CN220202789U - 一种桩体结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种桩体结构，桩体结构包括钢筋笼、光纤传感器绕线组以及混凝土实体。其中，钢筋笼呈竖向设置，光纤传感器绕线组设置在钢筋笼的内部，光纤传感器绕线组包括竖向光纤以及环向光纤，竖向光纤沿钢筋笼的长度方向布线，环向光纤环形设置在钢筋笼的内部，竖向光纤与环向光纤电性连接。混凝土浇筑钢筋笼形成混凝土实体，光纤传感器绕线组具有数据输出端，数据输出端穿出混凝土实体以供外部电子设备连接。与现有技术相对比，内置光纤传感器绕线组的设置，能够实现桩体结构全生命周期高效可行的结构状态监测，支持储罐安全可靠运行，具有较大的实用性。

Description

一种桩体结构

技术领域

本实用新型涉及桩体结构技术领域，特别涉及一种桩体结构。

背景技术

LNG储罐内部存储大量超低温液化天然气，其结构稳定性在建设和运营阶段至关重要，直接影响接收站和周围环境的安全。桩基础适用范围广，承载能力高，能承受各方向静载和振动荷载，是应用最广泛的深基础形式，也是LNG储罐结构的首选基础形式。

储罐传统的桩基础结构埋置于地下，储罐运营阶段无法针对应力应变等参数进行无损检测，感知手段和工程化应用较少，难以提供实测数据用于判断结构安全健康状态，存在难以监测的问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种桩体结构，在桩体结构的内部绕设光纤传感器，并引出数据输出端，后续外接数据输出端能够通过内部的光纤传感器，实现桩体结构全生命周期高效可行的结构状态监测，支持储罐安全可靠运行。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种桩体结构，包括：

钢筋笼，所述钢筋笼呈竖向设置；

光纤传感器绕线组，所述光纤传感器绕线组设置在所述钢筋笼的内部，所述光纤传感器绕线组包括竖向光纤以及环向光纤，所述竖向光纤沿所述钢筋笼的长度方向布线，所述环向光纤环形设置在所述钢筋笼的内部，所述竖向光纤与所述环向光纤电性连接；以及

混凝土实体，混凝土浇筑所述钢筋笼形成所述混凝土实体，所述光纤传感器绕线组具有数据输出端，所述数据输出端穿出所述混凝土实体以供外部电子设备连接。

在其中一个实施例中，所述竖向光纤至少设置有两条，每条所述竖向光纤均相互平行设置，且每条所述竖向光纤均相互电性连接。

在其中一个实施例中，所述竖向光纤设置有四条，四条所述竖向光纤沿所述钢筋笼的周向均匀分布。

在其中一个实施例中，所述环向光纤至少设置有两条，所述环向光纤沿所述钢筋笼的长度方向间隔分布。

在其中一个实施例中，所述环向光纤与所述竖向光纤相互电性连接，并汇合形成一个所述数据输出端。

在其中一个实施例中，所述光纤传感器绕线组中的光纤传感器外部均包裹设置有保护层。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

与天然气储罐中现有的桩体结构相对比，本桩体结构在建造阶段时，在钢筋笼的内部布置光纤传感器，并引出信号输出端，最后再进行混凝土的浇筑，故实际使用储罐时，通过将光纤传感器绕线组的信号输出端接入到采集仪中，随后即可对桩体结构整体的内部结构进行实时的监测，得出结构应变、应力和温度等状态参数，得到的监测数据能够定量评估，为制定LNG储罐运营策略提供支持。另外，在混凝土的浇筑过程中，通过外接信号输出端还能够在混凝土浇筑施工阶段感知整个结构温度变化情况，分析水化热演变规律，与现有技术相对比，内置光纤传感器绕线组的设置，能够实现桩体结构全生命周期高效可行的结构状态监测，支持储罐安全可靠运行，具有较大的实用性。

附图说明

图1是本发明一实施例中桩体结构的具体结构图；

图2是本发明一实施例中竖向光纤以及环向光纤的具体结构示意图；

图中各标记如下：

1、筋笼；11、竖向钢筋；12、环向箍筋；2、光纤传感器绕线组；21、竖向光纤；22、环向光纤；3、混凝土实体；4、数据输出端；5、采集仪。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

参照图1以及图2所示，本发明所涉及的一种桩体结构，包括钢筋笼1、光纤传感器绕线组2以及混凝土实体3。其中，钢筋笼1呈竖向设置，光纤传感器绕线组2设置在钢筋笼1的内部，光纤传感器绕线组2包括竖向光纤21以及环向光纤22，竖向光纤21沿钢筋笼1的长度方向布线，环向光纤22环形设置在钢筋笼1的内部，竖向光纤21与环向光纤22电性连接。混凝土浇筑钢筋笼1形成混凝土实体3，光纤传感器绕线组2具有数据输出端4，数据输出端4穿出混凝土实体3以供外部电子设备连接。

