[发明专利]复合型钢‑混凝土组合梁的制备方法、组合梁及监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木、交通等领域的梁桥监测领域,特别是一种复合型钢-混凝土组合梁的制备方法、组合梁及监测装置。

背景技术

型钢-混凝土组合梁是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构型式。它主要通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件(栓钉、槽钢、弯筋等)，抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使之成为一个整体而共同工作。型钢-混凝土组合梁以其承载能力强、自重轻(在同等强度与刚度的情况下，组合梁的截面比非组合梁小，梁高可以减少约10％)、材料省(相对于普通钢筋混凝土结构节省钢材约20％～40％)、抗震性能好和施工周期短等优良性能使得钢-混凝土组合结构在高层及超高层建筑、大跨桥梁、地下工程、矿山工程、港口工程以及组合加固和修复工程等方面显示着它广阔的应用前景。但实际工程中大量使用的柔性剪力连接件不存在完全刚性，因而组合梁交界面上的相对滑移是不可避免的。而滑移导致的组合梁截面承载力下降、截面曲率增大、产生附加变形等影响，称之为滑移效应，它是组合梁设计中需要考虑的重要影响因素。

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)是继高强、高性能混凝土(High Performance Concrete，简称HPC)后开发出的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的水泥基复合材料。它是DSP(Densified System containing ultra-fine Partciles)材料与纤维增强材料相复合的高技术混凝土。采用RPC相比于传统的普通钢筋混凝土，有着优异的力学性能(强度更高、韧性更大、耐久性更好)、自重轻(RPC梁的重量仅为钢筋混凝土梁的1/2～1/3)、极低的收缩和徐变性能(RPC基本徐变减少到普通混凝土或是高性能混凝土的10％左右)、优越的耐久性能和良好的经济效益，非常适合于大跨度的型钢-混凝土组合梁的应用中来。

目前，对型钢-混凝土组合梁滑移检测的方法主要有涡流法(eddy current)、声学(acoustic)或超声(ultrasonic)损伤检测技术和激光摄影(radiographic)技术等。但这些技术都存在价格昂贵、监测过程复杂、对监测人员经验技术要求比较高。而压电材料如PZT(错钛酸铅)具有价格低廉、良好的压电效应、易加工且稳定性好等优点，被土木工程结构监测领域所关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种复合型钢-混凝土组合梁的制备方法、组合梁及监测装置，提高型钢-混凝土组合梁的跨度，改善型钢-混凝土组合梁的力学性能，使型钢-混凝土组合梁不但可用于土木结构的新建结构，而且可以应用于型钢-混凝土组合梁的滑移监测。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种复合型钢-混凝土组合梁的制备方法，包括以下步骤：

1)用无水酒精将压电陶瓷片PZT的表面清洁干净，静置，待压电陶瓷片自然干燥后，在压电陶瓷片上焊接导线；

2)在复合型钢-混凝土组合梁的工字钢梁上翼缘上表面中心线位置处沿跨径方向开设多个凹槽，所述凹槽与压电陶瓷片PZT大小匹配并位于型钢-混凝土组合梁中剪力连接件位置中心；

3)将步骤1)处理后的压电陶瓷片PZT粘贴在型钢-混凝土组合梁的工字钢梁上翼缘上表面的凹槽内作为传感器，并用防水绝缘材料封装压电陶瓷片PZT，封装后在室温环境下固化一天；在RPC混凝土翼缘板浇筑RPC混凝土前，在剪力连接件两侧的RPC混凝土翼缘板内分别埋入作为驱动器的压电智能骨料SA，剪力连接件两侧的压电智能骨料SA沿型钢-混凝土组合梁中轴对称，且每个压电智能骨料SA下表面与RPC混凝土翼缘板下表面平齐；待所有压电智能骨料SA安装并固定后浇筑RPC混凝土；

4)通过剪力连接件将经3)处理后的工字钢梁与RPC混凝土翼缘板连成整体共同工作，组成基于压电陶瓷的复合型钢-混凝土组合梁。

步骤3)中，压电智能骨料SA的制备方法包括以下步骤：

1)制作内径尺寸为25mm×25mm×12mm的钢模，并且在制成的钢模底面设置15mm×15mm×0.2mm的凸台，将钢模清洗干净，在钢模表面涂抹油脂；

2)在经步骤1)制备好的钢模中注入配置好的水泥灌浆料，直至将模具填满，通过反复敲打钢模使水泥砂浆振捣密实，最后将水泥砂浆上表面抹平压实，在25℃的恒温下养护成型后，将成型的水泥砂浆块在钢模中放置3天，然后对成型的水泥砂浆块进行脱模处理，并将成型的水泥砂浆块用湿布包裹在恒温环境中继续养护14天，得到水泥壳体；