CN117451227A - 智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，包括以下步骤：设计、制作光纤复合绞线；标定光纤复合绞线和传感器；将光纤复合绞线和各传感器置入预制梁和预制柱中；通过光纤复合绞线和传感器对结构进行实时监测；对构件内力状态进行分析和评估。该监测方法将传统结构提升为智能感知结构，可对节点中心位置、梁柱交界面、梁跨中、柱脚及柱顶等关键部位和控制截面的钢筋和预应力筋的应力、混凝土应变、混凝土裂缝宽度、构件位移及转角等变量进行分阶段、分区域的全寿命周期的监控，为实时监测结构的真实应力状态和结构性能提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及装配式建筑和建筑智能监测技术领域，尤其是指一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法。
背景技术
推进新型建筑工业化和智能建造是发展住房和城乡建设领域供给侧改革、建筑业转型升级和绿色低碳发展的重要途径，对降低资源消耗，提升工程建设工业化、智能化水平具有重要意义。建筑工业化是我国建筑行业现今及未来的必然发展趋势，而装配式建筑是实现建筑工业化的有效途径。
并且，智能感知、智能监控、智能建造、智能运维已逐渐成为未来城市建筑发展的主要趋势。
然而，目前建筑在建造、使用和运营过程中，各构件关键部位和控制截面的钢筋和预应力筋的应力、混凝土应变、混凝土裂缝宽度、构件位移及转角等变量，目前主要采用人工检测的方式，该种检测手段由于技术特性，隐患发生之后才安排人员进行测量，无法实时掌握结构物安全状态。引发一系列安全事故的主要因素，往往是因为建筑物自身的细微变化，经过成年累月的积累所造成，而这种细微变化仅靠人工测量是无法察觉的，且仅靠人工检查很难做到精细化管理，应检漏检易发生安全隐患。
此外，传统的预制预应力装配式结构在建造过程中，预制预应力梁在完成混凝土浇筑并放张后，在堆放、运输、吊装等过程中，都会有预应力的损失，且在装配完成后的结构使用过程中，梁内的预应力会继续损失，进而对周围的柱、墙等构件产生附加应力。然而，这些过程中无法测得预应的损失值以及剩余的真实预应力是多少，只是基于各种假设进行推测，或利用建筑完成建造后再安装的采集设备进行监测，但这种方法只能检测相对预应力值，而不能读取绝对预应力值，这些推算或测量的结果往往与实际值相差较大。
目前，在结构全寿命周期内，无法对结构性能进行实时、有效的评估，也不能对结构未来的使用性能进行预测，整体上来看，建筑结构的智能化程度还处于较低水平。因此，为进一步提高装配式结构的使用安全性和可靠性，有必要对结构的监测方式进行进一步的升级和优化。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中对预制装配式结构中预应力无法准确全过程监测的问题，提供一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，能够对其各种应力、应变等力学性能指标进行全寿命周期的实时监控，这些数据可为结构的检修、维护及可能发生的破坏提供依据和预警，进一步提高了结构的使用安全性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，所述混凝土框架结构包括钢筋混凝土柱、梁柱节点、预制预应力梁、预应力钢绞线和光纤复合绞线；
所述梁柱节点浇筑在所述钢筋混凝土柱上，包括：梁柱节点先浇部分和梁柱节点后浇部分；
所述预制预应力梁，通过所述梁柱节点与所述钢筋混凝土柱连接；
所述预应力钢绞线，分布设置在所述预制预应力梁的上部和下部，所述预应力钢绞线的两端从所述预制预应力梁中伸出，其中：位于所述预制预应力梁下部的部分预应力钢绞线90°弯折后通过弯折锚固的方式锚固于所述梁柱节点中，其余位于所述预制预应力梁的上部和下部的预应力钢绞线不弯折，待节点区现浇混凝土达到设计强度后，通过后张法借助锚具和锚垫板对伸出部分进行后张拉以实现对梁柱节点区混凝土施加预应力；在多根预应力钢绞线中设置有至少一根二次张拉光纤复合绞线代替预应力钢绞线，设置有至少一根弯折锚固光纤复合绞线代替预应力钢绞线；光纤复合绞线中包括至少一根光纤；
所述全过程监测方法，包括以下步骤：
S1、设计、制作光纤复合绞线；