需要说明的是，光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。

在该实施例中，竖向光纤21沿钢筋笼1的长度方向布线，环向光纤22环形设置在钢筋笼1的内部，该布线结构的设置，令光纤传感器对桩体结构的监测范围能够均匀化，数据输出端4与外部电子设备连接对桩体结构进行监测时，竖向光纤21能够监测到桩体结构长度方向上的状态数据，而环向光纤22能够监测到桩体结构上对应位置上环向的状态数据。

与天然气储罐中现有的桩体结构相对比，本桩体结构在建造阶段时，在钢筋笼1的内部布置光纤传感器，并引出信号输出端，最后再进行混凝土的浇筑，故实际使用储罐时，通过将光纤传感器绕线组2的信号输出端接入到采集仪5中，随后即可对桩体结构整体的内部结构进行实时的监测，得出结构应变、应力和温度等状态参数，得到的监测数据能够定量评估，为制定LNG储罐运营策略提供支持。另外，在混凝土的浇筑过程中，通过外接信号输出端还能够在混凝土浇筑施工阶段感知整个结构温度变化情况，分析水化热演变规律，与现有技术相对比，内置光纤传感器绕线组2的设置，能够实现桩体结构全生命周期高效可行的结构状态监测，支持储罐安全可靠运行，具有较大的实用性。

参照图1以及图2所示，在该实施例中，具体的是，桩体结构整体呈柱形设置，钢筋笼1包括竖向钢筋11以及环向箍筋12，其中，竖向钢筋11设置有多条，且竖向钢筋11均呈竖向设置并相互平行，竖向钢筋11均匀间隔形成柱形的钢筋笼1，而环向箍筋12则环绕设置在位于外缘的竖向钢筋11上，以提高钢筋笼1的整体结构强度。

在该实施例中，竖向光纤21至少设置有两条，每条竖向光纤21均相互平行设置，且每条竖向光纤21均相互电性连接。

需要说明的是，多条竖向光纤21的设置，能够扩大桩体结构的监测范围，令桩体结构的监测点能够更为集中，令监测数据能够更为全面。具体的是，在该实施例中，竖向光纤21设置有四条，四条竖向光纤21沿钢筋笼1的周向均匀分布。

在一实施例中，同样，为了令监测数据能够更为全面，环向光纤22至少设置有两条，环向光纤22沿钢筋笼1的长度方向间隔分布。具体的是，环向光纤22的数量设置与桩体结构的长度相关，具体的是，在该实施例中，环向光纤22的间隔距离为1m。

在一实施例中，环向光纤22与竖向光纤21相互电性连接，并汇合形成一个数据输出端4。

需要说明的是，汇合设置一个数据输出端4，能够简化竖向光纤21以及环向光纤22的数据输出方式，令竖向光纤21与环向光纤22能够共享一个数据输出端4，在需要对桩体结构进行检测时，通过在数据输出端4处外接采集仪5，即可同时得到竖向光纤21和环向光纤22的监测数据。

更优的是，在一实施例中，为了在绕线的过程中对光纤传感器起到保护，光纤传感器绕线组2中的光纤传感器外部均包裹设置有保护层，而保护层具体为铠衣。

在该实施例中，提供一个光纤传感器绕线组2具体绕线方案：

绕线时，先对其中一竖向光纤21进行绕线，此时绕线的一端为头端，头端固定后，光纤传感器向钢筋内部走线，走到对应竖向光纤21的预设位置时，光纤传感器向下逐渐走线，向下逐渐完成该竖向光纤21的绕线路径的过程中，当绕线进入到预设的环向光纤22位置时，光纤传感器暂停该竖向光纤21的绕线路径，并转为环向光纤22的绕线路径，完成该环向光纤22绕线路径后，光纤传感器环向回到前期的暂停点，此时继续对应竖向光纤21的绕线，当遇到后续环向光纤22预设位置时，同样暂停并完成后续环向光纤22，故完成对应竖向光纤21的绕线后，同样完成了所有环向光纤22的绕线，此时光纤传感器位于钢筋笼1的底部，光纤传感器向另一竖向光纤21的预设位置进行走线，后续完成其他竖向光纤21的绕线，最后走线到开设的头端位置，与头端位置形成一个数据输出端4。

其中，需要注意的是，光纤传感器的绕线布置时，对绕线的前后顺序可不作限定，只需保证整体布线均匀度即可，同时，在绕线的过程中，需要记录光纤传感器的刻度以及布线的具体位置，在后续进行监测时，通过将监测到的数据与记录的光纤传感器的刻度对比，即可得知监测数据所对应的承台结构中的位置，故光纤传感器的绕线布置时，对绕线的前后顺序可以不作限定。

