CN102032965B - 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 - Google Patents
折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102032965B CN102032965B CN201010592804.7A CN201010592804A CN102032965B CN 102032965 B CN102032965 B CN 102032965B CN 201010592804 A CN201010592804 A CN 201010592804A CN 102032965 B CN102032965 B CN 102032965B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- fiber bragg
- concrete
- bragg raster
- strain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title abstract description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 56
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 15
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
本发明涉及一种折线配筋T梁应力测量技术,具体涉及一种折线配筋T梁钢绞线总体拉拔力和T梁内重要位置混凝土的应力、应变的光纤Bragg光栅测量方法。属光电子测量技术领域。其工作原理是,在锚头部位总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板。预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处,当钢绞线总体拉拔力发生变化时引起粘贴在圆形锚盘外壁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。在T梁混凝土内部,将应变传感结构牵引至配筋过弯位置,用混凝土灌浆浇注在波纹管内。混凝土受到荷载作用产生拉压应变,该应变量被粘贴在应变传感结构内管上的光纤Bragg光栅所测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种折线配筋T梁的应力测量技术,具体涉及一种测量折线配筋T梁钢绞线的锚固端总体拉拔力及梁内混凝土的应力、应变的光纤Bragg光栅的分布式测量方法。属光电子测量技术领域。
背景技术
T形截面梁在中、小跨径公路桥梁中应用较为广泛,桥梁工程T梁采用折线配筋可以使接近锚固端的部分混凝土受预剪力的作用,不但控制梁端斜裂缝的出现,而且可以使结构外载荷先抵消混凝土预应力,该预应力由锚头锚板施加,可间接提高混凝土抗拉强度。
在混凝土内部,钢绞线张拉预加应力后,因为摩擦损失和横向应力分散,各部分混凝土的应力分布并不均匀,如在较大跨度和非圆润弯曲和非对称形态结构构件中,各部位混凝土受力状态可能有较大差别。当混凝土拉压应变超越极限破坏载荷下,混凝土拉应变230、压应变1700的极限应变后混凝土就会开裂。一般地,纵向受拉预应力筋最大应变变化不小于3.5%,由于其测量范围太大,无法将光纤Bragg光栅直接粘贴在钢绞线上。
与本专利最接近的材料是王中仓撰写的“鄄城黄河大桥钢绞线张拉及放张过程施工监测”《科技创新导报》2009年第28期,69~70。其中,利用电阻应变片获取混凝土内单根钢绞线的张拉应力。由于预应力钢绞线的整体拉拔力由外露端钢绞线由夹片施加给锚板,其方法只能反映单根局部应力应变,不能完全反应钢绞线整体拉拔力大小。电阻应变片属于相对测量法,获取的是被测参量的变化量,难以实现长期稳定测量。
发明内容
本发明的目的是利用光纤Bragg光栅提供一种测量折线配筋T梁钢绞线的锚固端总体拉拔力及梁内混凝土的应力、应变的测量方法。
实现本发明专利目的所采取的技术方案是:在各束钢绞线外露锚固端,总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板;预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处,将光纤Bragg光栅粘贴在锚板外表面,将锚板处的应变量转换成光纤Bragg光栅的波长移位,光纤Bragg光栅通过光纤与信号处理装置连接,利用信号处理装置的解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值;锚头部位钢绞线总体拉拔力测量和混凝土内配筋钢绞线折线起始点,过弯曲线中点,过弯曲线终点,预制T梁中点处的混凝土应变量测量。
将锚板(23)经紧固孔(24)紧固在混凝土梁上,锚头部位钢绞线(26)整体拉拔力由夹片(22)传递给带圆孔的圆柱形锚板(23),将1只光纤Bragg光栅(21)沿轴向粘贴于圆形锚板外壁上,光纤Bragg光栅(21)信号再通过光纤(27)引出测量总体拉拔力,锚板轴向受力产生微小变形,该应变被粘贴在其外壁上的光纤Bragg光栅(21)所测量。
梁内混凝土的应力、应变的测量选择混凝土配筋应力损失较重要的4个测点,光纤光栅(31)粘贴于开孔内管(32),开孔内管(32)通过螺纹利用法兰与外管(33)连接,外管紧固于波纹管(35)内的混凝土,传感器由钢绞线(35)牵引至测点;当混凝土预制T梁受到载荷作用时,混凝土产生微小变形,该变形量被4个应变传感结构的光纤Bragg光栅所测量。