S2、对光纤复合绞线进行标定，确定不同荷载状态下其内部光纤的传感参数；
S3、制备预制预应力梁；
S3-1、固定、张拉预应力钢绞线和光纤复合绞线，将预应力钢绞线和光纤复合绞线分布设置在预制预应力梁对应位置的上部和下部，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S3-2、固定、标定用于监测的各传感器，使传感器与光纤复合绞线敷设在监测位置，实时监测各力学参数变化；
S3-3、支模、浇筑梁、柱混凝土,制备形成预制预应力梁，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S3-4、对预制预应力梁进行拆模、放张，持续监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S4、将部分位于预制预应力梁下部伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线进行90°弯折；
S5、运输、吊装预制预应力梁和钢筋混凝土柱，浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，将弯折后的预应力钢绞线和光纤复合绞线锚固于梁柱节点中，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S6、节点区现浇混凝土达到设计强度后，通过后张法对部分伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线进行后张拉以实现对梁柱节点区混凝土施加预应力，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S7、结构建造完成后，在结构使用阶段，实时监测、记录结构各力学参数变化；
S8、根据步骤S7中监测和记录的参数变化，分析、评估结构和构件的内力状态，判断结构是否发生损伤；
S9、当构件各内力变化值危及结构安全时系统自动进行预警，对该构件进行维修、加固或替换；当构件各内力变化值处于安全范围内时，则结构无需维护，可继续使用；
S10、结构使用期满后，对结构进行拆除，智能监测结束。
在本发明的一个实施例中，在步骤S1中，在光纤复合绞线内部光纤上的先张段、后张段和弯折段的对应位置处加工光栅，将光栅标记、编号。
在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，对光纤复合绞线进行标定的步骤包括：
S2-1、记录光纤复合绞线未经张拉时对应的波长，作为初始波长；
S2-2、将光纤复合绞线张拉至5kN进行预紧；
S2-3、以20KN为一级进行加载，最大加载到光纤复合绞线极限承载能力的80％，加载速度控制在10KN/min内，每一级加载过程持荷5min，记录对应的波长；
S2-4、记录完加载指定荷载对应的波长后，持荷15min，观察光纤光栅信号传输是否出现异常甚至失效等情况，确认无误后，逐级卸载至0。
S2-5、将步骤S2-2～步骤S2-4重复操作5次，取平均值进行标定计算。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3-1中，将光纤复合绞线固定于预制预应力梁中的设计位置处，并将光纤复合绞线和预应力钢绞线进行同步张拉，采集设备自动对张拉过程中光纤复合绞线先张段的拉力值进行记录，达到设计值后停止张拉，并在张拉台座的两端临时锚固以防止预拉应力下降，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3-2中，所述传感器包括：
埋入型传感器，包括：筋材应力计、应变计和测缝计，在各构件制作过程中，将这些埋入型传感器浇筑在节点中心位置、梁柱交界面、梁跨中、柱脚及柱顶等需重点关注的控制截面处的混凝土中；
所述筋材应力计固定在所述钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点关键位置处的箍筋、柱筋和耗能钢筋上；
所述应变计置于钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点混凝土变形较大区域；
所述测缝计置于预制预应力梁与梁柱节点交接处、预制预应力梁与钢筋混凝土柱塑性铰区以及梁柱节点可能出现斜裂缝的位置处。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3-2中，所述传感器包括：
