CN114753570B - 一种基于预应力与分布式光纤frp传感技术的屋面防风揭加固预警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，属于屋面加固技术领域，包括分布式光纤FRP传感筋，连续布置在多个屋面板上；传感筋下压件，安装在屋面板上；传感筋固定件，安装在屋面板上；BOTDA/R解调仪，通过传输线路与分布式光纤FRP传感筋一端相连，用于监测预警屋面板。本发明采用分布式光纤FRP传感器，测点连续布置，全覆盖、无死角，采用FRP材料封装传感器，同时兼顾通信光缆的作用，不仅大大提高传感器的耐久性，而且最大程度上减少了光缆的串联节点，大大提高整个系统的良好率，采用了预应力技术，人为干预，放大了屋面风揭破坏时的应力变化，提高了预警的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及屋面加固技术领域，具体是一种基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置。
背景技术
现有的金属屋面防风揭预警装置通常采用监测探头、自感知加强筋等组件，但其在功能性上还是有所欠缺。例如利用检测探头装置(见专利CN213301660U一种用于屋面板风揭安全监测装置)进行预警监测，其通过在屋顶部的檩条上安装立杆，利用立杆来安装可便于拆装的监测探头，并且在探头底部设置有弹性垫，立杆前端设置传动圆杆，但是在恶劣环境下探头的稳定性有待提高，而且在地形条件复杂的地带，人工拆卸探头检修成本过大，最重要的是探头只能做到监测，无法对屋面板进行一定程度的加固，功能单一。自感知加强筋装置(见专利CN212001945U一种具有监测功能的屋面板加固装置)通过加强筋固定支座连接屋面板，然后通过传感元件将布设传感器位置处的应变监测数据上传到上机位，在突发风揭时，可以通过监测数据提前发出预警通知，而且由于加强筋固定支座与自感知加强筋整体受力，能够加固屋面板、抑制风揭脱落物飞散，但由于其采用加强筋为普通加强筋故导致其加固效果有限，屋面板仍会产生较大变形；同时，由于传感元件为普通光栅仅能监测布设点出的变形，使得只有在屋面板变形较大时且该处布设了传感器的情况下，方能在加强筋内部产生较大的轴向变形，从而导致实际使用过程中该设备的灵敏度相对较低，故降低了监测装置对风揭的预警效果。
综上所述，目前亟需一种高预警灵敏度的屋面板防风揭加固装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，包括：
分布式光纤FRP传感筋，连续布置在多个屋面板上；
传感筋下压件，安装在屋面板上，用于对分布式光纤FRP传感筋进行约束；
传感筋固定件，安装在屋面板上，用于对分布式光纤FRP传感筋两端进行固定；
BOTDA/R解调仪，通过传输线路与分布式光纤FRP传感筋一端相连，用于监测预警屋面板；
分布式光纤FRP传感筋依次穿过传感筋下压件和传感筋固定件，经过传感筋下压件进行依次下压，使传感筋产生预拉应力；对已经下压完成，产生预拉应力的分布式光纤FRP传感筋进行扫描，并以此作为传感器的原始数据；破坏预警；当分布式光纤FRP传感筋下压节点与屋面板联动发生破坏或者破坏趋势的时候，该节点失效，分布式光纤FRP传感筋的预拉力消失；
所述传感筋下压件包括：
下压底板，安装在屋面板的龙骨上；
下压螺纹套，一端与所述下压底板固定连接；
双头螺柱，一端与所述下压螺纹套螺纹连接，另一端安装有与其螺纹连接的六方螺母；
所述传感筋下压件还包括：
成对设置的大方板，所述大方板两端均通过下压支撑柱与另一大方板相连；通过双头螺柱调节六方螺母与下压底板之间的距离，从而对分布式光纤FRP传感筋进行下压；两个大方板之间的形成供分布式光纤FRP传感筋通过的间隙孔，对分布式光纤FRP传感筋进行下压；
所述传感筋固定件包括：
固定底板，安装在屋面板的龙骨上；
固定螺纹套，一端与所述固定底板相连；
固定支撑柱，一端与所述固定螺纹套螺纹连接，另一端固定安装有小索夹；
底盘，套设在所述固定支撑柱外部。
作为本发明的进一步技术方案，所述分布式光纤FRP传感筋包括：
光纤传感器元件；
FRP碳纤维增强复合筋，套设在所述光纤传感器元件外部。
作为本发明的再进一步技术方案，所述分布式光纤FRP传感筋还包括：
防紫外线涂层，涂覆在所述FRP碳纤维增强复合筋外部。