工作原理是,在锚头部位总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板。预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处,当钢绞线总体拉拔力发生变化时引起粘贴在圆形锚盘外壁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。在T梁混凝土内部,将应变传感结构牵引至配筋过弯位置,用混凝土灌浆浇注在波纹管内。混凝土受到荷载作用产生拉压应变,该应变量被粘贴在应变传感结构内管上的光纤Bragg光栅所测量。
本发明专利的数学模型如下:
(1)折线配筋外露端锚板总体拉拔力的测量
当折线配筋钢绞线在混凝土结构体受轴向拉、压力时,将力传递给圆形锚板,其所受压应力为:
式中,A为圆形锚板的截面积。根据胡克定律,轴向拉力σ与弹性体应变ε的关系为可表示为:
σ=Eε (2)
式(2)中,E为圆形锚板的弹性模量。将(2)式代入(1)式可得拉拔力为:
F=EAε (3)
将1个光纤Bragg光栅粘贴在圆形锚板上,测得应变值
上式中,λB为光纤Bragg光栅的中心波长,ΔλB为波长移位量,Pe=0.22为有效弹-光系数,ε为轴向应变量。
将(4)式代入(3)式中得到预应力钢绞线总体拉拔力大小与光纤Bragg光栅波长移位得关系:
由(4)式测得应变值ε,可计算出钢绞线总体拉拔力。
(2)折线配筋钢绞线过弯处混凝土应力、应变测量
混凝土在载荷作用下产生的应变量ε1,该应变量被浇注在混凝土内的应变传感结构测得,将光纤Bragg光栅粘贴在开孔圆管的内管上。根据胡克定律,混凝土的应力为:
σ1=E1ε1 (6)
式中,E1为混凝土的弹性模量。根据应变传感结构测得混凝土的应变ε1,可计算出混凝土各测点所受的应力。
本发明有益效果是:
1.实现了整体拉拔力的在线测量:本发明在钢绞线露出端锚板上,将光纤Bragg光栅贴在其外壁表面,通过把钢绞线总体拉拔力的测量转换成对光纤Bragg光栅的中心波长移位的测量。
2.如果直接将光纤Bragg光栅粘贴在钢绞线上,纵向受拉预应力筋最大应变变化不小于3.5%,超出光纤Bragg光栅测量范围,设计采用圆管形应变传感结构,内管与外管用法兰连接,法兰的凸缘可以更好的固定在混凝土内,将光纤Bragg光栅封装在内管中,避免了直接与混凝土接触,可测量当混凝土拉压应变极限破坏载荷下混凝土拉应变为230、压应变为1700范围的应变量。实现梁内重要位置应力、应变分布式测量。并将其转换成对光纤Bragg光栅的中心波长移位的测量。
附图说明
图1A为本实用新型进行折线配筋T梁钢绞线总体拉拔力和梁内混凝土的应力、应变测量基本方式的示意图。
图1B为本实用新型的传感器布置位置结构示意图。
图2为本实用新型在外露端钢绞线整体拉拔力测量方式的传感器安装位置结构图。
图3为本实用新型在梁内钢绞线过弯处混凝土应变测量方式的传感器安装位置结构图。
其中,图1A和图1B各标号表示为:T梁混凝土截面1、锚板2、光纤Bragg光栅3、钢绞线4、波纹管5。图1B光纤Bragg光栅测点从左至右依次为锚板、弯处曲线起始点,曲线中点,曲线终点,预制梁中点。
图2各标号表示为:光纤光栅21、夹片22、锚板23、紧固孔24、波纹管25、钢绞线26、光纤27。
图3各标号表示为:光纤光栅31、内管32、外管33、法兰34、钢绞线35。
具体实施方式
见图1,测点从左至右依次为锚板、弯处曲线起始点,曲线中点,曲线终点,预制梁中点。
见图2,将锚板23经紧固孔24紧固在混凝土梁上,锚头部位钢绞线26整体拉拔力由夹片22传递给带圆孔的圆柱形锚板23,将一只光纤Bragg光栅21沿轴向粘贴于圆形锚板外壁上,光纤Bragg光栅21信号再通过光纤27引出。
参见图3光纤光栅31粘贴于开孔内管32内管32通过螺纹利用法兰34与外管33连接,传感器由钢绞线35牵引至测点。
本发明在各束钢绞线外露锚固端,总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板。预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处,将光纤Bragg光栅粘贴在锚板外表面,将锚板处的应变量转换成光纤Bragg光栅的波长移位,光纤Bragg光栅通过光纤与信号处理装置连接,利用信号处理装置的解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值。
本发明T梁各部位混凝土受力状态差别较大,选择混凝土应力损失较大的4个测点,配筋钢绞线折线起始点、过弯曲线中点、过弯曲线终点、及预制T梁中点处,光纤Bragg光栅粘贴在应变传感结构开孔内管中牵引至配筋过弯位置,混凝土灌浆浇注在波纹管内。混凝土受到荷载作用产生拉压应变带动应变传感结构产生相应的应变变形,根据解调仪得到应变引起光纤Bragg光栅的波长移位值,反算出该位置混凝土应力值。实现波长与混凝土应力的对应关系。
实施例:对折线配筋T梁的应力进行监测。
1.圆形锚板体:40CrNiMo合金钢,横截面积A=1256mm2,Young’s模量为E=210Gpa;
2.光纤Bragg光栅的技术参数为:中心波长λ1=1544.000nm,λ2=1547.000nm,λ3=1550.000nm,λ4=1553.000nm,λ5=1556.000nm有效弹-光系数pe=0.22;
3.按附图1、2和图3配置实验;
4.用光纤光栅分析仪获取光纤Bragg光栅的中心波长;
5.锚板表面测点(λ1=1544.000nm)将相关参数代入(5)式,钢绞线施加最大负荷259KN时,波长移位量为1182pm,传感器的拉拔力的灵敏度为5pm/KN。