外置型传感器，包括：激光测距仪、温湿度传感器、风速风向仪、倾角仪和加速度计，将这些外置型传感器安装于结构表面；
所述激光测距仪和所述倾角仪固定于柱上端朝向另一根柱的表面上；
所述温湿度传感器、风速风向仪和加速度计固定于结构顶层的楼板上。
在本发明的一个实施例中，在步骤S3-3中，支好预制预应力梁的模板后开始浇筑混凝土，浇筑及养护过程中通过光纤复合绞线持续采集并记录钢绞线中的拉力变化，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值；
在步骤S3-4中，养护至设计强度后，进行放张，放张过程中通过光纤复合绞线持续采集并记录梁体内上部和下部钢绞线中的拉力变化，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值；放张结束后，持续采集并记录放张过程中预制预应力梁跨中上部和下部混凝土的应变。
在本发明的一个实施例中，在步骤S5中，包括以下步骤：。
S5-1、放张结束后，将预制预应力梁吊运至仓库进行堆放，再运输至施工现场，在施工现场进行吊装，持续记录二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值；
S5-2、吊装完成后，开始浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，浇筑及养护过程中记录弯折锚固钢绞线弯折段的力值。
在本发明的一个实施例中，在步骤S7中，采集设备自动采集并记录光纤复合绞线先张段和后张段的预应力的值，以及弯折段的力值，同时各传感器进行实时监测、记录，并实时上传至云端服务器。
在本发明的一个实施例中，所述传感器通过配套的传输设备与物联网结构体系、云计算、局域网或通讯网无缝连接技术、海量节点数据并行智能处理技术结合，建立一套完整的结构安全实时监测系统
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，提出的构造形式与各种内置的传感器相结合的监测方法，将传统结构提升为智能结构，从结构层面上可对各构件关键部位和控制截面的真实的钢筋和预应力筋的应力、混凝土应变、混凝土裂缝宽度、构件位移及转角等变量进行实时采集；从构件层面，可对其各种应力、应变等力学性能指标进行全寿命周期的实时监控，这些数据可为结构的检修、维护及可能发生的破坏提供依据和预警，进一步提高了结构的使用安全性和可靠性。
本发明的混凝土框架中，梁、柱等构件都是预制的，各种传感器和光纤复合绞线在梁、柱等构件的制作过程中就内置于构件中，可对构件的内力、变形等状态从生产、堆放、运输、吊装、使用直至拆除的整个生命周期进行全过程的监测；根据记录的光纤复合绞线各阶段、各区域绞线的预应力值变化，可推算出预制预应力梁在制作、养护、堆放、运输、吊装、使用及各种荷载作用情况下的不同阶段、不同区域真实的预应力损失值，为后续该类型构件的优化设计提供了参考和依据。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法的流程示意图；
图2为本发明的智能监测系统整体示意图；
图3为本发明的智能监测系统局部布置示意图；
图4为本发明的柱端传感器布置示意图；
图5为本发明的节点区传感器布置示意图；
图6为本发明的节点区柱筋传感器布置示意图；
图7为本发明的梁端传感器布置示意图；
图8为本发明的光纤复合绞线结构示意图；
图9为本发明的光纤复合绞线横截面示意图；
图10为本发明的光纤复合绞线中心丝轴向剖面示意图；
图11为本发明的弯折光纤复合绞线光栅分布示意图；
图12为本发明的后张拉光纤复合绞线光栅分布示意图；
