[发明专利]一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系

说明书

技术领域

本发明涉及安全监测及建筑结构材料领域，尤其是涉及一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系。

背景技术

预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法，特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此，后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用于大跨结构加固，以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。体外预应力技术由于具有施工方便、经济可靠，预应力筋（束）可以单独防腐甚至可以更换等特点，近年来，已被广泛应用于旧桥的加固工程中。众多的工程实践证明，利用体外预应力加固旧桥，能显著提高结构承载力和抗裂度，有效改善结构的应力状态。

预应力加固体系的预应力减少将产生不可避免的使得被加固结构产生抗力衰减，降低结构正常使用功能和抵抗自然灾害的能力，甚至引发灾难性后果。在进行加固结构安全评估时，过高的估计预应力，没有充分发挥预应力的实际作用；过低的考虑预应力，将给结构构件带来安全隐患，所以确定预应力的大小成为预应力混凝土结构的一个重要工作。

从预应力的测试方法来看，目前的手段无外乎粘贴应变片或振弦应变计测试钢绞线应变；在相应预应力混凝土中埋入钢筋计或振弦传感器测试混凝土应变，再反算钢绞线应力；采用压力环测试整体张力；液压千斤顶通过油表测试其整体外张力等。但是，由于布设工艺和传感器自身的缺陷以及方法的不足，针对实际工程应用的预应力损失长期监测技术，还处于起步阶段。增强纤维光纤布里渊和光纤光栅（FRP-BOTDA-FBG）传感筋的出现为解决预应力监测提供了必要手段。增强纤维光纤布里渊和光纤光栅传感筋充分结合光纤布里渊的全尺度分布式测试和光纤光栅的准分布式、高精度、采样频率高等优点，并采用FRP材料对传感元件进行封装，使得智能复合筋兼具受力与传感特性、集结构材料和功能材料于一体。因此针对后张预应力加固体系的特点，研制基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系显得十分迫切。

发明内容

本发明设计了一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系，其解决的技术问题是现有预应力加固体系无法兼顾加固和监测于一体，同时也没有考虑到固体系长期应用过程中温度肯定会变化的事实，最终导致得出的预应力钢绞线的力值与真实值存在偏差。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案： 

一种基于光纤光栅传感技术的后张预应力智能加固体系，包括智能钢绞线（1）、涂覆剂层（2）、护套（3）以及锚头，涂覆剂层（2）位于智能钢绞线（1）和环形护套（3）之间并且三者形成体外预应力智能钢绞线，体外预应力智能钢绞线端部通过锚头与被加固体系（6）连接，智能钢绞线（1）给被加固体系（6）施加的预加力，其特征在于：所述智能钢绞线（1）中设有光纤光栅传感器（11），光纤光栅传感器（11）分为监测光纤光栅传感器（111）和温度补偿光纤光栅传感器（112）；其中，监测光纤光栅传感器测量的对象是预应力钢绞线的应力，温度补偿光纤光栅传感器仅测量后张预应力智能加固体系的温度。

进一步，所述智能钢绞线（1）还包括光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）和多条边丝（13），光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）位于中心，围绕光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）缠绕的多条边丝（13）扭绞成型，所述光纤光栅传感器（11）贯穿光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）的轴向。

进一步，监测光纤光栅传感器（111）附着在光纤（14）表面并与光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）形成一体结构进行协同变形，温度补偿光纤光栅传感器（112）也附着在光纤（14）表面并且通过中空金属管（15）与光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）进行隔离不与光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）协同变形。

进一步，所述智能钢绞线（1）中进行信号传输的光纤（14）从锚头处随着所述智能钢绞线（1）自然引出，不额外增加施工工艺过程。

进一步，锚头包括锚垫板（4）和锚具（5），后张预应力智能加固体系通过锚垫板（4）与被加固体系（6）连接，锚具（5）将锚垫板（4）和后张预应力智能加固体系进行固定。

进一步，所述涂覆剂层（2）的材质为防腐剂。

进一步，光纤光栅纤维增强复合传感筋（12）表面还缠绕高延性铜箔片。