6.在以下计算中,混凝土极限压应变为1700με最大值,极限拉应变为230με时;
7.C50混凝土Young’s模量为E=34Gpa;
8.折线配筋过弯处不同位置4个测点(λ2=1547.000nm,λ3=1550.000nm,λ4=1553.000nm,λ5=1556.000nm),将相关参数代入(6)式,极限压应变1700με时,波长移位量分别为2051pm、2055pm、2059pm、2063pm,计算得混凝土受力为58Mpa;极限拉应变230με时,波长移位量278pm,计算得混凝土受力为9Mpa。
9.混凝土受压时传感器应力的灵敏度为35pm/Mpa,混凝土受拉时传感器应力的灵敏度为31pm/Mpa。
Claims (3)
1.一种折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法,其特征是在各束钢绞线外露锚固端,总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板;预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处,将光纤Bragg光栅粘贴在锚板外表面,将锚板处的应变量转换成光纤Bragg光栅的波长移位,光纤Bragg光栅通过光纤与信号处理装置连接,利用信号处理装置的解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值,进行锚头部位钢绞线总体拉拔力测量和混凝土内配筋钢绞线折线起始点,过弯曲线中点,过弯曲线终点,预制T梁中点处的混凝土应变量测量;
所述混凝土应变量测量是将光纤Bragg光栅粘贴于开孔内管(32)、或者沿轴向粘贴于圆形锚板外壁上。
2.按照权利要求1所述的折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法,其特征是:将锚板(23)经紧固孔(24)紧固在混凝土梁上,锚头部位钢绞线(26)总体拉拔力由卡片(22)传递给带圆孔的圆形锚板(23),将1只光纤Bragg光栅(21)沿轴向粘贴于圆形锚板外壁上,光纤Bragg光栅(21)信号再通过光纤(27)引出测量总体拉拔力,锚板轴向受力产生微小变形,该变形被粘贴在锚板外壁上的光纤Bragg光栅(21)所测量。
3.按照权利要求1或2所述的折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法,其特征是:梁内混凝土的应力、应变的测量选择混凝土内配筋钢绞线的折线起始点、过弯曲线中点、过弯曲线终点和预制T梁中点处4个应力测点,光纤Bragg光栅(31)粘贴于开孔内管(32),开孔内管(32)通过螺纹利用法兰与外管(33)连接,外管紧固于波纹管(35)内的混凝土,传感器由钢绞线(35)牵引至测点;当混凝土预制T梁受到载荷作用时,混凝土产生微小变形量,该变形量被4个应变传感结构的光纤Bragg光栅所测量。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010592804.7A CN102032965B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010592804.7A CN102032965B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102032965A CN102032965A (zh) | 2011-04-27 |
CN102032965B true CN102032965B (zh) | 2014-02-12 |
Family
ID=43886155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010592804.7A Expired - Fee Related CN102032965B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102032965B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104006744B (zh) * | 2014-04-29 | 2016-09-21 | 昆明理工大学 | 一种边坡光纤Bragg光栅多点位移传感器及其使用方法 |
CN105136359B (zh) * | 2015-09-11 | 2018-06-01 | 北京航空航天大学 | 基于光纤传感器测得的梁表面应变值计算工作载荷的方法 |
CN106644202A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-05-10 | 王继成 | 桥梁有效预应力沿程分布及其衰减测试装置 |
CN106770324B (zh) * | 2016-12-15 | 2023-08-01 | 山东大学 | 适用于钢管与混凝土界面裂缝、脱空监测的光纤传感器及方法 |
CN113740161B (zh) * | 2021-09-09 | 2022-04-15 | 交通运输部公路科学研究所 | 先张预应力混凝土空心板钢绞线有效预应力检测方法 |
CN114201834A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种高铁箱梁钢绞线预应力施工高可靠度实时监控***和方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1482474A (zh) * | 2003-07-14 | 2004-03-17 | 徐志宏 | 光纤光栅的封装结构 |
