[发明专利]一种基于光纤传感的先张预应力筋应力传递长度监测装置及其监测方法

说明书

一种基于光纤传感的先张预应力筋应力传递长度监测装置，该监测装置包括固定支架、金属环片、检测光栅、传输光纤；预应力筋、固定支架、金属环片和检测光栅均设置在混凝土内；预应力筋的一侧或周围设有固定支架；金属环片设置在固定支架上；预应力筋从金属环片的中间穿过，金属环片与预应力筋间有间隙；检测光栅设置在金属环片上，通过传输光纤连接。本发明提供的监测装置，该装置设置在混凝土内，又不与预应力筋直接接触，能够实现准确、高精度监测预应力筋应力的传递长度，使用该装置误差小，精度高，并且能够长期监测预应力筋应力的传递长度的变化。

技术领域

本发明涉及一种预应力混凝土结构预应力传递长度的监测装置，具体为一种基于光纤传感技术的先张预应力混凝土结构预应力传递长度监测装置及监测方法，属于土木工程混凝土结构健康监测领域。

背景技术

自二战以来，预应力混凝土结构在世界范围内大量使用。相比传统的钢筋混凝土结构，预应力结构能有效改善混凝土的抗裂性能，提高结构刚度和强度，从而减小构件尺寸，减轻自重，并提高建筑物的使用空间。根据应力锚固形式的不同，预应力结构可以分为两类，先张预应力结构和后张预应力结构。先张预应力混凝土结构通过预应力筋和混凝土之间的粘结力实现应力的锚固，无需使用永久锚具，其施工方便，工程造价低，在我国中小跨径桥梁和房屋结构中应用广泛。

预应力传递长度是进行先张预应力混凝土结构设计时必须要确定的一个重要参数，直接影响结构的抗裂性能和承载能力，它是指预应力筋通过与混凝土间的粘结力，从其应力为零的端面发展到有效应力截面间的距离。应力传递长度受材料属性、钢绞线直径、应力水平以及放张方式等多因素影响，其准确预测具有较大难度。尽管欧美、加拿大以及我国等都给出了相应的规范计算公式，但在具体的表达式上依然存在一定差异。

目前，尚有大量学者致力于应力传递长度的相关研究，无法避免的涉及到应力传递长度的实际测量。现有的应力传递长度测定方法主要有两种，一是在预应力筋表面张贴应变片，二是在混凝土表面张贴应变片。通过预应力筋放张时应变片沿构件长度的变化取值进行推断。然而，这两种方法均存在一定的缺陷，测定精度难以控制。对于前者，预应力表面的应变片会影响其与混凝土间的粘结，进而破坏了预应力筋原有的应力传递机制；尤其是工程中常用的多丝捻制钢绞线，单丝的应变并不能完全表征预应力筋的整体受力性能，此类监测方法误差大，不能真实反映预应力筋应力传递长度。对于后者，由于混凝土截面远大于预应力筋，加之剪力滞效应的影响，混凝土表面应变改变量并不大，而且并不能直观反映预应力筋的应变变化，监测误差大，很难准确监测到预应力筋应力传递长度。

此外，应变片多具有耐腐蚀性差、易破损、难以连续观测等问题。因此，上述的基于应变数据的测定方法无法实现对应力传递长度的长期监测。混凝土老化、预应力筋应力松弛等因素影响下，预应力筋的有效应力以及预应力传递长度必然也是一个长期的动态发展过程，现有技术的方法很难准确、有效、长期的监测预应力筋应力传递长度及传递长度的变化。预应力筋预应力传递长度随时间的发展变化过程也是研究热点之一。目前，尚缺乏预应力筋应力传递长度高精度长期的监测设备。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于光纤传感的先张预应力筋应力传递长度监测装置，该装置设置在混凝土内，又不与预应力筋直接接触，能够实现准确、高精度监测预应力筋应力的传递长度，使用该装置误差小，精度高，并且能够长期监测预应力筋应力的传递长度的变化。

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种基于光纤传感的先张预应力筋应力传递长度监测装置。

一种基于光纤传感的先张预应力筋应力传递长度监测装置，该监测装置包括固定支架、金属环片、检测光栅、传输光纤。预应力筋、固定支架、金属环片和检测光栅均设置在混凝土内。预应力筋的一侧或周围设有固定支架。金属环片设置在固定支架上。预应力筋从金属环片的中间穿过，金属环片与预应力筋间有间隙。检测光栅设置在金属环片上。传输光纤的将所有检测光栅串联，并引出混凝土外部。