CN112033461A - 一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置及测量方法，包括内定点式应变光缆、钢筋笼、光纤光缆解调仪；内定点式应变光缆绑扎在钢筋笼的主筋上且被浇筑至混凝土梁内；内定点式应变光缆接入光纤光缆解调仪；内定点式应变光缆包括光缆内芯、内定点FBG传感器、光缆护套、铠管、钢绞线；多个内定点FBG传感器均布在光缆内芯且被铠管包裹在内；光缆护套将缠绕了多股钢绞线的铠管包裹在内；单根内定点式应变光缆的内定点FBG传感器的个数达到2000个，实现了对大跨度混凝土结构的多点密集连续测试；温度感测光缆与内定点式应变光缆沿钢筋笼的主筋上下对称分布；光纤光缆解调仪能够同时获取多个数据，从而实现对混凝土梁的内力、弯矩、挠度等的监测。
Description
技术领域
本发明涉及大跨度混凝土梁的监测领域，尤其涉及一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置及测量方法。
背景技术
光纤传感技术是二十世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通讯技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介，感知和传输外界信号的新型传感技术，近年来被应用于土木工程的各个方面。
目前，对于大型枢纽结构中的大跨度梁结构传统监测普遍采用点式应变片、电磁式感应或人工巡视的方法，不仅存活率低、功能性不稳定而且同时存在对检测人员要求较高，检测人员的安全作业难以保证的缺点。相较于传统的常规传感器，光纤传感技术具有很好的抗电磁干扰能力，可以实现大范围、长距离的实时监测，避免了人为经验判断的不合理性，大幅度降低漏测、漏报的机率，提供及时、准确的重要信息；但目前对于光纤光栅多是封装成单点式应变计，仅能对一个区域进行检测，不适用于大跨度梁多点的连续测量。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是：提供一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置及测量方法，可以实现大跨度梁多点连续测量。
为了解决上述的主要技术问题采取以下技术方案实现：
一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，包括内定点式应变光缆、钢筋笼、光纤光缆解调仪；所述内定点式应变光缆绑扎在钢筋笼的主筋上且随着钢筋笼的主筋浇筑至混凝土梁内；所述内定点式应变光缆的端部延伸至混凝土梁的外部并接入光纤光缆解调仪；所述内定点式应变光缆包括光缆内芯、内定点FBG传感器、光缆护套、铠管、钢绞线；多个所述内定点FBG传感器密集均匀分布在光缆内芯；所述铠管将光缆内芯和多个内定点FBG传感器包裹在内；多股所述钢绞线缠绕在铠管外侧；所述光缆护套将缠绕了多股钢绞线的铠管包裹在内。
优选地，所述钢筋笼主筋上还捆扎有温度感测光缆；所述温度感测光缆与内定点式应变光缆沿钢筋笼的主筋上下对称分布；所述温度感测光缆的纤芯通过GFRP材料封装且两者的外侧也包裹有光缆护套。
优选地，所述内定点式应变光缆沿着钢筋笼表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼的同一个表面伸出；所述温度感测光缆也沿着钢筋笼的表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼中内定点式应变光缆的伸出平面伸出。
优选地，位于同一个钢筋笼主筋的所述内定点式应变光缆和温度感测光缆的首尾端部套设有加强钢管；所述加强钢管位于内定点式应变光缆和温度感测光缆伸出混凝土的位置；所述加强钢管远离钢筋笼内侧的端部通过PVC管与变径接头相连。
优选地，所述内定点式应变光缆和温度感测光缆的弯折位置均套设有弯头的PU管。
优选地，相邻的两个所述内定点FBG传感器之间的间距为1m；单根所述内定点式应变光缆的内定点FBG传感器的个数小于等于2000个；所述内定点FBG传感器采用直接刻写方式，量程为0-20000με。
一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置的测量方法，包括以下步骤：
S1：将光缆内芯的外侧按照间距1m来依次定点封装多个内定点FBG传感器，用铠管将光缆内芯和多个内定点FBG传感器包裹在内；在铠管的外侧缠绕多股钢绞线；最后光缆护套将铠管和缠绕的多股钢绞线包裹在内形成一根内定点式应变光缆；
