纤应变传感器6的监测稳定性，分布式光纤应变传感器6与钢绞线10连接上，不仅能保证光纤应变传感器能够随灌浆料一同变形，而且具有较好的抵抗外部损伤的能力和较强的长期耐久性。
作为上述实施例的优选，分布式温度传感器7外部包裹有PVC管道11，由于分布式温度传感器7在PVC管道中可以自由变形，且仅受温度影响，在长期监测中，可以为分布式光纤应变传感器起到温度补偿的作用，弥补布里渊散射光功率随温度变化明显的缺点。
本发明实施例还提供一种预制装配式桥墩连接处灌浆密实度监测方法，包括以下步骤：
将分布式光纤应变传感器6与钢绞线10一同埋通过灌浆口12埋入套筒14内分布式光纤应变传感器6与钢绞线10平行，
将分布式温度传感器7与PVC管道11一同通过灌浆口12埋入套筒14内，且光纤传感器与PVC管道平行光源1产生泵浦光经脉冲调制器2，将泵浦光调制成脉冲光后打入分布式光纤传感器；
通过耦合器3在分布式光纤传感器的同一端收集散射回来的自发布里渊信号，经由布里渊光时域反射仪8接收检测；
布里渊光时域反射仪8将解调信号传输到信号输出器9；
信号输出器9将接收到的信号以图像形式显示出来，通过观察图像并分析数据，判断灌浆密实度及缺陷位置和尺寸。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，包括：光源（1）、脉冲调制器（2）、耦合器（3）、光纤传感器、布里渊时域反射仪（8）、信号输出器（9）和套筒（14）；
所述光源（1）与所述脉冲调制器（2）连接，所述脉冲调制器（2）与所述耦合器（3）连接，所述耦合器（3）与所述光纤传感器连接，所述光纤传感器与所述套筒（14）连接，所述布里渊时域反射仪（8）与所述耦合器（3）连接，所述信号输出器（9）与所述布里渊时域反射仪（8）连接；
所述光纤传感器固定于所述套筒（14）内的灌浆区域，所述脉冲调制器（2）将所述光源（1）发射的光调制成脉冲光，并将脉冲光打入至所述光纤传感器中，所述耦合器（3）收集散射回来的自发布里渊信号，信号经由所述布里渊时域反射仪（8）传输至所述信号输出器（9）中，所述信号输出器（9）用于将接收的信号以图像形式显示出来。
2.根据权利要求1所述的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，所述光纤传感器包括分布式光纤应变传感器（6）和分布式温度传感器（7）。
3.根据权利要求2所述的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，所述套筒（14）设置有灌浆口（12）和出浆口（13），所述分布式光纤应变传感器（6）从所述灌浆口（12）进入套筒（14）内部，从所述出浆口（13）离开套筒。
4.根据权利要求3所述的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，灌浆区域设置有钢绞线（10），所述分布式光纤应变传感器（6）与所述钢绞线（10）相连。
5.根据权利要求2所述的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，所述分布式温度传感器（7）外部包裹有PVC管道（11），所述PVC管道（11）用于保证温度传感器仅受温度影响。
6.根据权利要求3所述的预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测系统，其特征在于，所述分布式温度传感器（7）从所述灌浆口（12）进入套筒内部，从所述出浆口（13）离开套筒。
7.一种预制桥墩套筒连接灌浆密实度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将分布式光纤应变传感器与钢绞线通过灌浆口埋入套筒内，分布式光纤应变传感器与钢绞线平行；
将分布式光纤温度传感器与PVC管道通过灌浆口埋入套筒内，且光纤传感器与PVC管道平行；
光源产生泵浦光经脉冲调制器，将泵浦光调制成脉冲光后打入分布式光纤传感器；
通过耦合器在分布式光纤传感器的同一端收集散射回来的自发布里渊信号，经由布里渊光时域反射仪接收检测；
布里渊光时域反射仪将解调信号传输到信号输出器；
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