CN201266127Y (zh) * | 2008-09-28 | 2009-07-01 | 中冶建筑研究总院有限公司 | 一种有粘结预应力钢束力值监测装置 |
CN201497490U (zh) * | 2009-08-31 | 2010-06-02 | 昆明理工大学 | 碳纤维增强复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2791768B1 (fr) * | 1999-04-01 | 2001-04-20 | Commissariat Energie Atomique | Extensometre a reseau de bragg et procede de fabrication de cet extensometre |
-
2010
- 2010-12-17 CN CN201010592804.7A patent/CN102032965B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1482474A (zh) * | 2003-07-14 | 2004-03-17 | 徐志宏 | 光纤光栅的封装结构 |
CN201266127Y (zh) * | 2008-09-28 | 2009-07-01 | 中冶建筑研究总院有限公司 | 一种有粘结预应力钢束力值监测装置 |
CN201497490U (zh) * | 2009-08-31 | 2010-06-02 | 昆明理工大学 | 碳纤维增强复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李小阳等.《基于光纤光栅的锚端预应力传感器的研究》.《石家庄铁道学院学报》.2007,第72-75页. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102032965A (zh) | 2011-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102032965B (zh) | 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法 | |
CN201662391U (zh) | 大应变光纤Bragg光栅传感器 | |
CN101245988B (zh) | 基于光纤布里渊全尺度传感的预应力损失监测方法 | |
CN201266127Y (zh) | 一种有粘结预应力钢束力值监测装置 | |
CN110455914A (zh) | 基于内置压电陶瓷元件的灌浆套筒内部灌浆状态检测方法 | |
CN104196258A (zh) | 一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系 | |
Zhu et al. | Monitoring of prestress and bond stress of self-sensing FBG steel strand | |
CN202033138U (zh) | 一种光纤Bragg光栅分布式锚杆测力传感器 | |
CN203490017U (zh) | 锚下预应力损失长期监测装置 | |
CN102636307A (zh) | 一种竖向预应力钢筋有效应力水平测试装置及其测试方法 | |
Wang et al. | Strain monitoring of RC members strengthened with smart NSM FRP bars | |
CN202403851U (zh) | 锚索框架组合结构的光纤Bragg光栅测力传感器 | |
CN101245989A (zh) | 基于纤维增强树脂-光纤光栅智能筋的预应力损失监测方法 | |
CN103411713B (zh) | 大量程基于光纤光栅传感技术的钢筋锈蚀监测传感器 | |
CN204252026U (zh) | 一种光纤光栅后张预应力智能加固结构 | |
CN111578859A (zh) | 光纤法测量预应力传递长度和粘结锚固强度的结构及方法 | |
CN203490007U (zh) | 体外预应力钢束应力精确检测装置 | |
CN209353151U (zh) | 一种可换监测元件的智能拉索 | |
CN109343591B (zh) | 基于智能钢绞线的后张预应力张拉精细化控制装置及方法 | |
CN201188041Y (zh) | 一种光纤光栅测量锚杆 | |
CN203881475U (zh) | 一种便于预应力损失测试的钢绞线 | |
CN202049004U (zh) | 折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量装置 | |
CN209580015U (zh) | 一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置 | |
CN104198366A (zh) | 一种后张预应力混凝土结构钢绞线锈蚀监测方法 | |
CN113008422B (zh) | 一种预应力筋群锚固状态分布式监测结构和方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140212 Termination date: 20151217 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |