CN206056845U - 一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器，屏蔽壳体中间设置有屏蔽隔离板，屏蔽隔离板将屏蔽壳体分割为第一屏蔽腔和第二屏蔽腔；第一屏蔽腔中的非屏蔽基座上安装有三维磁记忆传感器；第二屏蔽腔中的非屏蔽基座上安装有应变传感器；第二屏蔽腔中安装有温度传感器。本实用新型将应变传感器与三维磁记忆传感器相结合，克服了应变传感器不能定性检测结构早期损伤的缺点，同时弥补了磁记忆检测不能建立应力集中区损伤程度与磁记忆信号之间定量关系的不足，充分利用了磁记忆检测能检测出结构的早期损伤，而应变片传感器可更好检测结构后期的应变发展的特征，两种检测形成互补，可充分监测结构应力发展的全过程。

Description

一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器

技术领域

本实用新型属于建筑工程健康监测领域，涉及钢筋应力发展监测，具体涉及一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器。

背景技术

钢筋混凝土是现代工程结构的主要材料，由于其具有耐久性好、耐火性好、整体性好且便于就地取材等优点，被广泛应用于建筑、桥梁、隧道、水利等工程中。在钢筋混凝土结构中，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，钢筋的受力状况直接影响着钢筋混凝土构件和整个结构的安全，一旦发生破坏，将造成重大经济损失和人员伤亡。因此，及时找到结构破坏前的早期损伤并进行重点监测，可以有效防止突发性灾难的发生。

为了得到混凝土结构在服役过程中内部钢筋的应力发展过程，最直接有效的方法就是在结构的关键部位埋入电阻应变传感器，利用电阻应变传感器所测得的应变值，再通过钢筋的应力-应变关系曲线换算为相应的应力值。电阻应变片具有分辨率高、误差小、重量轻、体积小及测量范围大，能对应力进行定量的优点。但电阻应变片不能检测结构的早期损伤，对结构进行重点监测，进行早期预警。金属磁记忆检测技术是一种新兴的无损检测方法，能够对构件的应力集中、早期损伤等进行诊断，防止结构的突发性失效。由于金属磁记忆检测技术无论是理论模型还是试验研究均处于探索阶段，尚不能建立应力集中区损伤程度与磁记忆信号之间的定量对应关系，且目前电阻应变传感器和磁记忆传感器稳定性和可靠性时效均远低于钢筋混凝土结构的实际使用年限。因此，在对结构检测的过程中，对传感器的更换在所难免。

现有技术公开了一种可更换的埋入式光纤应变传感器，可以在应变传感器装置老化之后对其进行更换以满足长期监测的需要。该传感器不足之处是(1)未设置温度补偿，无法准确获得应力应变数据；(2)不能对结构进行结构进行早期检测，达到重点监测、提前预警的目的；(3)没有对比、验证数据，一旦光纤应变传感器所测数据出现漂移将导致漏检甚至误检。(4)未对传感器套管外表面进行处理，且在浇筑时使用抽管法，导致截面刚度大大降低，影响结构的受力性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器，解决钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的监测问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器，包括非屏蔽基座和底面开放的屏蔽壳体，非屏蔽基座安装在屏蔽壳体开放的底面上；

所述的屏蔽壳体中间设置有屏蔽隔离板，屏蔽隔离板将屏蔽壳体分割为第一屏蔽腔和第二屏蔽腔；

第一屏蔽腔中的非屏蔽基座上安装有三维磁记忆传感器；

第二屏蔽腔中的非屏蔽基座上安装有应变传感器；

第二屏蔽腔中安装有温度传感器。

本实用新型还具有如下区别技术特征：

所述的三维磁记忆传感器安装在十字型榫头上，非屏蔽基座上设置有十字型榫槽，十字型榫头与十字型榫槽配合将三维磁记忆传感器安装在非屏蔽基座上。

所述的温度传感器安装在屏蔽壳体的内壁上。

所述的屏蔽壳体开放的底面边缘设置有一对平行的L型导轨，所述的非屏蔽基座上设置有一对平行的L型导槽，L型导轨安装在L型导槽中将非屏蔽基座和屏蔽壳体装配在一起。

所述的屏蔽壳体的顶面为可拆卸的屏蔽顶盖。

所述的屏蔽顶盖上设置有销，所述的屏蔽壳体侧壁顶部设置有销孔，通过销和销孔的配合将屏蔽顶盖安装在屏蔽壳体上。

所述的屏蔽顶盖上设置有导线孔，连接在三维磁记忆传感器、应变传感器和温度传感器上的屏蔽导线从导线孔引出。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型将应变传感器与三维磁记忆传感器相结合，克服了应变传感器不能定性检测结构早期损伤的缺点，同时弥补了磁记忆检测不能建立应力集中区损伤程度与磁记忆信号之间定量关系的不足，充分利用了磁记忆检测能检测出结构的早期损伤，而应变片传感器可更好检测结构后期的应变发展的特征，两种检测形成互补，可充分监测结构应力发展的全过程。