作为本发明的再进一步技术方案，所述六方螺母通过卡键垫片与双头螺柱相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、连续布置，监测范围广；采用分布式光纤FRP传感器，测点连续布置，全覆盖、无死角；
2、可靠性高，耐久性好；采用FRP材料封装传感器，同时兼顾通信光缆的作用，不仅大大提高传感器的耐久性，而且最大程度上减少了光缆的串联节点，大大提高整个系统的良好率；
3、预警系统灵敏度高；采用了预应力技术，人为干预，放大了屋面风揭破坏时的应力变化，提高了预警的灵敏度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中分布式光纤FRP传感筋的剖视图；
图3为本发明中传感筋下压件的局部剖视图；
图4为本发明中传感筋下压件的局部结构示意图；
图5为本发明中传感筋固定件的剖视图；
图6为本发明的工作流程图。
图中：1-屋面板、2-分布式光纤FRP传感筋、21-光纤传感元件、22-FRP碳纤维增强复合筋、23-防紫外线涂层、3-传感筋下压件、31-下压底板、32-大方板、33-下压支撑柱、34-下压螺纹套、35-六方螺母、36-双头螺柱、37-卡键垫片、4-传感筋固定件、41-固定底板、42-固定螺纹套、43-固定支撑柱、44-底盘、45-小索夹、5-传输线路、6-BOTDA/R解调仪。
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。
本发明实施例是这样实现的，如图1所示的基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，包括:
分布式光纤FRP传感筋2，连续布置在多个屋面板1上；
传感筋下压件3，安装在屋面板1上，用于对分布式光纤FRP传感筋2进行约束；
传感筋固定件4，安装在屋面板1上，用于对分布式光纤FRP传感筋2两端进行固定；
BOTDA/R解调仪6，通过传输线路5与分布式光纤FRP传感筋2一端相连，用于监测预警屋面板1。
本发明在实际应用时，分布式光纤FRP传感筋2依次穿过传感筋下压件3和传感筋固定件4，经过传感筋下压件3进行依次下压，使传感筋产生预拉应力，然后在传感筋固定件4的作用下将分布式光纤FRP传感筋2固定；扫描并记录初始数据，对已经下压完成，产生预拉应力的分布式光纤FRP传感筋2进行扫描，并以此作为传感器的原始数据；当分布式光纤FRP传感筋2下压节点与屋面板1联动发生破坏或者破坏趋势的时候，该节点失效，分布式光纤FRP传感筋2的预拉力消失；由于分布式光纤FRP传感筋2与屋面板1固定连接，故可以增强屋面板1的强度，起到与传统加强筋相同的加固效果；当发生风揭风险时，依据分布式光纤FRP传感筋2的监测数据，可以对风险进行预警；当发生风揭破坏时，由于屋面板1与分布式光纤FRP传感筋2固定连接，故可以有效地抑制风揭破坏物飞散。
如图2所示，作为本发明一个优选的实施例，所述分布式光纤FRP传感筋2包括：
光纤传感器元件；
FRP碳纤维增强复合筋22，套设在所述光纤传感器元件外部。
在本实施例的一种情况中，分布式光纤FRP传感筋2采用FRP碳纤维增强复合筋22，内置光纤传感元件21采用光纤布里渊光栅，亦可采用其它类型的传感器；为提高复合筋102的耐紫外老化能力，在FRP碳纤维增强复合筋22外侧设置防紫外线涂层23。
如图3、图4所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述传感筋下压件3包括：
下压底板31，安装在屋面板1的龙骨上；
下压螺纹套34，一端与所述下压底板31固定连接；
双头螺柱36，一端与所述下压螺纹套34螺纹连接，另一端安装有与其螺纹连接的六方螺母35，所述六方螺母35通过卡键垫片37与双头螺柱36相连。
在本实施例的一种情况中，通过双头螺柱36调节六方螺母35与下压底板31之间的距离，从而对分布式光纤FRP传感筋2进行下压，进一步的，成对设置的大方板32，所述大方板32两端均通过下压支撑柱33与另一大方板32相连，即两个大方板32之间的形成供分布式光纤FRP传感筋2通过的间隙孔，对分布式光纤FRP传感筋2进行下压，提高下压防护效果。
如图5所示，作为本发明另一个优选的实施例，所述传感筋固定件4包括：
固定底板41，安装在屋面板1的龙骨上；
