CN115341707A - 一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土(PTRC)薄板，其包括预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体，预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体由底部混凝土、碳纤维织网、预应力保护装置以及上部混凝土构成，碳纤维织网的张拉端用环氧树脂浸润后通过涂抹无机胶连接于若干组预应力保护装置上的定位孔内，上部混凝土承受弯矩最大处沿横截面均匀布置若干组压电传感材料，压电传感材料接通压电传感器。本发明通过动态监测PTRC薄板受压变化，对PTRC薄板变形以及被加固构件整体受力情况进行监测；不仅能避免因预应力施加过程中纤维回缩、混凝土硬化收缩等导致的预应力损失，还能对被加固构件服役期间的受力情况进行健康监测。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维织物增强混凝土板加固领域，尤其是涉及一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板。
背景技术
有大量既有建筑，如中小学校舍、医院等重点设防类建筑存在安全隐患，需要加固处理。近十多年来，纤维织物增强混凝土材料在结构加固工程中得到了应用，这种材料被称为TRC(Textile Reinforced Concrete)，它是将纤维织物和细骨料混凝土组合形成一种复合材料，该材料具有轻质高强、耐腐蚀、变形性能好等特点。
随着对碳纤维织物增强混凝土材料的进一步研究，又开发出了通过先张法对碳纤维织物施加预应力，形成预应力碳纤维织物增强混凝土(PTRC)薄板，既提升了纤维织物的平整度，又可将部分强度转化为压应力作用于基体上，提升碳纤维织物增强混凝土薄板的抗裂能力。在先张法施工工程中，预应力损失是所有预应力构件普遍存在的现象，夹具变形、纤维回缩、混凝土结硬体积收缩都会导致预应力纤维织物随之收缩，造成预应力损失，而预应力损失在上下混凝土浇筑养护完成后无法弥补。且被加固构件大多为设防类别较高，或者长时间受到自然环境侵蚀或人为因素影响，易存在各种安全隐患。所以，如何减少PTRC薄板的预应力损失，以及对这些被加固构件进行监测，及早的发现被加固构件的损伤和整体受力情况，提高使用加固建筑物的使用安全性，是一个需要迫切解决的问题。
因此，为避免预应力损失太多导致PTRC薄板力学性能受到影响，并且做到对PTRC薄板变形的监测，进而反映出被加固构件整体受力变化，以及对被加固构件的健康监测，提出一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，包括预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体，所述预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体由底部混凝土、碳纤维织网、预应力保护装置以及上部混凝土构成，所述碳纤维织网的张拉端用环氧树脂浸润后通过涂抹无机胶连接于若干组预应力保护装置上的定位孔内，所述上部混凝土承受弯矩最大处沿横截面均匀布置若干组压电传感材料，所述压电传感材料接通压电传感器。
优选地，所述碳纤维织网由若干组碳纤维束或碳纤维束和无碱玻璃纤维束经线和纬线交叉编织而成，每组所述碳纤维束或无碱玻璃纤维束的两侧均固定安装有预应力保护装置。
优选地，所述预应力保护装置的上下两端均设置有环形凹槽，施加预应力时夹具夹住所述环形凹槽，同时所述碳纤维织网与所述定位孔通过硬化后的环氧树脂和无机胶形成咬痕，通过所述咬痕施加预应力。
优选地，所述定位孔的数量视所述碳纤维织网的层数而定，碳纤维织网根据设计要求布置1-3层，每层定位孔卡槽约束一层碳纤维织网；即：布置多层碳纤维织网时，预应力保护装置上布置对应数量的定位孔。
优选地，所述预应力保护装置由钢材制成；铺设单层所述碳纤维织网时水平放置预应力保护装置以增加截面面积；铺设多层碳纤维织网时，垂直放置预应力保护装置，预应力通过夹具夹持预应力保护装置上下两端的环形凹槽施加，施加完毕后浇筑所述上部混凝土。
优选地，所述上部混凝土浇筑时沿弯矩最大的横截面处垂直均匀放置三组压电传感材料，并通过导线连接压电传感器。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明不仅避免了先张法易造成预应力损失的弊端，还能对被加固构件在服役期间提供安全有效的监测手段，实现对被加固构件的健康监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明提供的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板的结构示意图；
图2本发明提供的碳纤维织网的结构示意图；
图3是本发明提供的碳纤维复合织网的结构示意图；
图4是本发明提供的预应力保护装置连接结构示意图。
