一種后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼絞線銹蝕監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼絞線銹蝕監(jiān)測方法,該方法取與鋼絞線所用同牌號高強(qiáng)鋼絲在中部進(jìn)行切割,形成矩形薄片截面;取矩形截面的寬度方向的一個(gè)側(cè)面作為銹蝕監(jiān)測面,沿鋼絲截面高度方向距銹蝕監(jiān)測面的不同高度位置設(shè)置連續(xù)的應(yīng)變測點(diǎn),采用聚酯材料封裝除銹蝕監(jiān)測面外的三個(gè)側(cè)面;對中間鋼絲薄片施加等于實(shí)際監(jiān)測鋼絞線的張拉控制應(yīng)力并錨固在輔助框架上,鋼絲薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài);將銹蝕監(jiān)測裝置放入預(yù)埋預(yù)應(yīng)力鋼絞線套管內(nèi)靠近錨固端位置或彎矩最大位置,注漿硬化后銹蝕監(jiān)測裝置與結(jié)構(gòu)形成整體;方法具有靈敏性高、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn),對鋼絞線銹蝕實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測,避免了混凝土內(nèi)各種離子、雜散電流對鋼絞線表面微環(huán)境的破壞。
【專利說明】一種后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼絞線銹蝕監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù),尤其是涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù),應(yīng)用于后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失與鋼絞線銹蝕長期監(jiān)測或定期檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)及存在問題:從化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)上來看,鋼絞線的含碳量大,微電池銹蝕的陰極多,因而銹蝕傾向顯著;鋼絞線發(fā)生局部銹蝕將使其抗拉承載力受到嚴(yán)重削弱,這對正常工作狀態(tài)下處于較高應(yīng)力狀態(tài)的鋼絞線而言會產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞,因此對鋼絞線銹蝕進(jìn)行長期監(jiān)測十分重要。但目前對鋼絞線銹蝕監(jiān)測的方法或傳感器設(shè)計(jì)相對缺乏,現(xiàn)有技術(shù)主要有兩類方法:(I)采用混凝土墊層和布里淵光纖纏繞的方法對鋼絞線受腐蝕膨脹進(jìn)行監(jiān)測,但存在銹蝕產(chǎn)物膨脹受周圍混凝土約束,導(dǎo)致初期難以監(jiān)測或靈敏度較差的現(xiàn)象,且光纖纏繞影響了離子和水分的滲入,不能保證腐蝕條件與真實(shí)情況一致;(2)現(xiàn)場檢測技術(shù),X射線法、半電池電位法等一系列運(yùn)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕監(jiān)測的現(xiàn)場檢測技術(shù)都可以運(yùn)用于鋼絞線的銹蝕監(jiān)測。但這些方法存在許多不足,電化學(xué)方法受到混凝土內(nèi)環(huán)境或各種離子干擾,實(shí)測數(shù)據(jù)與真實(shí)情況差別較大,人工檢測采用的物理方法無法準(zhǔn)確監(jiān)測鋼絞線銹蝕的初始時(shí)間,且不適合頻繁的檢測,因此不適合進(jìn)行長期在線監(jiān)測應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的解決后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼絞線初始銹蝕時(shí)間與銹蝕程度的長期在線監(jiān)測,并可監(jiān)測結(jié)構(gòu)長期預(yù)應(yīng)力損失,通過構(gòu)造鋼絲薄片處于平面應(yīng)力狀態(tài),并預(yù)留銹蝕監(jiān)測面實(shí)現(xiàn)對后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼絞線初始銹蝕時(shí)間和銹蝕程度的定量監(jiān)測。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的,提出以下技術(shù)方案:
[0005]一種后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)鋼絞線銹蝕監(jiān)測方法,所述監(jiān)測方法包括步驟:
[0006]I)取與鋼絞線所用同牌號高強(qiáng)鋼絲在中部進(jìn)行切割,形成矩形薄片截面,該薄片作為傳感元件;
[0007]2)取矩形截面的寬度方向的一個(gè)側(cè)面作為銹蝕監(jiān)測面(8),沿鋼絲截面高度方向的兩側(cè)面不同高度設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4);
[0008]3)對銹蝕監(jiān)測面之外的其它3個(gè)表面采用聚酯材料進(jìn)行防腐保護(hù),聚酯材料與鋼絲間采用防腐處理;
[0009]4)將該薄片與輔助框架連接形成銹蝕監(jiān)測裝置,對中間鋼絲薄片施加預(yù)拉應(yīng)力,其中銹蝕監(jiān)測鋼絲薄片初始預(yù)拉應(yīng)力等于實(shí)際監(jiān)測鋼絞線的張拉控制應(yīng)力;
