[发明专利]BFRP模壳混凝土剥离损伤监测传感器布设结构及方法

说明书

本发明提出一种BFRP模壳混凝土剥离损伤监测传感器布设结构及方法，基于混凝土桥墩、设置在混凝土桥墩外围的BFRP膜壳、以及设置在混凝土桥墩和BFRP膜壳之间的不分散混凝土填充层，其特征在于，包括：不分散混凝土填充层内的智能骨料、BFRP膜壳外侧的PZT贴片、分别连接智能骨料和PZT贴片的信号激励和接收装置、以及连接信号激励和接收装置的上位机。具有传感灵敏、布设简单、安全可靠、测量范围大的优点，实现对加固混凝土桥墩剥离损伤的主动监测，从而实现混凝土桥墩加固后的全寿命健康监测，确保加固混凝土桥墩的安全施工和使用，具备很好的工程安全保障作用。

技术领域

本发明涉及混凝土桥墩加固领域，尤其涉及一种用于混凝土桥墩不排水快速加固的BFRP模壳混凝土剥离损伤监测的传感器布设及方法。

背景技术

桥梁水下结构的使用条件和环境较之水上结构更加恶劣。例如：水下较高的静态应力和疲劳应力、河水冲刷、船舶碰撞、浮冰及地震袭击、环境荷载和桥梁上部结构传递的工作荷载等，均易导致桥梁水下结构形成各类损伤缺陷，且不易被发现，关系到桥梁承载能力与耐久性降低，严重危及行车安全和桥梁的寿命。传统上，水下结构加固需水下设备或使用临时钢板桩围堰，这些方法都需要耗费大量的时间和费用，且施工过程中占用航道空间，社会影响大。为了克服上述不足，不排水快速加固技术应运而生。

不排水快速加固技术是由环氧树脂粘贴和张拉6层BFRP（玄武岩纤维复合材料）布，利用不锈钢板进行螺栓连接组合而成的膜壳，环向围住待加固的混凝土桥墩，上下各留20mm的未加固端，环向预留40mm空隙浇筑水下不分散混凝土进行加固。将工业化生产的高耐久性预制BFRP模壳围绕待加固桥墩进行拼装，对模壳内部预留的预应力筋进行张拉、锚固及防腐处理，以取得预紧模壳环向约束的效果，最后用水下不分散混凝土对待加固桥墩与模壳之间的缝隙进行灌缝。这种加固方法为水下结构加固创造了干燥的作业环境，其加固工作与陆上无异，工作环境和安全性改善，施工的质量具有可靠保证。尤其是我国许多桥墩底部设置连梁的结构加固常常存在一定困难，混凝土桥墩不排水快速加固技术利用BFRP模壳作为加固时填充材料的模板，节省钢材用量，由于现场快速拼装，加固速度快，采用不分散混凝土填充，属于无排水施工，在工期与费用方面相对于传统方法具有较显著的减小。

对于出现损伤的桥梁结构，采取适当的加固处理措施，可使结构一定程度上恢复原有可靠度，并延长使用寿命。从实际工程来看，加固桥墩的破坏由模壳与填充混凝土发生剥离，而导致加固桥墩的早期破坏。这类破坏是脆性破坏，破坏发生很突然，没有预兆，并且隐藏在水下，所以当模壳与混凝土出现剥离等问题时很难直接观察到。

混凝土桥墩不排水快速加固中，BFRP模壳及填充混凝土作为外围保护结构用来修复和提升桥墩的承载力，和主体结构共同受力。如若出现剥离损伤，将会影响桥墩的安全使用，给人们的生命财产造成重大威胁。

在现有技术当中，对纤维复合材料加固结构进行剥离损伤监测的方法很多，如光纤法、超声检测法等，但光纤抗剪能力差，传感测试系统价格昂贵，超声法需要耦合介质使声波透入被测物，对操作条件和操作人员的技术水平要求较高。BFRP模壳加固桥墩在水下，环境隐蔽、复杂的特点使得这些方法不可能快速且高效地对加固混凝土桥墩进行剥离损伤监测。

发明内容

本发明通过安装压电智能传感器实现对BFRP模壳与加固混凝土剥离损伤情况在线实时监测，确保加固混凝土桥墩的安全使用。采用压电陶瓷传感器用于混凝土桥墩不排水快速加固的BFRP模壳混凝土剥离损伤监测，具有体积小、能耗低、灵敏度高、响应快、成本低廉、可按照需要埋入结构最易发生损伤的位置、也便于外贴布置等优点，由其布设和构成的结构健康监测方法能够在线实时灵敏的监测到BFRP模壳和混凝土剥离损伤情况，对结构的正常使用提出预警，为混凝土桥墩在水下环境中安全工作提供技术支持。

本发明具体采用以下技术方案：