说明书附图标记说明：1、钢筋混凝土柱；2、梁柱节点；201、梁柱节点先浇部分；202、梁柱节点后浇部分；3、预制预应力梁；4、柱箍筋；5、柱筋；6、叠合层钢筋；7、梁箍筋；8、筋材应力计；9、应变计；10、测缝计；11、二次张拉预应力钢绞线；12、弯折锚固钢绞线；13、锚具；14、锚垫板；15、光纤复合绞线；1501、中心丝；1502、边丝；1503、光纤；1504、光栅；16、张拉槽；17、叠合楼板；18、激光测距仪；19、温湿度传感器；20、风速风向仪；21、倾角仪；22、加速度计；23、多通道光纤应变测量仪；24、现场数据库；25、现场监控室终端；26、智能传感器采集仪；27、数据无线传输设备；28、云端服务器；29、交换机；30、远程监控室终端；31、远程数据库；32、运营商基站；33、移动终端；34、钢筋网片；35、二次张拉光纤复合绞线；36、弯折锚固光纤复合绞线；37、光缆；38、信号线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，参照图2～图7所示，所述预制装配预应力的混凝土框架包括：钢筋混凝土柱1、梁柱节点2、预制预应力梁3、预应力钢绞线、光纤复合绞线15和传感器，其中：所述钢筋混凝土柱1、梁柱节点2、预制预应力梁3构成混凝土框架结构，所述预应力钢绞线，分布设置在所述预制预应力梁3的上部和下部，所述预应力钢绞线的两端从所述预制预应力梁中伸出，其中：位于所述预制预应力梁下部的部分预应力钢绞线90°弯折后(即弯折锚固钢绞线12)通过弯折锚固的方式锚固于所述梁柱节点中，其余位于所述预制预应力梁的上部和下部的预应力钢绞线不弯折(即二次张拉钢绞线11)，待节点区现浇混凝土达到设计强度后，通过后张法借助锚具和锚垫板对伸出部分进行后张拉以实现对梁柱节点区混凝土施加预应力；
所述光纤复合绞线15用于替换所述预应力钢绞线，在多根二次张拉钢绞线11中设置有至少一根二次张拉光纤复合绞线35代替所述预应力钢绞线，在多根弯折锚固钢绞线12中设置有至少一根弯折锚固光纤复合绞线36代替所述预应力钢绞线，所述光纤复合绞线15中包括至少一根光纤1503，将所述传感器埋设在梁柱节点2中心位置、梁柱交界面、梁反弯点位置、梁跨中位置、柱反弯点位置、柱脚及柱顶位置这些需要重点关注应力变化的位置。
具体地，所述钢筋混凝土柱1可在工厂预制或施工现场现浇；柱内有柱筋5和柱箍筋4，柱顶设有梁柱节点2。
所述梁柱节点2分两次浇筑，第一次为梁柱节点先浇部分201，与梁柱节点2下部的柱一起浇筑；第二次为梁柱节点后浇部分202，待预制预应力梁3吊装到设计位置后，再进行浇筑；
所述梁柱节点2为现浇混凝土的方式，浇筑时在设计位置处预留张拉槽16；所述张拉槽16位于梁、柱竖向交界线与柱竖向边线之间。
所述预制预应力梁3为预制预应力叠合梁，梁中有叠合层钢筋6和梁箍筋7；所述预制预应力梁3在工厂预制，待梁吊装就位后，在施工现场现浇梁上叠合楼板17。
在预制预应力梁3和梁柱节点2后张拉部位的锚固区混凝土内，均布置一定数量的钢筋网片34，以增强锚固区混凝土的局部抗劈裂强度，所述钢筋网片34的具体数量和钢筋直径由计算确定。
基于上述预制装配预应力的混凝土框架，参照图1所示，本发明公开了一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，包括以下步骤：
S1、设计、制作光纤复合绞线15；
S2、对光纤复合绞线15进行标定，确定不同荷载状态下其内部光纤的传感参数；
S3、制备预制预应力梁；
S3-1、固定、张拉预应力钢绞线和光纤复合绞线15，将预应力钢绞线和光纤复合绞线15分布设置在预制预应力梁对应位置的上部和下部，监测、记录光纤复合绞线15的预应力值；
S3-2、固定、标定用于监测的各传感器，使传感器与光纤复合绞线15敷设在监测位置，实时监测各力学参数变化；
S3-3、支模、浇筑梁、柱混凝土,制备形成预制预应力梁，监测、记录光纤复合绞线15的预应力值；
S3-4、对预制预应力梁进行拆模、放张，持续监测、记录光纤复合绞线15的预应力值；
S4、将部分位于预制预应力梁下部伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线15进行90°弯折；
S5、运输、吊装预制预应力梁和钢筋混凝土柱，浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，将弯折后的预应力钢绞线和光纤复合绞线15锚固于梁柱节点中，监测、记录光纤复合绞线15的预应力值；
S6、节点区现浇混凝土达到设计强度后，通过后张法对部分伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线15进行后张拉以实现对梁柱节点区混凝土施加预应力，监测、记录光纤复合绞线15的预应力值；
S7、结构建造完成后，在结构使用阶段，实时监测、记录结构各力学参数变化；