(Ⅱ)本实用新型将应变传感器与三维磁记忆传感器相结合，实现所测数据的相互对比、验证的目的，提高检测结果的可靠性，且可防止因某一传感器不能正常工作时，导致出现漏检、误检现象。

(Ⅲ)本实用新型在应变传感器的基础上增设一个温度传感器，在测得混凝土内部应力应变数据的同时测得当时的温度数据，可根据不同的温度来对应力应变数据进行补偿，提高了应力应变数据的准确性和可靠性。

(Ⅳ)本实用新型通过对金属屏蔽壳外表面涂以环氧树脂绝缘防水层，并在表面粘砂，增加其与混凝土的粘结性能，降低因预埋金属屏蔽罩对截面刚度的影响。

(Ⅴ)本实用新型可实现对埋入式传感器的可更换，可对被测结构的整个服役期内进行全面的检测，且传感器的更换操作方便、快捷、可靠。

附图说明

图1是本实用新型的内部立体结构示意图，

图2是本实用新型的非屏蔽基座和十字型榫头的立体结构示意图，

图3是本实用新型的正剖视结构示意图，

图4是本实用新型的安装示意图。

图中各个标号的含义为：1-非屏蔽基座，2-屏蔽壳体，3-屏蔽隔离板，4-第一屏蔽腔，5-第二屏蔽腔，6-三维磁记忆传感器，7-应变传感器，8-温度传感器，9-十字型榫头，10-十字型榫槽，11-L型导轨，12-L型导槽，13-屏蔽顶盖，14-销，15-销孔，16-导线孔，17-屏蔽导线，18-钢筋，19-安装平台。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例：

遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本实施例给出一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器，包括非屏蔽基座1和底面开放的屏蔽壳体2，非屏蔽基座1安装在屏蔽壳体2开放的底面上；

所述的屏蔽壳体2中间设置有屏蔽隔离板3，屏蔽隔离板3将屏蔽壳体2分割为第一屏蔽腔4和第二屏蔽腔5；

第一屏蔽腔4中的非屏蔽基座1上安装有三维磁记忆传感器6；

第二屏蔽腔5中的非屏蔽基座1上安装有应变传感器7；

第二屏蔽腔5中安装有温度传感器8。

三维磁记忆传感器6安装在十字型榫头9上，非屏蔽基座1上设置有十字型榫槽10，十字型榫头9与十字型榫槽10配合将三维磁记忆传感器6安装在非屏蔽基座1上。

温度传感器8安装在屏蔽壳体2的内壁上。这个安装位置有两个好处，一是避免非屏蔽基座1上的应变对温度传感器8检测精度的影响；二是由于应变传感器7和温度传感器8均是通过环氧树脂固结，在更换时需要加入溶解液，而应变传感器7的更换频次高，在加入溶解液时不影响温度传感器8。

第一屏蔽腔4和第二屏蔽腔5中的传感器相互之间不受影响，增加检测精准度，并且在加入溶解液，更换应变传感器7或温度传感器8时，对三维磁记忆传感器6不构成影响。

屏蔽壳体2开放的底面边缘设置有一对平行的L型导轨11，所述的非屏蔽基座1上设置有一对平行的L型导槽12，L型导轨11安装在L型导槽12中将非屏蔽基座1和屏蔽壳体2装配在一起。

屏蔽壳体2的顶面为可拆卸的屏蔽顶盖13。所述的屏蔽顶盖13上设置有销14，所述的屏蔽壳体2侧壁顶部设置有销孔15，通过销14和销孔15的配合将屏蔽顶盖13安装在屏蔽壳体2上。屏蔽顶盖13上设置有导线孔16，连接在三维磁记忆传感器6、应变传感器7和温度传感器8上的屏蔽导线17从导线孔16引出。

非屏蔽基座1采用非屏蔽材料制成，屏蔽壳体2采用屏蔽材料制成，如各种能起到屏蔽作用的金属材料。

本实施例有效解决了应变片不能进行早期损伤诊断，以及磁记忆检测技术不能进行应力定量的不足。通过对钢筋混凝土中的钢筋进行实时监测，利用磁记忆传感器实现早期损伤和应力集中区域的定位，进行重点监测，再利用应变传感器所测得应变值表征损伤部位的应力状态，达到早期预警的目的。为防止应变传感器及混凝土在工作过程中所产生的磁场对磁记忆传感器产生干扰，使用金属屏蔽罩和金属屏蔽导线来屏蔽磁场之间的相互干扰。本实用新型制作简单，性能稳定，易于在土木工程领域大量推广应用。

本实施例的可更换埋入式传感器可用于监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程，其具体操作方法如下：

