[实用新型]一种实时监测混凝土结构动态稳定性的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种监测装置，具体来说是实时监测混凝土工程结构稳定性的装置。

背景技术

在高楼大厦、地铁隧道、车站、桥梁、大坝的各种建设中，都少不了使用混凝土材料。建成的混凝土工程，受静压(工程本身自重应力)和动压(如：来自载重火车、汽车的压力，大型商场或酒店经受密集活动人群的压力，水坝受洪水的冲击)的作用，常常发生混凝土工程或建筑物，由于受应力作用而导致发生破坏的重大恶性事故，给人命、财产造成了不可弥补的损失。

为了防止这类重大恶性事故的发生，对于钢筋混凝土工程，如地铁隧道、车站、大坝、桥梁及人员活动密集的高楼大厦等，其传统的安全性和稳定性监测方法是：混凝土浇灌前，在主要受力承载点的钢筋上，采用粘贴应力、应变片的方法，监测这些工程的稳定性。该方法虽然可以直接测量出应力和应变的变化情况，但一旦埋设，无法更改，如果元件失效了，就无法再继续测量了。而对于没有预埋应力、应变片的工程而言，则无法在工程的使用过程中进行该项监测工作。

钢筋混凝土工程的这种监测方法，只有在已经发生了明显破坏、出现塑性变形的情况下，才能检测到数据的变化，其无法进行早期预报或安全处理——很难及时地预测混凝土结构什么时间会发生冒顶、断裂事故，以及可能发生事故的区域和规模。即，其监测的仍然是应力作用的结果，而不是破坏过程，只有材料发生了塑性变化，才造成应力、应变的变化。

实用新型内容

为了弥补现有监测技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种实时监测混凝土结构动态稳定性的装置，能够连续、可靠地对钢筋、混凝土材料工程之稳定性，实施安全监测。

本实用新型的构思，来自煤矿大面积冒顶事故(冲击地压)监测原理的启发。矿井大面积冒顶事故的监测技术的原理为：岩石在受到矿山压力作用发生破坏时，会产生弹性应力波(微震信号)。由于岩石是非均质的脆性材料，结构上含有弱面、节理和瑕疵，因此，在相同矿山压力作用下，弱面和瑕疵发育的部分首先破坏，此时产生的微震信号比较弱，释放的能量也比较小(即岩层破坏的前兆信息)；强度和材质比较好的部分承受的应力比较大，破坏时产生的微震信号比较强，释放的能量也比较大(即发生事故前产生的信息)。利用岩石材料的这种特性而开发的实时监测矿井大面积冒顶的装置和分析方法，已经在煤矿逐渐进行了推广、应用。

钢筋混凝土构件是由一定比例的水泥、沙子、石块和钢筋混合、浇灌组成的材料。由于混凝土材料主要成份为沙子、石块，因此，与岩石材料存在着很大的相似性，同样具有均值性差，弱面多和瑕疵发育的特点，同时，在浇灌过程中由于搅拌、振动不充分，含有部分气孔；混凝土材料的这种特性提示我们，可以将煤矿取得的一些研究成果应用到混凝土材料工程中来。

钢筋混凝土构件与岩石除了有上述共性外，还有一些不同之处。钢筋混凝土材料比岩石材料的强度大得多，水泥的标号越高，混凝土构件承载性越强，发生破坏时，释放出的微震信号就越强；但前期破坏时，信号较弱。研究表明：随着水泥标号不同，混凝土材料发生破坏时释放出的微震信号主频在460Hz～930Hz范围内；由于混凝土材料发生破坏时释放出微震信号主频与岩石材料有很大的不同，因此，在矿井大面积冒顶监测中使用的微震信号传感元件不能使用在混凝土材料工程中，必须研发适合混凝土材料的微震信号传感元件。

混凝土工程监测所受的环境噪音信号与矿井环境噪音信号有很大的不同，他是一种动态噪音干扰的影响，如：桥梁受重载汽车通过时产生动态噪音信号；隧道或地铁当机车通过时产生的动态(产生噪音信号的位置是变化的、信号的强弱也是变化的)噪音信号；人员活动比较密集的商场、酒店，由于人员分布不均、运动产生的动态干扰信号。

研究表明：在集中应力作用下，任何材料的破坏都是从弱面或瑕疵开始，从微观的破坏，逐渐发展为明显的破坏，以致发生塌陷事故；这种混凝土材料在集中应力作用下发生的微观破坏对研究工程稳定性的专家而言十分重要，研发的仪器、仪表对早期的微观破坏发现的越早、准确性越高，该仪器、仪表的使用价值就越大，越能有效的避免重大恶性事故的发生；因此，研发该类仪器、仪表，一直是国内外科研人员奋斗的目标；但是，如何获取混凝土材料在应力作用下早期发生破坏释放出的十分微弱的微震信号，并滤除动态干扰信号，一直是困扰着国内、外研究者的一大难题。

本实用新型巧妙地将监测矿井大面积冒顶事故发生破坏的监测原理，运用到混凝土结构稳定性的监测中，并针对混凝土材料受应力作用发生破坏时产生的弹性应力波信号(微震信号)主频范围、且受动态环境噪音干扰的特点，设计出一种实时监测混凝土结构动态稳定性的装置。