[0010]5)鋼絲薄片錨固后通過銹蝕監(jiān)測裝置兩側(cè)橫梁作用上下邊框產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài);
[0011]6)張拉結(jié)束后,在注漿前將銹蝕監(jiān)測裝置放入鋼絞線套管內(nèi)靠近錨固端位置、彎矩最大位置或其他待監(jiān)測部位,設(shè)置銹蝕監(jiān)測面朝向侵蝕離子侵入方向;
[0012]7)注漿凝固硬化后銹蝕監(jiān)測裝置與結(jié)構(gòu)形成整體,銹蝕監(jiān)測裝置可與結(jié)構(gòu)整體一起變形;
[0013]8)通過鋼絲薄片截面不同高度處連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù),判斷預(yù)應(yīng)力鋼絞線初始銹蝕時(shí)間;通過相應(yīng)程序計(jì)算銹蝕程度與銹蝕速率;根據(jù)未銹蝕截面上連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)長期的應(yīng)變變化判斷結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力損失。
[0014]所述銹蝕監(jiān)測裝置(13)包括框架(I)、中部鋼絲薄片(2)和鋼絲錨具(7),在鋼絲薄片截面高度方向距所述銹蝕檢測面(8)不同高度處設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)并通過鋼絲錨具(7)安裝在框架(I)中,所述鋼絲錨具(7)對中部鋼絲薄片(2)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固。
[0015]所述銹蝕監(jiān)測裝置(13)埋設(shè)前,其框架(I)的上下邊框、兩側(cè)橫梁與鋼絲錨具需做防腐處理,防止使用過程發(fā)生腐蝕;其中部鋼絲薄片(2)與左右橫梁接觸部位需做電隔離(絕緣)處理,避免發(fā)生異金屬電偶腐蝕。
[0016]所述連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)高空間分辨率分布式光纖,通過高性能膠水粘貼在預(yù)應(yīng)力中部鋼絲薄片(2)截面上,通過傳輸光纖與相應(yīng)解調(diào)儀連接。
[0017]所述連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)上靠近鋼絲錨具(7)處預(yù)留一段光纖不與預(yù)應(yīng)力鋼絲薄片
(2)粘貼,用于監(jiān)測溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0018]所述分布式應(yīng)變測點(diǎn)(4)采用一系列鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組,所述每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10個(gè)應(yīng)變測量片和I個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償片。
[0019]所述鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)應(yīng)變片柵長0.6_,相鄰應(yīng)變片中心距1_,通過高性能膠水粘貼在預(yù)應(yīng)力中部鋼絲薄片(2)截面上的不同高度處,所述應(yīng)變片組通過焊接端子和導(dǎo)線與相應(yīng)的應(yīng)變儀連接,連續(xù)監(jiān)測長度方向上各測點(diǎn)的平均應(yīng)變。
[0020]本方法實(shí)現(xiàn)了對后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測與鋼絞線的銹蝕監(jiān)測,不受周圍混凝土內(nèi)各種離子等環(huán)境因素的影響,銹蝕監(jiān)測面與實(shí)際監(jiān)測位置鋼絞線銹蝕情況一致,中部鋼絲薄片處于平面應(yīng)力狀態(tài),局部銹蝕后形成應(yīng)力集中,根據(jù)連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)的應(yīng)變變化實(shí)現(xiàn)對鋼絞線的初始銹蝕時(shí)間及銹蝕程度的監(jiān)測。方法具有靈敏性高、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)鋼絞線銹蝕進(jìn)行長期、定量監(jiān)測,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失的長期監(jiān)測,避免了混凝土內(nèi)各種離子、溫度、含水率、雜散電流的影響,避免對鋼絞線表面微環(huán)境的破壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1銹蝕監(jiān)測裝置示意圖;
[0022]圖2銹蝕監(jiān)測鋼絲薄片截面圖;
[0023]圖3鋼絲薄片上應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖。
[0024]圖4銹蝕監(jiān)測裝置布置位置示意圖
[0025]I輔助框架、2中部鋼絲薄片、3混凝土、4連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)、5聚酯材料護(hù)套、6防腐層、7鋼絲錨具、8銹蝕監(jiān)測面、9鋼絞線錨具、10套管、11鋼絞線、12混凝土構(gòu)件、13銹蝕監(jiān)測裝置