S8、根据步骤S7中监测和记录的参数变化，分析、评估结构和构件的内力状态，判断结构是否发生损伤；
S9、当构件各内力变化值危及结构安全时系统自动进行预警，对该构件进行维修、加固或替换；当构件各内力变化值处于安全范围内时，则结构无需维护，可继续使用；
S10、结构使用期满后，对结构进行拆除，智能监测结束。。
本发明所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，提出的构造形式与各种内置的传感器相结合的监测方法，将传统结构提升为智能结构，从结构层面上可对各构件关键部位和控制截面的真实的钢筋和预应力筋的应力、混凝土应变、混凝土裂缝宽度、构件位移及转角等变量进行实时采集；从构件层面，可对其各种应力、应变等力学性能指标进行全寿命周期的实时监控，这些数据可为结构的检修、维护及可能发生的破坏提供依据和预警，进一步提高了结构的使用安全性和可靠性。
具体地，参照图8～图10所示，在步骤S1中，所述光纤复合绞线15包括：中心丝1501和围绕所述中心丝1501绞合包覆在其外周的多根边丝1502，所述中心丝1501为碳纤维杆，所述光纤1503穿设在所述碳纤维杆中，在本实施例中，所述光纤复合绞线15由周围6根边丝1502按照一定的捻距绕中间1根中心丝1501捻绞而成，将光纤1503作为传感器中的探测单元，能够检测整个光纤1503上任意位置的应力变化。
具体地，为了保证光纤复合绞线15的强度，所述边丝1502的材质与所述预应力钢绞线的材质相同，使所述光纤复合绞线15能够作为受力筋承受拉力。
具体地，为了进一步提高测量的精确性，在光纤复合绞线15内部光纤1503上的先张段、后张段和弯折段的对应位置处加工光栅1504，将光栅1504标记、编号，参照图11和图12所示，所述二次张拉光纤复合绞线35包括埋设在所述预制预应力梁3中的先张段和伸出于所述预制预应力梁3中的后张段，在所述先张段均刻有光栅1504(EX-1～EX-7)，在所述后张段的光纤上均刻有光栅1504(EH-1～EH-10)；所述弯折锚固光纤复合绞线36包括先张段、两端弯折区域的水平段、弯折部和竖直段，在所述先张段刻有光栅1504(WX-1～WX-7)在所述水平段、弯折部和竖直段上均刻有光栅1504(WW-1～WW-6)；本发明所涉及的梁柱节点2区域为现浇的混凝土结构，待节点区混凝土达到设计强度后再通过后张法对梁端的钢绞线以及光纤复合绞线15进行二次张拉，对应的，将光纤复合绞线15中的光栅1504按先张段、二次张拉段和弯折段进行分区域、有针对性的布置，便于在施工和使用的各阶段，实现对结构进行分阶段、分区域的有针对性的感知和反馈，提高了监测的效率和精准性；并且，根据记录的光纤复合绞线15各阶段、各区域绞线的预应力值变化，可推算出预制预应力梁3在制作、养护、堆放、运输、吊装、使用及各种荷载作用情况下的不同阶段、不同区域真实的预应力损失值，为后续该类型构件的优化设计提供了参考和依据。
具体地，在步骤S2中，对光纤复合绞线15进行标定的步骤包括：
S2-1、记录光纤复合绞线15未经张拉时对应的波长，作为初始波长；
S2-2、将光纤复合绞线15张拉至5kN进行预紧；
S2-3、以20KN为一级进行加载，最大加载到光纤复合绞线15极限承载能力的80％，加载速度控制在10KN/min内，每一级加载过程持荷5min，记录对应的波长；
S2-4、记录完加载指定荷载对应的波长后，持荷15min，观察光纤光栅信号传输是否出现异常甚至失效等情况，确认无误后，逐级卸载至0。
S2-5、将步骤S2-2～步骤S2-4重复操作5次，取平均值进行标定计算。
具体地，在步骤S3-1中，将光纤复合绞线15固定于预制预应力梁中的设计位置处，并将光纤复合绞线15和预应力钢绞线进行同步张拉，采集设备自动对张拉过程中光纤复合绞线15先张段的拉力值进行记录，达到设计值后停止张拉，并在张拉台座的两端临时锚固以防止预拉应力下降，将此阶段二次张拉光纤复合绞线35和弯折锚固光纤复合绞线36先张段的拉力值分别记为F1-EX-i(i＝1,2,3,…,7)、F1-WX-i(i＝1,2,3,…,7)。
具体地，在步骤S3-2中，所述传感器包括：埋入型传感器和外置型传感器。
所述埋入型传感器包括：筋材应力计8、应变计9和测缝计10，在各构件制作过程中，将这些埋入型传感器浇筑在节点中心位置、梁柱交界面、梁跨中、柱脚及柱顶等需重点关注的控制截面处的混凝土中；