图标：1-上部混凝土，2-碳纤维织网，3-压电传感材料，4-预应力保护装置，5-底部混凝土，6-定位孔，7-碳纤维束，8-无碱玻璃纤维束，9-环形凹槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1至图4所示，本实施例提供一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其包括预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体，所述预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体由底部混凝土5、碳纤维织网2、预应力保护装置4以及上部混凝土1构成，所述碳纤维织网2的张拉端用环氧树脂浸润后通过涂抹无机胶连接于若干组预应力保护装置4上的定位孔6内，所述上部混凝土1承受弯矩最大处沿横截面均匀布置若干组压电传感材料3，所述压电传感材料3接通压电传感器。
本发明中碳纤维织网卡进预应力保护装置的定位孔，通过预应力保护装置与底部混凝土和上部混凝土较大的接触面积阻止碳纤维束的回缩，防止预应力损失，上部混凝土中心受压截面处布置若干组压电传感材料，接通压电传感器，通过动态监测压电传感器的电信号变化，对PTRC薄板的变形以及被加固构件的整体受力情况进行监测。
在该实施例中，所述碳纤维织网2由若干组碳纤维束7或碳纤维束7和无碱玻璃纤维束8经线和纬线交叉编织而成，每组所述碳纤维束7或无碱玻璃纤维束8的两侧均固定安装有预应力保护装置4。碳纤维束7或无碱玻璃纤维束8两端施加预应力处用环氧树脂浸润后涂抹无机胶，接着卡入预应力保护装置的定位孔中，若干小时后待无机胶凝固与定位孔形成咬痕，通过咬痕施加预应力。
在该实施例中，所述预应力保护装置4的上下两端均设置有环形凹槽9，施加预应力时夹具夹住所述环形凹槽9，同时所述碳纤维织网2与所述定位孔6通过硬化后的环氧树脂和无机胶形成咬痕，通过所述咬痕施加预应力。
在该实施例中，所述定位孔6的数量视所述碳纤维织网2的层数而定，碳纤维织网2根据设计要求布置1-3层，每层定位孔6卡槽约束一层碳纤维织网2；即：布置多层碳纤维织网2时，预应力保护装置4上布置对应数量的定位孔6。
在该实施例中，所述预应力保护装置4由钢材(延性较好，强度较高的钢材)制成；铺设单层所述碳纤维织网2时水平放置预应力保护装置4以增加截面面积；铺设多层碳纤维织网2时，垂直放置预应力保护装置4，预应力通过夹具夹持预应力保护装置4上下两端的环形凹槽9施加，施加完毕后浇筑所述上部混凝土1。
在该实施例中，所述上部混凝土1浇筑时沿弯矩最大的横截面处垂直均匀放置三组压电传感材料3，并通过导线连接压电传感器。在使用该预应力碳纤维织物增强混凝土薄板时，连接压电传感材料的压电传感器输出电信号，通过电信号的大小判断PTRC薄板的变形，被加固构件受力越大，PTRC薄板承受变形越大，上部混凝土中压电传感材料受压也就越大，同时输出电信号增加，因此，通过薄板中压电传感材料输出的电信号，可同时监测薄板变形和被加固构件的受力状态，进而判断PTRC薄板是否可以继续安全使用，以及被加固构件的损伤程度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，包括预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体，所述预应力碳纤维织物增强混凝土薄板本体由底部混凝土(5)、碳纤维织网(2)、预应力保护装置(4)以及上部混凝土(1)构成，所述碳纤维织网(2)的张拉端用环氧树脂浸润后通过涂抹无机胶连接于若干组预应力保护装置(4)上的定位孔(6)内，所述上部混凝土(1)承受弯矩最大处沿横截面均匀布置若干组压电传感材料(3)，所述压电传感材料(3)接通压电传感器。
2.根据权利要求1所述的基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，所述碳纤维织网(2)由若干组碳纤维束(7)或碳纤维束(7)和无碱玻璃纤维束(8)经线和纬线交叉编织而成，每组所述碳纤维束(7)或无碱玻璃纤维束(8)的两侧均固定安装有预应力保护装置(4)。
3.根据权利要求1所述的基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，所述预应力保护装置(4)的上下两端均设置有环形凹槽(9)，施加预应力时夹具夹住所述环形凹槽(9)，同时所述碳纤维织网(2)与所述定位孔(6)通过硬化后的环氧树脂和无机胶形成咬痕，通过所述咬痕施加预应力。
4.根据权利要求1所述的基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，所述定位孔(6)的数量视所述碳纤维织网(2)的层数而定，碳纤维织网(2)根据设计要求布置1-3层，每层定位孔(6)卡槽约束一层碳纤维织网(2)；即：布置多层碳纤维织网(2)时，预应力保护装置(4)上布置对应数量的定位孔(6)。
5.根据权利要求1所述的基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，所述预应力保护装置(4)由钢材制成；铺设单层所述碳纤维织网(2)时水平放置预应力保护装置(4)以增加截面面积；铺设多层碳纤维织网(2)时，垂直放置预应力保护装置(4)，预应力通过夹具夹持预应力保护装置(4)上下两端的环形凹槽(9)施加，施加完毕后浇筑所述上部混凝土(1)。
6.根据权利要求1所述的基于健康监测下的预应力碳纤维织物增强混凝土薄板，其特征在于，所述上部混凝土(1)浇筑时沿弯矩最大的横截面处垂直均匀放置三组压电传感材料(3)，并通过导线连接压电传感器。
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