S2：将温度感测光缆的纤芯通过GFRP材料封装加强，用光缆护套将缆芯和GFRP包裹在内形成一根温度感测光缆；
S3：在钢筋笼的制作过程中，将内定点式应变光缆和温度感测光缆上下对称的固定在钢筋笼主筋上并保持内定点式应变光缆和温度感测光缆始终保持绷直状态；将内定点式应变光缆和温度感测光缆均沿着钢筋笼U形分布，内定点式应变光缆和温度感测光缆的首尾两端均延伸出钢筋笼的同一个表面；将位于同一个钢筋笼主筋的内定点式应变光缆和温度感测光缆的外侧套设有加强钢管；在将强钢管的外侧通过PVC管与变径接头相连；
S4：将捆扎好内定点式应变光缆和温度感测光缆的钢筋笼一起浇筑至混凝土梁内，在此过程中，将加强钢管固定在内定点式应变光缆和温度感测光缆伸出混凝土的位置；浇注完成后，等待混凝土养护成型；
S5：混凝土梁养护期过后，利用引线光缆将内定点式应变光缆和温度感测光缆的信号引至光纤光缆解调仪中，利用光纤光缆解调仪对大跨度混凝土梁的内力、弯矩、挠度等物理量进行检测。
优选地，所述S3步骤还包括在内定点式应变光缆的弯折位置和温度感测光缆的弯折位置套设弯头的PU管。
与现有技术相比，本发明应用于大跨度混凝土梁的检测具备下列优点：
(1)内定点式应变光缆采用铠管、多股钢绞线来提高整体强度，使其抗拉强度大于2000N，保障了内定点式应变光缆布设的灵活性；内定点式应变光缆和温度感测光缆均是沿着钢筋笼成U型分布且在两者伸出混凝土的位置增加了加强钢管、变径接头等，能够有效防止出线位置的施工破坏。
(2)单根所述内定点式应变光缆的内定点FBG传感器的个数能够达到2000个，实现了对大跨度混凝土结构的多点密集连续测试，相邻的两个所述内定点FBG传感器之间的间距为1m，提高了侧视点抗局部大变形的能力；内定点FBG传感器采用不剥涂覆层的直接刻写方式，从而使内定点FBG传感器的量程从0-5000με大幅提升至0-20000με。
(3)温度感测光缆通过GFRP材料封装保护，极大的减弱了温度感测光缆受应力影响程度，提高了温度补偿测试效果；光纤光缆解调仪能够获取多个内定FBG传感器的应变数据以及温度感测光缆的多个数据，从而同步实现对混凝土梁的内力、弯矩、挠度等的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图做简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的混凝土未浇筑的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的内定点式应变光缆的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的光纤光缆解调仪检测一个点的结构示意图。
图中：1为钢筋笼，2为内定点式应变光缆，21为光缆内芯，22为内定点FBG传感器，23为铠管，24为钢绞线，25为光缆护套，3为温度感测光缆，4为加强钢管，5为变径接头，6为PVC管，7为光纤光缆解调仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
请参阅图1-3所示，一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，包括内定点式应变光缆2、钢筋笼1、光纤光缆解调仪7；所述内定点式应变光缆2包括光缆内芯21、内定点FBG传感器22、光缆护套25、铠管23、钢绞线24；多个所述内定点FBG传感器22密集均匀分布在光缆内芯21，每一个内定点FBG传感器22均依据现有技术采用定点封装在光缆内芯21，相邻的两个所述内定点FBG传感器22之间的间距为1m，内定点FBG传感器22采用不剥涂覆层的直接刻写方式，从而使内定点FBG传感器22的量程从0-5000με提升至0-20000με；为了实现对大跨度混凝土结构的多点密集连续测试，单根所述内定点式应变光缆2的内定点FBG传感器22的个数能够达到2000个；所述铠管23将光缆内芯21和多个内定点FBG传感器22包裹在内；所述光缆护套25将缠绕了多股钢绞线24的铠管23包裹在内，光缆护套25的材质依据现有技术即可；多股所述钢绞线24缠绕在铠管23外侧，铠管23和多股钢绞线24均是为了提高内定点式应变光缆2的整体强度和，采用多股钢绞线24缠绕后，抗拉强度经实际测量大于2000N，保障了布设的灵活性。