固定螺纹套42，一端与所述固定底板相连；
固定支撑柱43，一端与所述固定螺纹套42螺纹连接，另一端固定安装有小索夹45；
底板44，套设在所述固定支撑柱43外部。
在本实施例的一种情况中，固定底板41固定在屋面板1的龙骨上，当分布式光纤FRP传感筋2穿过小索夹45后，通过小索夹45完成对分布式光纤FRP传感筋2的固定；此时，对已经下压完成，产生预拉应力的分布式光纤FRP传感筋2进行扫描，并以此作为传感器的原始数据；破坏预警；当分布式光纤FRP传感筋2下压节点与屋面板1联动发生破坏或者破坏趋势的时候，该节点失效，分布式光纤FRP传感筋2的预拉力消失。
工作原理：分布式光纤FRP传感筋2采集金属屋面板1监测数据，完成监测数据采集A；采集到的监测数据通过传输线路5传递，完成监测数据传输B；监测数据经由传输线路5传输至BOTDA/R解调仪6，进行监测数据分析C；完成应力变化分析D，建立预警指标；依据当前状态的监测数据和预警指标完成风揭位置定位与预警E，具体请参阅图6；具体的，当分布式光纤FRP传感筋2采集的监测数据超过该预警指标时，BOTDA/R解调仪6即发出预警提示；该预警提示可以通过图像、短信、声音、警示灯等多种形式将发生风揭风险屋面板1位置的传达给维修人员，协助维修人员及时维修，避免更大程度破坏；分布式光纤FRP传感筋2，具有一定的刚度和强度，通过分布式光纤FRP传感筋2将金属屋面板1龙骨连接，整体受力，提高了金属屋面板1的抗风揭能力。
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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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)
1.一种基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，其特征在于，包括：
分布式光纤FRP传感筋，连续布置在多个屋面板上；
传感筋下压件，安装在屋面板上，用于对分布式光纤FRP传感筋进行约束；
传感筋固定件，安装在屋面板上，用于对分布式光纤FRP传感筋两端进行固定；
BOTDA/R解调仪，通过传输线路与分布式光纤FRP传感筋一端相连，用于监测预警屋面板；
分布式光纤FRP传感筋依次穿过传感筋下压件和传感筋固定件，经过传感筋下压件进行依次下压，使传感筋产生预拉应力；对已经下压完成，产生预拉应力的分布式光纤FRP传感筋进行扫描，并以此作为传感器的原始数据；破坏预警；当分布式光纤FRP传感筋下压节点与屋面板联动发生破坏或者破坏趋势的时候，该节点失效，分布式光纤FRP传感筋的预拉力消失；
所述传感筋下压件包括：
下压底板，安装在屋面板的龙骨上；
下压螺纹套，一端与所述下压底板固定连接；
双头螺柱，一端与所述下压螺纹套螺纹连接，另一端安装有与其螺纹连接的六方螺母；
所述传感筋下压件还包括：
成对设置的大方板，所述大方板两端均通过下压支撑柱与另一大方板相连；通过双头螺柱调节六方螺母与下压底板之间的距离，从而对分布式光纤FRP传感筋进行下压；两个大方板之间形成供分布式光纤FRP传感筋通过的间隙孔，对分布式光纤FRP传感筋进行下压；
所述传感筋固定件包括：
固定底板，安装在屋面板的龙骨上；
固定螺纹套，一端与所述固定底板相连；
固定支撑柱，一端与所述固定螺纹套螺纹连接，另一端固定安装有小索夹；
底盘，套设在所述固定支撑柱外部。
2.根据权利要求1所述的基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，其特征在于，所述分布式光纤FRP传感筋包括：
光纤传感器元件；
FRP碳纤维增强复合筋，套设在所述光纤传感器元件外部。
3.根据权利要求2所述的基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，其特征在于，所述分布式光纤FRP传感筋还包括：
防紫外线涂层，涂覆在所述FRP碳纤维增强复合筋外部。
4.根据权利要求1所述的基于预应力与分布式光纤FRP传感技术的屋面防风揭加固预警装置，其特征在于，所述六方螺母通过卡键垫片与双头螺柱相连。
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