CN204703060U - 内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，包括对接式钢伸缩缝，所述对接式钢伸缩缝具有对称的两个半幅，两个半幅之间夹设有弹性层，两个半幅上分别固定有智能纤维复合筋，所述智能纤维复合筋包括光纤光栅内芯和纤维复合外层。本实用新型利用监测的应变数据判别混凝土开裂情况，并计算裂缝宽度评估损伤程度，设施简单，便于工程实施，可解决现有伸缩缝易损常换的难题。

Description

内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝

技术领域

本实用新型涉及一种桥梁伸缩缝的布置、修建或连接，具体涉及一种内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝。

背景技术

在道路和桥梁工程中，考虑到材料的热胀冷缩效应，一般需要在不同跨的桥梁之间以及桥梁与路面连接处设置、预留一定宽度的伸缩缝，避免温度应力引起的结构破坏。常规的伸缩缝一般是采用在一段混凝土内浇筑型钢材质的伸缩装置。在实际使用过程中，经常发现沿车道方向的混凝土裂缝。经过一定时间的行车荷载作用，混凝土易破碎，导致伸缩缝失效。伸缩缝的更换影响交通，造成经济浪费，同时如果短时期内多次更换伸缩缝，还会造成不良的社会影响。因此，如果可以尽早发现、评估混凝土的裂缝损伤，实施灌浆等简单的修复处理，延长伸缩缝的寿命，可节约成本，减少对交通的影响。

针对上述问题，本实用新型采用将基于光纤光栅（FBG）传感技术的智能纤维复合（FRP）筋埋入混凝土，对混凝土的裂缝、损伤状况实施自监测和自评估，实现伸缩缝装置的智能化，提高伸缩缝的长期性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，包括对接式钢伸缩缝，所述对接式钢伸缩缝具有对称的两个半幅，两个半幅之间夹设有弹性层，两个半幅上分别固定有智能纤维复合筋，所述智能纤维复合筋包括光纤光栅内芯和纤维复合外层。

作为优选，所述对接式钢伸缩缝是工字钢伸缩缝，所述工字钢伸缩缝的两个半幅均包括工字钢和一组U形连接钢筋，所述U形连接钢筋包括依次连接的上横梁、迂回部和下横梁，所述上横梁和下横梁的端部均焊接于工字钢的腹板上，一组U形连接钢筋沿工字钢长度方向间隔分布，并与腹板之间形成贯通的通道；所述智能纤维复合筋穿过所述通道，并与U形连接钢筋绑扎固定。

作为优选，所述智能纤维复合筋包括第一复合筋、第二复合筋、第三复合筋、和第四合筋，所述第一复合筋和第二复合筋分别与一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定，所述第三复合筋和第四复合筋分别与另一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定。

作为优选，所述对接式钢伸缩缝是C型钢伸缩缝，所述C型钢伸缩缝的两个半幅均包括C型钢和间隔地固定于C型钢底部的辅助钢板，所述辅助钢板的底部焊接有锚固钢筋，所述辅助钢板朝C型钢C形缺口的相反方向上具有斜边，所述智能纤维复合筋绑扎固定于所述斜边上。

作为优选，所述弹性层是橡胶填充层。

作为优选，所述光纤光栅内芯为长标距光纤光栅，长标距光纤光栅的每个标距包括光纤栅传感器，套于光纤栅传感器外部的隔胶管，所述隔胶管的两端具有锚固段，每个标距的长度为0.2~1m。所述纤维复合外层缠绕并粘结固化于光纤光栅内芯外侧。

本实用新型同时提出一种智能伸缩缝及伸缩缝智能监测方法，包括以下步骤：

步骤1，在对接式钢伸缩缝的两个半幅上分别安装智能纤维复合筋，对接式钢伸缩缝两侧的工字钢腹板上焊接有间隔分布的一组U形连接钢筋，一组U形连接钢筋与腹板之间形成贯通的通道，将所述智能纤维复合筋敷设于所述通道内，并与U形连接钢筋绑扎固定；

步骤2，将敷设有智能纤维复合筋的对接式钢伸缩缝的两个半幅对称地安装固定在梁底混凝土上，并在两半幅的工字钢之间填入橡胶；

步骤3，将上述对接式钢伸缩缝固定位置，在两侧浇筑混凝土；

步骤4，智能纤维复合筋采用长标距传感方式；比较光纤光栅的应变变化，利用混凝土开裂的阀值，判定裂缝的发生；计算裂缝宽度，评估损伤大小。

作为优选，上述步骤1中的智能纤维复合筋包括第一复合筋、第二复合筋、第三复合筋和第四合筋，所述第一复合筋和第二复合筋分别与一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定，所述第三复合筋和第四复合筋分别与另一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定。

使用时，主要包括以下两部分操作：

第一部分、将内置光纤光栅传感器的智能FRP筋浇筑进伸缩缝两端的混凝土：考虑到识别混凝土的裂缝等损伤，采用长标距光纤光栅的传感方式制备智能FRP筋，将智能FRP筋绑扎在伸缩缝装置两边的连接钢筋上，然后将浇筑混凝土形成智能伸缩缝；

第二部分、混凝土裂缝、损伤的监测和评估：考虑混凝土裂缝发展的随机性，采用长标距传感方式；比较光纤光栅的应变变化，利用混凝土开裂的阀值，判定裂缝的发生；计算裂缝宽度，评估损伤大小。