所述筋材应力计8固定在所述钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点关键位置处的箍筋、柱筋和耗能钢筋上，如梁端、柱端、梁柱的塑性铰区以及节点区，以便于实时监测这些钢筋的受力状态；
所述应变计9置于钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点混凝土变形较大区域，如梁端、柱端、梁柱的塑性铰区以及节点区，以便于实时监测这些关键位置的混凝土应变情况；
所述测缝计10置于预制预应力梁与梁柱节点交接处、预制预应力梁与钢筋混凝土柱塑性铰区以及梁柱节点可能出现斜裂缝的位置处，以便于实时监测混凝土的裂缝宽度。
所述外置型传感器包括：激光测距仪18、温湿度传感器19、风速风向仪20、倾角仪21和加速度计22，将这些外置型传感器安装于结构表面；
所述激光测距仪18和所述倾角仪21固定于柱上端朝向另一根柱的表面上，以实时采集在柱装配、定位及结构使用期间柱的倾斜程度及柱间距离，还可据此推算出结构的层间位移角；
所述温湿度传感器19、风速风向仪20和加速度计22固定于结构顶层的楼板上，分别用来采集结构所处环境中的温湿度、风速风向，以及在地震或附近有振动源情况下结构的水平和竖向加速度，为结构在动荷载作用下的损伤情况判定提供依据。
具体地，在步骤S3-3中，包括以下步骤：支好预制预应力梁的模板后开始浇筑混凝土，浇筑及养护过程中通过光纤复合绞线15持续采集并记录钢绞线中的拉力变化，将此阶段二次张拉光纤复合绞线35和弯折锚固光纤复合绞线36先张段的拉力值分别记为F2-E-X(ii＝1,2…,3,、F2-WX-i(i＝1,2,3,…,7)；
在步骤S3-4中、养护至设计强度后，进行放张，放张过程中通过光纤复合绞线15持续采集并记录梁体内上部和下部钢绞线中的拉力变化，将此阶段二次张拉光纤复合绞线35和弯折锚固光纤复合绞线36先张段的拉力值分别记为F3-EX-i(i＝1,2,3,…,7)、F3-WX-i(i＝1,2,3,…,7)；放张结束后，持续采集并记录放张过程中预制预应力梁跨中上部和下部混凝土的应变。
具体地，在步骤S5中，包括以下步骤：
S5-1、放张结束后，将预制预应力梁吊运至仓库进行堆放，将吊运及堆放过程中的二次张拉光纤复合绞线35和弯折锚固光纤复合绞线36先张段的拉力值分别记为F4-EX-i(i＝1,2,3,…,7)、F4-WX-i(i＝1,2,3,…,7)；再运输至施工现场，在施工现场进行吊装，持续记录二次张拉光纤复合绞线35和弯折锚固光纤复合绞线36先张段的拉力值分别记为F5-E-X(ii＝1,2…,3,、F5-WX-i(i＝1,2,3,…,7)；
S5-2、吊装完成后，开始浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，浇筑及养护过程中记录弯折锚固钢绞线弯折段的力值记为F1-WW-i(i＝1,2,3,…,6)；
具体地，在步骤S6中，梁柱节点后浇部分的混凝土达到设计强度后，开始对二次张拉预应力钢绞线后张段进行张拉，将张拉过程中光纤复合绞线15先张段和后张段的预应力的值分别记为F6-EX-i(i＝1,2,3,…,7)、F6-WX-i(i＝1,2,3,…,7)、F1-EH-i(i＝1,2,3,…,10)，同时通过采集并记录后张拉过程中的节点区混凝土的应变。
具体地，在步骤S7中，结构建造完成后，在结构整个使用过程中，采集设备自动采集并记录光纤复合绞线15先张段和后张段的预应力的值为F7-EX-i(i＝1,2,3,…,7)、F7-WX-i(i＝1,2,3,…,7)、F2-EH-i(i＝1,2,3,…,10)，以及弯折段的力值F2-WW-i(i＝1,2,3,…,6)；同时采用应变计9、筋材应力计8、测缝计10、倾角仪21、温湿度传感器19等对所设置部位的混凝土应变、钢筋应力值、混凝土裂缝宽度值、结构倾斜和温湿度等数据进行实时监测、记录，并实时上传至云端服务器。
具体地，为了建立一套完整的结构安全实时监测系统，所述传感器通过配套的传输设备与物联网结构体系、云计算、局域网或通讯网无缝连接技术、海量节点数据并行智能处理技术结合，具体的实现过程为：
采用信号线38经所述传感器信号传至智能传感器采集仪26，采用光缆将所述光纤复合绞线15信号传至多通道光纤应变测量仪23中，所述多通道光纤应变测量仪23和智能传感器采集仪26将采集到的数据实时传至现场监控室终端25并保存至现场数据库24中，同时数据通过数据无线传输设备27实时传至云端服务器28，再通过网络、交换机29传至远程监控室终端30和远程数据库31中，还可通过运营商基站32实时传至移动终端33上，给运维人员提供了多种监测、管理途径。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，该混凝土框架结构包括钢筋混凝土柱、梁柱节点和预制预应力梁，预制预应力梁中包含多根预应力钢绞线和光纤复合绞线，梁底预应力钢绞线中包含至少一根二次张拉光纤复合绞线和一根弯折锚固光纤复合绞线，预应力钢绞线和光纤复合绞线在梁体内的部分均通过先张法对梁体施加预应力，预应力钢绞线和光纤复合绞线的两端均从预制预应力梁两端伸出，其中几根的伸出部分进行90°弯折后锚固于节点中，其余几根的伸出部分不弯折而通过后张法对梁柱节点施加预应力；
所述全过程监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设计、制作光纤复合绞线；
S2、对光纤复合绞线进行标定，确定不同荷载状态下其内部光纤的传感参数；
S3、制备预制预应力梁；
S3-1、固定、张拉预应力钢绞线和光纤复合绞线，将预应力钢绞线和光纤复合绞线分布设置在预制预应力梁对应位置的上部和下部，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S3-2、固定、标定用于监测的各传感器，使传感器与光纤复合绞线敷设在监测位置，实时监测各力学参数变化；
S3-3、支模、浇筑梁、柱混凝土,制备形成预制预应力梁，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S3-4、对预制预应力梁进行拆模、放张，持续监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S4、将部分位于预制预应力梁下部伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线进行90°弯折；
S5、运输、吊装预制预应力梁和钢筋混凝土柱，浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，将弯折后的预应力钢绞线和光纤复合绞线锚固于梁柱节点中，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S6、节点区现浇混凝土达到设计强度后，通过后张法对部分伸出梁端的预应力钢绞线和光纤复合绞线进行后张拉以实现对梁柱节点区混凝土施加预应力，监测、记录光纤复合绞线的预应力值；
S7、结构建造完成后，在结构使用阶段，实时监测、记录结构各力学参数变化；
S8、根据步骤S7中监测和记录的参数变化，分析、评估结构和构件的内力状态，判断结构是否发生损伤；
S9、当构件各内力变化值危及结构安全时系统自动进行预警，对该构件进行维修、加固或替换；当构件各内力变化值处于安全范围内时，则结构无需维护，可继续使用；
S10、结构使用期满后，对结构进行拆除，智能监测结束。
2.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S1中，在光纤复合绞线内部光纤上的先张段、后张段和弯折段的对应位置处加工光栅，将光栅标记、编号。
3.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S2中，对光纤复合绞线进行标定的步骤包括：
S2-1、记录光纤复合绞线未经张拉时对应的波长，作为初始波长；
S2-2、将光纤复合绞线张拉至5kN进行预紧；
S2-3、以20KN为一级进行加载，最大加载到光纤复合绞线极限承载能力的80％，加载速度控制在10KN/min内，每一级加载过程持荷5min，记录对应的波长；
S2-4、记录完加载指定荷载对应的波长后，持荷15min，观察光纤光栅信号传输是否出现异常甚至失效等情况，确认无误后，逐级卸载至0。
S2-5、将步骤S2-2～步骤S2-4重复操作5次，取平均值进行标定计算。