利用5*300的尼龙扎带所述内定点式应变光缆2绑扎在钢筋笼1的主筋上，所述钢筋笼1主筋上还捆扎有温度感测光缆3，温度感测光缆3和内定点式应变光缆2采用十字交叉绑扎工艺固定在钢筋笼1，在绑扎的过程中，要始终保持温度感测光缆3和内顶点式应变光缆均处于绷直状态；所述温度感测光缆3的纤芯是裸纤，裸纤通过GFRP材料封装，封装后的裸纤外侧包裹有光缆护套25；从而形成一根温度感测光缆3；所述温度感测光缆3与内定点式应变光缆2沿同一根钢筋笼1的主筋上下对称分布；钢筋笼1的捆扎方式依据现有技术即可；所述内定点式应变光缆2沿着钢筋笼1表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼1的同一个表面伸出；钢筋笼1是一个长方体的结构形式，内顶点式应变光缆的U形的两端分别对应两个钢筋笼1的主筋；所述温度感测光缆3也沿着钢筋笼1的表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼1的一个平面伸出；所述温度感测光缆3首尾伸出钢筋笼1的平面与内定点式应变光缆2首尾伸出钢筋笼1的平面是同一个平面，即温度感测光缆3和内定点式应变光缆2始终保持平行且沿着钢筋笼1的主筋上下对称；为了保证内定点式应变光缆2和温度感测光缆3在弯折位置的强度，所述内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的弯折位置均套设有弯头的PU管，PU管的内径为8mm。
位于同一个钢筋笼1主筋的所述内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的首尾端部套设有加强钢管4；所述加强钢管4远离钢筋笼1内侧的端部通过PVC管6与变径接头5相连；PVC管6的一端套在加强钢管4外侧的端部，另一端套在变径接头5的外侧，加强钢管4的内径3cm，壁厚为5mm；将捆扎好内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的钢筋笼1一起浇筑至混凝土梁内，应该注意的是，在浇筑过程中应该防止振捣棒直接振捣内定点式应变光缆2和温度感测光缆3，所述加强钢管4位于内定点式应变光缆2和温度感测光缆3伸出混凝土的位置；加强钢管4、变径接头5、PVC管6的设置，能够有效防止出线位置的施工破坏；浇筑完成后，对混凝土结构进行养护成型，养护完成后，引线光阑将内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的端部溶解跳线，接入光纤光缆解调仪7；所述光纤光缆解调仪7能够检测来自内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的数据，从而实现自动化检测混凝土梁的内力、弯矩、挠度等。
本发明的工作过程为：内定点式应变光缆2的组装：将光缆内芯21的外侧按照间距1m来依次定点封装多个内定点FBG传感器22，用铠管23将光缆内芯21和多个内定点FBG传感器22包裹在内；在铠管23的外侧缠绕多股钢绞线24；最后光缆护套25将铠管23和缠绕的多股钢绞线24包裹在内形成一根内定点式应变光缆2；
温度感测光缆3的组装：将温度感测光缆3的纤芯通过GFRP材料封装加强，用光缆护套25将缆芯和GFRP包裹在内形成一根温度感测光缆3；
内定点式应变光缆2和温度感测光缆3至钢筋笼1：在钢筋笼1的制作过程中，将内定点式应变光缆2和温度感测光缆3上下对称的固定在钢筋笼1主筋上并保持内定点式应变光缆2和温度感测光缆3始终保持绷直状态；将内定点式应变光缆2和温度感测光缆3均沿着钢筋笼1U形分布，内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的首尾两端均延伸出钢筋笼1的同一个表面；在内定点式应变光缆2的弯折位置和温度感测光缆3的弯折位置套设弯头的PU管；将位于同一个钢筋笼1主筋的内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的外侧套设有加强钢管4；在将强钢管的外侧套设有PVC管6，PVC管6的另一侧套在变径接头5的外侧；
混凝土的浇注：将捆扎好内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的钢筋笼1一起浇筑至混凝土梁内，在此过程中，将加强钢管4固定在内定点式应变光缆2和温度感测光缆3伸出混凝土的位置；浇注完成后，等待混凝土养护成型；
大跨度混凝土梁的持续检测：混凝土梁养护期过后，利用引线光缆将内定点式应变光缆2和温度感测光缆3的信号引至光纤光缆解调仪7中，利用光纤光缆解调仪7对大跨度混凝土梁的内力、弯矩、挠度等物理量进行检测。
需要说明的是，本发明中的“上、下、左、右、内、外”是以图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。