其中智能FRP筋为内置长标距光纤光栅的智能FRP筋，伸缩缝为一般通用的对接式钢伸缩缝。

本实用新型具有以下有益效果：

1、采用了内置长标距光纤光栅的智能FRP筋埋设进混凝土，提高了普通伸缩缝的长期耐久性能，减少了普通伸缩缝装置在短期内易损常换的难题，提高了相关工程技术水平。

2、通过对普通伸缩缝进行智能化改进，大幅降低了后期的维修、更换成本，减少了对交通的影响，提高了公路管理部分的管理水平。

3、设备、设施简单，工程应用高，具有较强的市场竞争力和广阔的前景。

除了上面所述的本实用新型解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本实用新型的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝及伸缩缝智能监测方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1本是实用新型实施例一的智能伸缩缝的横断面图；

图2是实施例一中半幅对接式智能伸缩缝装置图；

图3是实施例一中智能FRP筋的传感器布设图；

图4是本实用新型实施例二的智能伸缩缝的横断面图；

图5是实施例二中半幅对接式智能伸缩缝装置图；

图6是实施例二的智能伸缩缝中智能FRP筋所监测到的裂缝宽度统计图；

图中：智能FRP筋1，连接钢筋2，型钢3，橡胶4，混凝土5，光纤光栅传感器6，隔胶管7，锚固段8，C型钢伸缩缝9，辅助钢板10，梁底混凝土11，伸缩缝装置中的锚固筋12，梁底的锚固筋13。

具体实施方式

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例的只能伸缩缝是将智能FRP筋1与对接式钢伸缩缝的连接钢筋2进行绑扎连接，考虑实际情况，可采用一根或两根智能筋1；再将两个半幅伸缩缝装置安装到结构底板上，在两块型钢3的中间塞入橡胶4，固定好位置后，浇筑混凝土5，形成具有自监测、自评估功能的智能伸缩缝装置。

如图3所示，智能FRP筋1内部复合长标距光纤光栅，一个典型传感标距包括光纤光栅传感器6、隔胶管7和两端的锚固段8，其中标距长度是指隔胶管7的长度，一般在0.2~1m。

使用时，智能纤维复合筋可以采用以下中国专利中已公开的结构，ZL200910026538.9一种基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化生产工艺；ZL200910027179.9一种基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化制备工艺；ZL200910026540.6基于光纤传感的分布式高精度自监测FRP筋/索的规模化生产工艺。

在正常使用过程中，比较智能FRP筋1的应变测量值，与相关规范规定的裂缝开展阀值比较，确定裂缝的发生。同时，在开裂后，传感器的标距长度与光纤光栅传感器6的应变乘积近似为裂缝宽度的大小，实现对损伤程度的评估。

实施例二：

在某新建高速公路桥梁中成功应用了本智能伸缩缝，其结构如图4和图5所示，伸缩缝长度7.6m，宽度80mm，选用C型钢伸缩缝9。智能FRP筋1的位置如图4和图5所示，绑扎在下部辅助钢板10上， C型钢伸缩缝9顶部与智能FRP筋1的距离是80mm，梁底混凝土11之间的空隙宽度为700mm，高度为300mm。

施工时，将智能FRP筋1与下部辅助钢板10进行绑扎连接，然后将智能伸缩缝装置安装固定在梁底混凝土11上，其中伸缩缝装置上的锚固筋12与梁底的锚固筋13进行绑扎连接，两块C型钢之间填入橡胶4，在伸缩缝所处槽内的空隙中浇筑混凝土5，完成智能伸缩缝的安装施工。

图6为上述智能FRP筋监测到的各测点裂缝宽度统计图，经现场实际勘察验证，裂缝识别位置与实际位置误差在25cm以内，裂缝宽度与实测宽度误差在15%以内。

经过工程实际应用的验证，本实用新型所提出的智能伸缩缝工艺简单、评估结果可靠性高，具有广阔的应用前景。

以上结合附图对本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本实用新型的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，包括对接式钢伸缩缝，所述对接式钢伸缩缝具有对称的两个半幅，两个半幅之间夹设有弹性层，其特征在于：两个半幅上分别固定有智能纤维复合筋，所述智能纤维复合筋包括光纤光栅内芯和纤维复合外层。

2.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，其特征在于：所述对接式钢伸缩缝是工字钢伸缩缝，所述工字钢伸缩缝的两个半幅均包括工字钢和一组U形连接钢筋，所述U形连接钢筋包括依次连接的上横梁、迂回部和下横梁，所述上横梁和下横梁的端部均焊接于工字钢的腹板上，一组U形连接钢筋沿工字钢长度方向间隔分布，并与腹板之间形成贯通的通道；所述智能纤维复合筋穿过所述通道，并与U形连接钢筋绑扎固定。

3.根据权利要求2所述的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，其特征在于：所述智能纤维复合筋包括第一复合筋、第二复合筋、第三复合筋、和第四合筋，所述第一复合筋和第二复合筋分别与一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定，所述第三复合筋和第四复合筋分别与另一个半幅上U形连接钢筋的上横梁和下横梁绑扎固定。

4.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，其特征在于：所述对接式钢伸缩缝是C型钢伸缩缝，所述C型钢伸缩缝的两个半幅均包括C型钢和间隔地固定于C型钢底部的辅助钢板，所述辅助钢板的底部焊接有锚固钢筋，所述辅助钢板朝C型钢C形缺口的相反方向上具有斜边，所述智能纤维复合筋绑扎固定于所述斜边上。

5.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，其特征在于：所述弹性层是橡胶填充层。

6.根据权利要求1所述的内置光纤光栅传感器的智能伸缩缝，其特征在于：所述光纤光栅内芯为长标距光纤光栅，长标距光纤光栅的每个标距包括光纤栅传感器，套于光纤栅传感器外部的隔胶管，所述隔胶管的两端具有锚固段，每个标距的长度为0.2~1m，所述纤维复合外层缠绕并粘结固化于光纤光栅内芯外侧。