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1:選取與鋼絞線所用同牌號的高強(qiáng)鋼絲,截取一定長度并切割形成矩形薄片截面如圖2、3所示,中部鋼絲薄片上不同高度處布置連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)(圖2、3所示),連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)采用高空間分辨率分布式光纖(單模光纖),通過高性能膠水粘貼在不同截面高度處,通過傳輸光纖與相應(yīng)光纖解調(diào)儀連接,高空間分辨率分布式光纖可連續(xù)監(jiān)測長度方向上(圖3所示),每毫米長度上的平均應(yīng)變,靠近鋼絲錨具處預(yù)留一段光纖不與鋼絲薄片粘貼,用于監(jiān)測溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償(下文監(jiān)測應(yīng)變均為補(bǔ)償后應(yīng)變),采用聚酯材料封裝其三個(gè)表面,僅保留一個(gè)端面作為銹蝕監(jiān)測面(8)(如圖2所示),通過兩端鋼絲錨具對鋼絲進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載與錨固,通過連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測實(shí)際加載應(yīng)力,鋼絲薄片張拉應(yīng)力等于監(jiān)測鋼絞線的張拉控制應(yīng)力,鋼絲薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài)。在后張預(yù)應(yīng)力張拉后孔道注漿前將其布置于鋼絞線套管內(nèi)靠近錨固端位置、彎矩最大位置或其他待監(jiān)測部位,銹蝕監(jiān)測面朝向侵蝕離子侵入方向,注漿凝結(jié)硬化后與結(jié)構(gòu)形成整體。由于鋼絲薄片三個(gè)面受到聚酯材料的保護(hù),銹蝕監(jiān)測面雖然與砂漿接觸,但接觸面積較小,可不考慮砂漿的粘結(jié)作用,在結(jié)構(gòu)服役過程中一旦銹蝕監(jiān)測面發(fā)生局部銹蝕,鋼絲薄片局部銹蝕區(qū)域形成應(yīng)力集中,局部應(yīng)變發(fā)生突變,靠近該位置的高空間分辨率分布式光纖與該區(qū)域共同變形,因此應(yīng)變信號發(fā)生突變,在銹蝕區(qū)域不同截面高度上應(yīng)變變化不同,越靠近銹蝕區(qū)域的應(yīng)變變化越大,同一截面高度未發(fā)生銹蝕部位的應(yīng)變變化很小,可根據(jù)鋼絲薄片不同高度處連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化采用相應(yīng)計(jì)算程序計(jì)算該區(qū)域預(yù)應(yīng)力鋼絞線的初始銹蝕時(shí)間和銹蝕程度。未腐蝕區(qū)域不同截面上分布式光纖應(yīng)變測點(diǎn)長期應(yīng)變變化可用于評估結(jié)構(gòu)的長期預(yù)應(yīng)力損失情況。
[0028]實(shí)施例2:選取與鋼絞線所用同牌號的高強(qiáng)鋼絲,截取一定長度并切割形成矩形薄片截面如圖2、3所示,中部鋼絲薄片上不同高度處布置連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)(圖2、3所示),連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)采用鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組(如HBMKYl 1-1/120),每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10個(gè)測量片,I個(gè)溫度補(bǔ)償片用于溫度補(bǔ)償(下文監(jiān)測應(yīng)變均為補(bǔ)償后應(yīng)變),單個(gè)應(yīng)變片柵長
0.6_,相鄰應(yīng)變片中心距1_,通過高性能膠水粘貼在不同截面高度處,通過焊接端子、導(dǎo)線與應(yīng)變儀連接,鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組可連續(xù)監(jiān)測長度方向上(圖3所示)各測點(diǎn)的平均應(yīng)變,測點(diǎn)間距1mm,采用聚酯材料封裝其三個(gè)表面,僅保留一個(gè)端面作為腐蝕監(jiān)測面(8)(如圖2示),通過連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測實(shí)際加載應(yīng)力,鋼絲薄片張拉應(yīng)力等于監(jiān)測鋼絞線的張拉控制應(yīng)力,鋼絲薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài)。在后張預(yù)應(yīng)力張拉后孔道注漿前將其布置于鋼絞線套管內(nèi)靠近錨固端位置、彎矩最大位置或其他待監(jiān)測部位,銹蝕監(jiān)測面朝向侵蝕離子侵入方向,注漿凝結(jié)硬化后與結(jié)構(gòu)形成整體。由于鋼絲薄片三個(gè)面受到聚酯材料的保護(hù),銹蝕監(jiān)測面雖然與砂漿接觸,但接觸面積較小,可不考慮砂漿的粘結(jié)作用,在結(jié)構(gòu)服役過程中一旦腐蝕監(jiān)測面發(fā)生局部銹蝕,鋼絲薄片局部銹蝕區(qū)域形成應(yīng)力集中,局部應(yīng)變發(fā)生突變,靠近該位置的鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組與該區(qū)域共同變形,因此應(yīng)變信號發(fā)生突變,在銹蝕區(qū)域不同截面高度上應(yīng)變變化不同,越靠近銹蝕區(qū)域的應(yīng)變變化越大,同一截面高度未發(fā)生銹蝕部位的應(yīng)變變化很小,可根據(jù)鋼絲薄片不同高度處連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化采用相應(yīng)計(jì)算程序計(jì)算該區(qū)域預(yù)應(yīng)力鋼絞線的初始銹蝕時(shí)間和銹蝕程度。未腐蝕區(qū)域不同截面上鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組測點(diǎn)長期應(yīng)變變化可用于評估結(jié)構(gòu)的長期預(yù)應(yīng)力損失情況。