本发明还提供了一种施工方法，应用于上述方案提及的桩体结构，包括以下步骤：

设计桩体结构，确定桩径和桩长，明确钢筋笼1的配筋方案，确定光纤传感器绕线组2的布设方案；

安装钢筋笼1；

敷设光纤传感器绕线组2，并引出数据输出端4；

向钢筋笼1中浇筑混凝土，并形成混凝土实体3。

示例性的是，与天然气储罐中现有的桩体结构的施工方法相对比，本墙体结构在建造阶段时，在钢筋笼1的内部布置光纤传感器，并引出数据输出端4，最后再进行混凝土的浇筑，故实际使用储罐时，通过将光纤传感器绕线组2的数据输出端4接入到采集仪5中，随后即可对墙体结构整体的内部结构进行实时的监测，后续通过监测到的数据得出结构应变、应力和温度等状态参数，得到的监测数据能够定量评估，为制定LNG储罐运营策略提供支持。另外，在混凝土的浇筑过程中，通过外接数据输出端4还能够在混凝土浇筑施工阶段感知整个结构温度变化情况，分析水化热演变规律，与现有技术相对比，内置光纤传感器绕线组2的设置，能够实现墙体结构全生命周期高效可行的结构状态监测，支持储罐安全可靠运行，具有较大的实用性。

其中，在安装钢筋笼1时，在设计桩位进行成孔作业。钻孔完成后，首先吊放首节竖向钢筋11，当首节竖向钢筋11大部分放入钻孔后，在孔口采用临时设施固定首节竖向钢筋11。随后吊送第二段竖向钢筋11，并使第二段竖向钢筋11底部与首节竖向钢筋11顶部隔一定距离对齐。在相对静止的工况条件下，采用电焊工艺连接上下竖向钢筋11，同时焊接箍筋，然后继续下放竖向钢筋11直至第二段竖向钢筋11顶部与地面齐平，并重复上述步骤完成其他竖向钢筋11的下放工作。

多节竖向钢筋11下放，应提前布设该竖向钢筋11对应的光纤传感器，冗余光纤传感器通过拉绳牵引，随上部竖向钢筋11同步安装。竖向钢筋11为多段时，相邻段中的光纤传感器需要进行接续，光纤传感器采用专用光缆接续，光缆接头可采用热缩管密封光缆接头技术，其步骤如下：用美工刀和斜口剪将光缆接头处的护套及加强件去掉；用剥线剪将光纤的涂敷层及包层剥除，使一定长度的光纤纤芯裸露在外；用切割刀切割光纤纤芯，使光纤接口平整；在一端光纤接头处套上热缩管，用熔纤机将光纤两接头熔合，用热缩管热缩保护后完成熔接；对于存在破坏条件的环境，熔接过程中应使用熔接保护管进行加强保护。

具体的是，光纤传感器预设数据输出端4以及光纤传感器的绕线弯折段需采用松套管保护，防止光纤传感器过度弯折，光缆弯曲半径不小于5cm。当混凝土实体3需要破坏重做时，光纤传感器采用强度较高的桩头保护钢管、PVC管等进行保护，保护深度须大于预定破坏深度。

光纤传感器绕线组2的绕线安装流程为：测量放线、敷设光纤传感器、绑扎固定、复测。光纤传感器沿钢筋笼11的主筋绑扎固定，固定间距1-2m，应保证光缆与钢筋笔直贴合，不得有弯曲、凸起现象，在过弯及跨越主箍筋时加密绑扎。

而在一实施例中，更优的是，敷设光纤传感器绕线组2，并引出数据输出端4时，光纤传感器绕线组2形成一条总体回路。

需要说明的是，汇合设置一个信号输出端，能够简化光纤传感器绕线组2的数据输出方式，令光纤传感器绕线组2对外只设置一个信号输出端，在需要对桩体结构进行检测时，通过在信号输出端处外接采集仪5，即可得到整个光纤传感器绕线组2的监测数据。

在一实施例中，安装光纤传感器的过程中，应加强光纤传感器布设质量的控制，经常性采用红光笔进行光纤传感器完整性检测；光纤传感器安装完成后或在不可逆步骤实施之前，采用OTDR或分布式数据采集设备进行质量检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种桩体结构，其特征在于，包括：

钢筋笼，所述钢筋笼呈竖向设置；

光纤传感器绕线组，所述光纤传感器绕线组设置在所述钢筋笼的内部，所述光纤传感器绕线组包括竖向光纤以及环向光纤，所述竖向光纤沿所述钢筋笼的长度方向布线，所述环向光纤环形设置在所述钢筋笼的内部，所述竖向光纤与所述环向光纤电性连接；以及

混凝土实体，混凝土浇筑所述钢筋笼形成所述混凝土实体，所述光纤传感器绕线组具有数据输出端，所述数据输出端穿出所述混凝土实体以供外部电子设备连接。

2.根据权利要求1所述的桩体结构，其特征在于，所述竖向光纤至少设置有两条，每条所述竖向光纤均相互平行设置，且每条所述竖向光纤均相互电性连接。

3.根据权利要求2所述的桩体结构，其特征在于，所述竖向光纤设置有四条，四条所述竖向光纤沿所述钢筋笼的周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的桩体结构，其特征在于，所述环向光纤至少设置有两条，所述环向光纤沿所述钢筋笼的长度方向间隔分布。

5.根据权利要求1所述的桩体结构，其特征在于，所述环向光纤与所述竖向光纤相互电性连接，并汇合形成一个所述数据输出端。

6.根据权利要求1所述的桩体结构，其特征在于，所述光纤传感器绕线组中的光纤传感器外部均包裹设置有保护层。