[发明专利]一种钢管混凝土拱肋脱粘自动化监测与预警系统

权利要求书

1.一种钢管混凝土拱肋脱粘自动化监测与预警系统，其特征在于，包括拱肋、传感器模块(1)、数据采集模块(2)、数据处理与分析模块(3)、预警值设置模块(4)及监控模块(5)，所述拱肋包括钢管(61)及混凝土(62)，所述混凝土(62)浇注在所述钢管(61)内；

所述传感器模块(1)设置在拱肋中的监测截面上，每一所述监测截面的传感器模块(1)包括混凝土应变计(11)、钢管应变计(12)及温度传感器(13)，所述混凝土应变计(11)设有多个，多个所述混凝土应变计(11)均间隔埋设在所述混凝土(62)内；所述钢管应变计(12)及所述温度传感器(13)分别设有一个，且均固定设于所述钢管(61)的外壁上；

所述监测截面包括位于所述拱肋的拱脚截面、1/4跨径截面及拱顶截面；

每一所述监测截面的所述混凝土应变计(11)设有五个，一个所述混凝土应变计(11)位于所述钢管(61)内轴心处，其余四个所述混凝土应变计(11)位于所述钢管(61)直径的两个正交方向上，且四所述混凝土应变计(11)沿径向等间距布置；所述数据采集模块(2)用于采集所述混凝土应变计(11)、所述钢管应变计(12)及所述温度传感器(13)的数据；

所述数据处理与分析模块(3)用于所述拱肋中所述钢管(61)内壁与所述混凝土(62)之间的径向粘结应力的计算，所述径向粘结应力的计算公式为：

式中，σ_b为所述钢管(61)内壁与所述混凝土(62)之间的径向粘结应力；α_s为钢管的线膨胀系数；μ_s为钢管的泊松比；E_s为钢管的弹性模量；b为所述钢管(61)的外径，a为所述钢管(61)的内径；

Δt_s为所述钢管(61)的表面温度差，且Δt_s＝t_s-t₀，其中t_s为所述温度传感器(13)所获得的所述钢管(61)的监测温度，t₀为所述温度传感器(13)所获得的所述钢管(61)的初始温度；

Δε_s为所述钢管(61)的轴向应变差值，且Δε_s＝ε_s-ε_s0，其中ε_s为所述钢管应变计(12)所获得的所述钢管(61)的监测轴向应变值，ε_s0为所述钢管应变计(12)所获得的所述钢管(61)的初始轴向应变值；

Δε_c为所述混凝土(62)的径向应变差值，且Δε_c＝ε_c-ε_c0，其中ε_c为所述混凝土(62)的监测径向应变平均值，ε_c＝(ε_c1+ε_c2+ε_c3+ε_c4+ε_c5+...+ε_cn)/n，ε_c1～ε_cn为通过多个所述混凝土应变计(11)分别采集获得的监测径向应变值；ε_c0为所述混凝土(62)的初始径向应变平均值，ε_c0＝(ε_c1,0+ε_c2,0+ε_c3,0+ε_c4,0+...+ε_cn,0)/n，ε_c1,0～ε_cn,0为通过多个所述混凝土应变计(11)分别采集获得的初始径向应变值；

所述预警值设置模块(4)用于预警值的设定；

所述监控模块(5)用于所述拱肋脱粘的监控，且包括脱粘警报子模块(51)，所述脱粘警报子模块(51)用于获取所述数据处理与分析模块(3)的数据及所述预警值设置模块(4)的数据，当所述数据处理与分析模块(3)中的所述钢管(61)内壁与所述混凝土(62)之间的径向粘结应力大于或等于所述预警值设置模块(4)中的预警值时，所述脱粘警报子模块(51)发出报警信息。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土拱肋脱粘自动化监测与预警系统，其特征在于：所述钢管应变计(12)及所述温度传感器(13)采用振弦式表面应变计。