CN114263126A - 一种sma丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，首先测得应变传感器获得SMA丝材或筋材的应变值εs大于相应的阈值C1，其次判定SMA丝材或筋材的通电加热装置工作，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小；本发明通过判定SMA丝材或筋材的应变值与阈值的关系，达到智能控制的混凝土梁裂缝恢复目的，大大降低了人工修复的危险性，延长了混凝土梁的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及道路桥梁技术领域，一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法。
背景技术
混凝土梁的加固与修复通常采用压力灌浆、表面封闭、外贴碳纤维布或钢板，增大截面法等，均属于被动加固与修复方法，对混凝土梁的挠度回复有限，修复效果一般，效率低，操作危险性大。
在公开号为CN208151874U的专利文件中，公开了一种道路桥梁裂缝修复的加固装置，包括防水盖板、裂缝槽盖板和减震弹簧，裂缝槽盖板的底端设有若干固定头，裂缝槽盖板的顶端通过若干减震弹簧与防水盖板的底端接触连接，防水盖板底端的两边侧均设有脚板，防水盖板顶端的两个边侧均通过若干固定螺钉与异形槽的底部固定连接。该项专利的修复方式不具备多次修复的能力，其中的弹簧容易锈蚀，并且其桥梁的挠度难以控制。
在公开号为CN204139044U的专利中，公开了一种可修复的预应力混凝土T梁桥，包括T梁梁体、中横隔板和端横隔板。其中，所述的中横隔板、端横隔板分别采用带有体外预应力筋的转向块、锚固块：转向块为肋板式钢筋混凝土块或块式钢筋混凝土块，并且块内埋置导向管，导向管与T梁梁体的钢筋紧密连接；锚固块为在块内预留波纹管孔道的块式钢筋混凝土块，并且在锚固块与T梁梁体连接的位置设有角钢。该项专利中的修复主要靠体外预应力的转向块，修复的效率不高且没办法做到智能化。
综上所述，现有公开的相关专利中，混凝土梁的裂缝控制修复方法多为粘贴修补、表面封闭、外贴碳纤维布或钢板，增大截面法等，均属于被动加固与修复方法，不能很好地控制混凝土梁的裂缝宽度且适用性有限，效率不高，存在一定危险性。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种SMA应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，通过判定SMA丝材或筋材的应变值与阈值的关系，达到智能控制修补凝土梁的裂缝目的，大大降低了人工修复的危险性，提高了混凝土梁的使用寿命。
一种SMA应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，包括测得应变传感器获得SMA丝材或筋材的应变值εs大于相应的阈值C1，判定SMA丝材或筋材的通电加热装置工作，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小。
本发明具体实现的内容如下：
(1)将应变传感器紧贴于混凝土梁跨中的底部。
(2)将SMA丝材或筋材嵌入到混凝土梁底面，粘结牢固，两端采用锚具进行锚固。
(3)对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁底面应变传感器的数值εc。
(4)获得SMA丝材或筋材的应变εS。
(5)获得SMA丝材或筋材的应力σs
(6)建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系。
(7)确定阈值C1。
(8)判定并激发SMA丝材或筋材。
当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用。当所测εs<C1时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热。
优选的，测得应变传感器获得混凝土的应变值大于相应的阈值C1，包括以下步骤：
步骤1.1：将应变传感器紧贴于混凝土梁跨中位置处的底部。
步骤1.2：将SMA丝材或筋材嵌入到混凝土梁底面，粘结牢固，两端采用锚具进行锚固。
步骤1.3：获得混凝土梁跨中的底部应变值εc。对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁跨中位置处应变传感器的数值εc。
步骤1.4：获得SMA丝材或筋材的应变εS。认为SMA丝材或筋材的应变εS等于混凝土梁跨中位置处底面的应变εc，即εs＝εc。
步骤1.5：获得SMA丝材或筋材的应力σs；根据σs＝Esεs，ES为SMA的弹性模量。
步骤1.6：建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系；根据Wcr＝K1σS、σs＝EsεS和εs＝εc，得到Wcr＝K1ESεc；其中，K1是混凝土保护层厚度、SMA的直径、SMA的弹性模量的函数，即K1＝f(c,d,Es),c为混凝土的保护层厚度，d为SMA的直径，ES为SMA的弹性模量，以实际情况为准。
步骤1.7：确定阈值C1；根据步骤1.6，假设混凝土梁在破坏时对应的跨中位置处最大挠度为Wmax，由Wcr≤Wmax，可推得
因此，阈值
优选的，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，包括以下步骤：
步骤2.1：判定并激发SMA丝材或筋材；当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1即
时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用。
步骤2.2：判定并不激发SMA丝材或筋材；当所测所测εs<C1，即
时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热。
本发明的有益效果：
1、本发明中SMA丝材或筋材为的形状记忆合金；是一种智能材料，通过其与网络终端、通电加热装置等结合可以实现无需人工操作即可修复混凝土梁的工作，大大提供了提高了混凝土梁修复的效率，使桥梁的裂缝宽度维持在可控范围之内。
2、安全性高。本发明通过终端远程操控的方式，利用形状记忆合金SMA对混凝土梁施加回复力，减少了人工现场操作的风险，提高了混凝土梁修复的安全性。
3、适用面广泛；本发明可以适用于混凝土梁、钢梁及其他类型构件的挠度控制、修复。
附图说明