首先打磨待测点处的钢筋18表面，打磨面积应比非屏蔽基座1略大，形成一个安装平台19，然后通过酚醛-丁晴胶粘剂将非屏蔽基座1固定于安装平台19上。选取高度略大于钢筋混凝土保护层厚度的金属的屏蔽壳体2，外表面宜涂以环氧树脂绝缘防水层，并在表面粘砂，以增强屏蔽壳体2与混凝土之间的协同工作性能，通过L型导轨11安装在L型导槽12中将非屏蔽基座1和屏蔽壳体2装配在一起。将屏蔽导线17分别做好编号标记，连接在三维磁记忆传感器6、应变传感器7和温度传感器8上的屏蔽导线17从导线孔16引出，外接后续的信号处理装置。应变传感器7通过环氧树脂固结于非屏蔽基座1上，其位置对应于指定测点，且其传感方向对应于钢筋18应变方向。温度传感器8通过环氧树脂固结于屏蔽壳体1的内壁上。三维磁记忆传感器6集成于十字型榫头9内，将十字型榫头9沿长边方向插入十字型榫槽10内，然后旋转十字型榫头9使其固定在十字型榫槽10内。最后在屏蔽壳体2的顶端通过销14和销孔15完成屏蔽顶盖13的封口。

在结构服役的前期，定期对混凝土内钢筋18进行检测，并作好记录。利用三维磁记忆传感器6所采集回的数据，通过磁场强度切向分量H_p(x)具有峰值，法向分量H_p(y)改变符号且过零点判断钢筋18的应力集中区，然后对该区域进行重点监测。

应力集中区域确定以后，利用应变传感器7、温度传感器8和三维磁记忆传感器6对该区域进行实时监测，通过温度传感器8对应变传感器7所测回的数据进行温度补偿，得到钢筋18的应变变化规律，从而得到钢筋18的应力发展全过程。

当三维磁记忆传感器6、应变传感器7和温度传感器8发生老化时，首先打开屏蔽壳体2顶部的屏蔽顶盖13，向安装有应变传感器7和温度传感器8的第二屏蔽腔5内注入溶解环氧树脂类粘合剂的溶解液，浸泡一段时间溶解用于固定传感器的环氧树脂，取出应变传感器7和温度传感器8，然后用丙酮清洗第二屏蔽腔5，待丙酮挥发完后，将新的应变传感器7和新的温度传感器8与屏蔽导线17连接好，涂抹适量环氧树脂，在原测量位置固定好，完成对应变传感器7和温度传感器8的更换。

旋转十字型榫头9，使其长边方向沿着十字型榫槽10长边方向，取出三维磁记忆传感器6，将新的三维磁记忆传感器6固定在十字型榫头9内部，将十字型榫头9沿长边方向插入十字型榫槽10内，然后旋转十字型榫头9使其固定在十字型榫槽10内，完成对三维磁记忆传感器6的更换。最后将屏蔽壳体2用屏蔽顶盖13密封，新传感器开始重新正常工作。通过对传感器的更换，实现了对混凝土内钢筋18的应力发展全过程的监测，且更换操作方便、快捷、可靠。

Claims (7)

1.一种监测钢筋混凝土中钢筋应力发展全过程的集成传感器，其特征在于：包括非屏蔽基座(1)和底面开放的屏蔽壳体(2)，非屏蔽基座(1)安装在屏蔽壳体(2)开放的底面上；

所述的屏蔽壳体(2)中间设置有屏蔽隔离板(3)，屏蔽隔离板(3)将屏蔽壳体(2)分割为第一屏蔽腔(4)和第二屏蔽腔(5)；

第一屏蔽腔(4)中的非屏蔽基座(1)上安装有三维磁记忆传感器(6)；

第二屏蔽腔(5)中的非屏蔽基座(1)上安装有应变传感器(7)；

第二屏蔽腔(5)中安装有温度传感器(8)。

2.如权利要求1所述的集成传感器，其特征在于：所述的三维磁记忆传感器(6)安装在十字型榫头(9)上，非屏蔽基座(1)上设置有十字型榫槽(10)，十字型榫头(9)与十字型榫槽(10)配合将三维磁记忆传感器(6)安装在非屏蔽基座(1)上。

3.如权利要求1所述的集成传感器，其特征在于：所述的温度传感器(8)安装在屏蔽壳体(2)的内壁上。

4.如权利要求1所述的集成传感器，其特征在于：所述的屏蔽壳体(2)开放的底面边缘设置有一对平行的L型导轨(11)，所述的非屏蔽基座(1)上设置有一对平行的L型导槽(12)，L型导轨(11)安装在L型导槽(12)中将非屏蔽基座(1)和屏蔽壳体(2)装配在一起。

5.如权利要求1所述的集成传感器，其特征在于：所述的屏蔽壳体(2)的顶面为可拆卸的屏蔽顶盖(13)。

6.如权利要求5所述的集成传感器，其特征在于：所述的屏蔽顶盖(13)上设置有销(14)，所述的屏蔽壳体(2)侧壁顶部设置有销孔(15)，通过销(14)和销孔(15)的配合将屏蔽顶盖(13)安装在屏蔽壳体(2)上。

7.如权利要求5所述的集成传感器，其特征在于：所述的屏蔽顶盖(13)上设置有导线孔(16)，连接在三维磁记忆传感器(6)、应变传感器(7)和温度传感器(8)上的屏蔽导线(17)从导线孔(16)引出。