4.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S3-1中，将光纤复合绞线固定于预制预应力梁中的设计位置处，并将光纤复合绞线和预应力钢绞线进行同步张拉，采集设备自动对张拉过程中光纤复合绞线先张段的拉力值进行记录，达到设计值后停止张拉，并在张拉台座的两端临时锚固以防止预拉应力下降，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值。
5.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S3-2中，所述传感器包括：
埋入型传感器，包括：筋材应力计、应变计和测缝计，在各构件制作过程中，将这些埋入型传感器浇筑在节点中心位置、梁柱交界面、梁跨中、柱脚及柱顶等需重点关注的控制截面处的混凝土中；
所述筋材应力计固定在所述钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点关键位置处的箍筋、柱筋和耗能钢筋上；
所述应变计置于钢筋混凝土柱、预制预应力梁、梁柱节点混凝土变形较大区域；
所述测缝计置于预制预应力梁与梁柱节点交接处、预制预应力梁与钢筋混凝土柱塑性铰区以及梁柱节点可能出现斜裂缝的位置处。
6.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S3-2中，所述传感器包括：
外置型传感器，包括：激光测距仪、温湿度传感器、风速风向仪、倾角仪和加速度计，将这些外置型传感器安装于结构表面；
所述激光测距仪和所述倾角仪固定于柱上端朝向另一根柱的表面上；
所述温湿度传感器、风速风向仪和加速度计固定于结构顶层的楼板上。
7.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：
在步骤S3-3中，支好预制预应力梁的模板后开始浇筑混凝土，浇筑及养护过程中通过光纤复合绞线持续采集并记录钢绞线中的拉力变化，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值；
在步骤S3-4中，养护至设计强度后，进行放张，放张过程中通过光纤复合绞线持续采集并记录梁体内上部和下部钢绞线中的拉力变化，记录此阶段二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值，放张结束后，持续采集并记录放张过程中预制预应力梁跨中上部和下部混凝土的应变。
8.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S5中，包括以下步骤：
S5-1、放张结束后，将预制预应力梁吊运至仓库进行堆放，再运输至施工现场，在施工现场进行吊装，持续记录二次张拉光纤复合绞线和弯折锚固光纤复合绞线先张段的拉力值；
S5-2、吊装完成后，开始浇筑梁柱节点后浇部分的混凝土，浇筑及养护过程中记录弯折锚固钢绞线弯折段的力值。
9.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：在步骤S7中，采集设备自动采集并记录光纤复合绞线先张段和后张段的预应力的值，以及弯折段的力值，同时各传感器进行实时监测、记录，并实时上传至云端服务器。
10.根据权利要求1所述的智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法，其特征在于：所述传感器通过配套的传输设备与物联网结构体系、云计算、局域网或通讯网无缝连接技术、海量节点数据并行智能处理技术结合，建立一套完整的结构安全实时监测系统。
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| CN117705550A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-15 | 交通运输部公路科学研究所 | 基于应力释放的桥梁体内有粘结预应力测试方法及系统 |
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| CN117705550B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-04-05 | 交通运输部公路科学研究所 | 基于应力释放的桥梁体内有粘结预应力测试方法及系统 |
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