图1、本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本实施例公开了一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，通过以下途径实现：
(1)将应变传感器紧贴于混凝土梁跨中的底部。
(2)将SMA丝材或筋材嵌入到混凝土梁底面，粘结牢固，两端采用锚具进行锚固。
(3)对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁底面应变传感器的数值εc。
(4)获得SMA丝材或筋材的应变εS。
(5)获得SMA丝材或筋材的应力σs
(6)建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系。
(7)确定阈值C1。
(8)判定并激发SMA丝材或筋材。当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用。当所测所测εs<C1时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热。
所述的测得应变传感器获得SMA丝材或筋材的应变值εs大于相应的阈值C1，以I类(一般环境)环境为例，包括以下步骤：
(1)将应变传感器紧贴于混凝土梁跨中位置处的底部。
(2)将SMA丝材或筋材嵌入到混凝土梁底面，粘结牢固，两端采用锚具进行锚固。
(3)获得混凝土梁跨中的底部应变值εc。对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁跨中位置处应变传感器的数值εc。
(4)获得SMA丝材或筋材的应变εS。认为SMA丝材或筋材的应变εS等于混凝土梁跨中位置处底面的应变εc，即εs＝εc。
(5)获得SMA丝材或筋材的应力σs；根据σs＝EsεS，ES为SMA的弹性模量；
(6)建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系；根据Wcr＝K1σS、σs＝EsεS和εs＝εc，得到Wcr＝K1ESεc；其中，K1是混凝土保护层厚度、SMA的直径、SMA的弹性模量的函数，即K1＝f(c,d,Es),c为混凝土的保护层厚度，d为SMA的直径，ES为SMA的弹性模量，以实际情况为准。
(7)确定阈值C1。根据步骤(6)，假设混凝土梁在破坏时对应的跨中位置处最大挠度为Wmax，因为是I类环境(一般环境)，则可知Wmax＝0.2mm，所以由Wcr≤Wmax，可推得
因此，阈值
(8)其余环境情况Wmax的取值不同，以实际情况为准。
所述的判定SMA丝材或筋材的通电加热装置工作，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热到SMA的奥氏体相变温度，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，包括以下步骤：
(1)判定并激发SMA丝材或筋材。当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1即
时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用。
判定并不激发SMA丝材或筋材。当所测εs<C1，即
时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加加热。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将应变传感器紧贴于混凝土梁跨中的底部；
(2)将SMA丝材或筋材嵌入到混凝土梁底面，粘结牢固，两端采用锚具进行锚固；
(3)对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁底面应变传感器的数值εc；
(4)获得SMA丝材或筋材的应变εS；
(5)获得SMA丝材或筋材的应力σs；
(6)建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系；
(7)确定阈值C1；
(8)判定并激发SMA丝材或筋材；
当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用；当所测εs<C1时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热。
2.根据权利要求1所述的一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，其特征在于：
所述步骤3：获得混凝土梁跨中的底部应变值εc；对混凝土梁施加竖向荷载P，使混凝土梁底面伸长，测得混凝土梁跨中位置处应变传感器的数值εc；
步骤4：获得SMA丝材或筋材的应变εS；认为SMA丝材或筋材的应变εS等于混凝土梁跨中位置处底面的应变εc，即εs＝εc。
3.根据权利要求1所述的一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，其特征在于：所述步骤5：获得SMA丝材或筋材的应力σs；根据σs＝EsεS，ES为SMA的弹性模量；
步骤6：建立混凝土梁最大裂缝宽度Wcr与混凝土梁跨中位置处底面的SMA丝材或筋材的应力σs的关系；根据Wcr＝K1σS和σs＝EsεS，得到Wcr＝K1ESεs；其中，K1是关于混凝土保护层厚度、SMA的直径、SMA的弹性模量的函数，即K1＝f(c,d,Es),c为混凝土的保护层厚度，d为SMA的直径，ES为SMA的弹性模量，以实际情况为准；
步骤7：确定阈值C1；根据步骤6，假设混凝土梁在破坏时对应的跨中位置处最大挠度为Wmax，由Wcr≤Wmax，可推得
因此，阈值
4.根据权利要求1所述的一种SMA丝材或筋材应变智能控制混凝土梁裂缝阈值的方法，其特征在于：所述步骤8具体包括以下：
步骤8.1：
判定并激发SMA丝材或筋材；当所测的SMA丝材或筋材的应变εs≥C1即
时，激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热，产生回复应力，使混凝土梁的裂缝宽度减小，控制混凝土梁的裂缝宽度，恢复混凝土梁的正常使用；
步骤8.2：
判定并不激发SMA丝材或筋材；当所测所测εs<C1，即
时，则不激发SMA丝材或筋材通电加热装置对SMA丝材或筋材进行通电加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220401 |