[0029]以上所述的具體實(shí)施例,對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼絞線銹蝕監(jiān)測方法,其特征在于,所述監(jiān)測方法包括步驟: 1)取與所用鋼絞線同牌號高強(qiáng)鋼絲在中部進(jìn)行切割,形成矩形薄片截面,該薄片作為傳感元件; 2)取矩形截面寬度方向的一個(gè)側(cè)面作為銹蝕監(jiān)測面,沿鋼絲切割高度方向的截面的不同高度位置設(shè)置連續(xù)的應(yīng)變測點(diǎn); 3)對鋼絲銹蝕監(jiān)測面之外的其它3個(gè)表面采用聚酯材料進(jìn)行防腐保護(hù),聚酯材料與鋼絲間采用防腐處理; 4)將該薄片與輔助框架連接形成銹蝕監(jiān)測裝置,對中間鋼絲薄片施加預(yù)拉應(yīng)力并錨固在輔助框架上,其中銹蝕監(jiān)測鋼絲薄片初始預(yù)拉應(yīng)力等于實(shí)際監(jiān)測鋼絞線的張拉控制應(yīng)力; 5)鋼絲薄片錨固后通過銹蝕監(jiān)測裝置兩側(cè)橫梁作用上下邊框產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,鋼絲薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài); 6)預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉結(jié)束后,在注漿前將銹蝕監(jiān)測裝置放入鋼絞線套管內(nèi)靠近錨固端位置、彎矩最大位置或其他待監(jiān)測部位,設(shè)置銹蝕監(jiān)測面朝向侵蝕離子侵入方向; 7)注漿凝結(jié)硬化后銹蝕監(jiān)測裝置與結(jié)構(gòu)形成整體,銹蝕監(jiān)測裝置可與結(jié)構(gòu)整體一起變形; 8)通過鋼絲薄片截面不同高度處連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù),判斷鋼絞線初始銹蝕時(shí)間;通過相應(yīng)程序計(jì)算銹蝕程度與銹蝕速率;根據(jù)未銹蝕截面上連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)長期的應(yīng)變變化判斷結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述銹蝕檢測裝置(13)包括框架(I)、中部鋼絲薄片(2)和鋼絲錨具(7),在距所述銹蝕監(jiān)測面(8)不同高度處設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)并通過鋼絲錨具(7)安裝在框架(I)中,所述鋼絲錨具(7)對中部鋼絲薄片(2)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固,在除銹蝕監(jiān)測面(8)以外的三個(gè)表面采用聚酯材料護(hù)套(5),鋼絲薄片與聚酯材料護(hù)套(5)間設(shè)置防腐層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)為高空間分辨率分布式光纖,通過高性能膠水粘貼在預(yù)應(yīng)力中部鋼絲薄片(2)截面上,沿縱向不同截面高度處,并通過傳輸光纖與相應(yīng)解調(diào)儀連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述連續(xù)應(yīng)變測點(diǎn)(4)上靠近鋼絲錨具(7)處預(yù)留一段光纖不與預(yù)應(yīng)力鋼絲薄片(2)粘貼,用于監(jiān)測溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述銹蝕監(jiān)測裝置(13)埋設(shè)前,其框架(I)的上下邊框、兩側(cè)橫梁與鋼絲錨具需做防腐處理,防止使用過程發(fā)生腐蝕;其中部鋼絲薄片(2)與左右橫梁接觸部位需做電隔離(絕緣)處理,避免發(fā)生異金屬電偶腐蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述分布式應(yīng)變測點(diǎn)(4)采用一系列的鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組,所述每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10個(gè)應(yīng)變測量片和I個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)應(yīng)變片柵長0.6mm,相鄰應(yīng)變片中心距1mm,通過高性能膠水粘貼在預(yù)應(yīng)力鋼絲薄片(2)截面上的不同高度處,所述應(yīng)變片組通過焊接端子和導(dǎo)線與相應(yīng)的應(yīng)變儀連接,連續(xù)監(jiān)測長度方向上各測點(diǎn)的平均應(yīng)變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)測方法,其特征在于,所述銹蝕監(jiān)測裝置(13)埋設(shè)前,其框架(I)的上下邊框、兩側(cè)橫梁與鋼絲錨具需做防腐處理,防止使用過程發(fā)生腐蝕;其中部鋼絲薄片(2)與左右橫梁接觸部位需做電隔離(絕緣)處理,避免發(fā)生異金屬電偶腐蝕。
【文檔編號】G01N17/00GK104198366SQ201410441443
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】蘭成明, 肖珣, 孫冬柏, 李惠 申請人:北京科技大學(xué)