以上所述的实施方式为优选实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特性进行等同替换，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：包括内定点式应变光缆、钢筋笼、光纤光缆解调仪；所述内定点式应变光缆绑扎在钢筋笼的主筋上且随着钢筋笼的主筋浇筑至混凝土梁内；所述内定点式应变光缆的端部延伸至混凝土梁的外部并接入光纤光缆解调仪；所述内定点式应变光缆包括光缆内芯、内定点FBG传感器、光缆护套、铠管、钢绞线；多个所述内定点FBG传感器密集均匀分布在光缆内芯；所述铠管将光缆内芯和多个内定点FBG传感器包裹在内；多股所述钢绞线缠绕在铠管外侧；所述光缆护套将缠绕了多股钢绞线的铠管包裹在内。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：所述钢筋笼主筋上还捆扎有温度感测光缆；所述温度感测光缆与内定点式应变光缆沿钢筋笼的主筋上下对称分布；所述温度感测光缆的纤芯通过GFRP材料封装且两者的外侧也包裹有光缆护套。
3.根据权利要求2所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：所述内定点式应变光缆沿着钢筋笼表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼的同一个表面伸出；所述温度感测光缆也沿着钢筋笼的表面成U形分布且首尾两端从钢筋笼中内定点式应变光缆的伸出平面伸出。
4.根据权利要求2所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：位于同一个钢筋笼主筋的所述内定点式应变光缆和温度感测光缆的首尾端部套设有加强钢管；所述加强钢管位于内定点式应变光缆和温度感测光缆伸出混凝土的位置；所述加强钢管远离钢筋笼内侧的端部通过PVC管与变径接头相连。
5.根据权利要求2所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：所述内定点式应变光缆和温度感测光缆的弯折位置均套设有弯头的PU管。
6.根据权利要求1所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置，其特征在于：相邻的两个所述内定点FBG传感器之间的间距为1m；单根所述内定点式应变光缆的内定点FBG传感器的个数小于等于2000个；所述内定点FBG传感器采用直接刻写方式，量程为0-20000με。
7.根据权利1-6所述的任意一项大跨度混凝土梁多点连续测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将光缆内芯的外侧按照间距1m来依次定点封装多个内定点FBG传感器，用铠管将光缆内芯和多个内定点FBG传感器包裹在内；在铠管的外侧缠绕多股钢绞线；最后光缆护套将铠管和缠绕的多股钢绞线包裹在内形成一根内定点式应变光缆；
S2：将温度感测光缆的纤芯通过GFRP材料封装加强，用光缆护套将缆芯和GFRP包裹在内形成一根温度感测光缆；
S3：在钢筋笼的制作过程中，将内定点式应变光缆和温度感测光缆上下对称的固定在钢筋笼主筋上并保持内定点式应变光缆和温度感测光缆始终保持绷直状态；将内定点式应变光缆和温度感测光缆均沿着钢筋笼U形分布，内定点式应变光缆和温度感测光缆的首尾两端均延伸出钢筋笼的同一个表面；将位于同一个钢筋笼主筋的内定点式应变光缆和温度感测光缆的外侧套设有加强钢管；在将强钢管的外侧通过PVC管与变径接头相连；
S4：将捆扎好内定点式应变光缆和温度感测光缆的钢筋笼一起浇筑至混凝土梁内，在此过程中，将加强钢管固定在内定点式应变光缆和温度感测光缆伸出混凝土的位置；浇注完成后，等待混凝土养护成型；
S5：混凝土梁养护期过后，利用引线光缆将内定点式应变光缆和温度感测光缆的信号引至光纤光缆解调仪中，利用光纤光缆解调仪对大跨度混凝土梁的内力、弯矩、挠度等物理量进行检测。
8.根据权利要求7所述的一种大跨度混凝土梁多点连续测量装置的测量方法，其特征在于：所述S3步骤还包括在内定点式应变光缆的弯折位置和温度感测光缆的弯折位置套设弯头的PU管。
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| CN112761195A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-07 | 中铁五局集团第五工程有限责任公司 | 一种基坑混凝土梁支护体裂纹监测装置及其监测方法 |
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