[发明专利]折线配筋T梁的光纤Bragg光栅应力测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种折线配筋T梁的应力测量技术，具体涉及一种测量折线配筋T梁钢绞线的锚固端总体拉拔力及梁内混凝土的应力、应变的光纤Bragg光栅的分布式测量方法。属光电子测量技术领域。 

背景技术

T形截面梁在中、小跨径公路桥梁中应用较为广泛，桥梁工程T梁采用折线配筋可以使接近锚固端的部分混凝土受预剪力的作用，不但控制梁端斜裂缝的出现，而且可以使结构外载荷先抵消混凝土预应力，该预应力由锚头锚板施加，可间接提高混凝土抗拉强度。 

在混凝土内部，钢绞线张拉预加应力后，因为摩擦损失和横向应力分散，各部分混凝土的应力分布并不均匀，如在较大跨度和非圆润弯曲和非对称形态结构构件中，各部位混凝土受力状态可能有较大差别。当混凝土拉压应变超越极限破坏载荷下，混凝土拉应变230、压应变1700的极限应变后混凝土就会开裂。一般地，纵向受拉预应力筋最大应变变化不小于3.5％，由于其测量范围太大，无法将光纤Bragg光栅直接粘贴在钢绞线上。 

与本专利最接近的材料是王中仓撰写的“鄄城黄河大桥钢绞线张拉及放张过程施工监测”《科技创新导报》2009年第28期，69～70。其中，利用电阻应变片获取混凝土内单根钢绞线的张拉应力。由于预应力钢绞线的整体拉拔力由外露端钢绞线由夹片施加给锚板，其方法只能反映单根局部应力应变，不能完全反应钢绞线整体拉拔力大小。电阻应变片属于相对测量法，获取的是被测参量的变化量，难以实现长期稳定测量。 

发明内容

本发明的目的是利用光纤Bragg光栅提供一种测量折线配筋T梁钢绞线的锚固端总体拉拔力及梁内混凝土的应力、应变的测量方法。 

实现本发明专利目的所采取的技术方案是：在各束钢绞线外露锚固端，总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板；预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处，将光纤Bragg光栅粘贴在锚板外表面，将锚板处的应变量转换成光纤Bragg光栅的波长移位，光纤Bragg光栅通过光纤与信号处理装置连接，利用信号处理装置的解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值；锚头部位钢绞 线总体拉拔力测量和混凝土内配筋钢绞线折线起始点，过弯曲线中点，过弯曲线终点，预制T梁中点处的混凝土应变量测量。 

将锚板(23)经紧固孔(24)紧固在混凝土梁上，锚头部位钢绞线(26)整体拉拔力由夹片(22)传递给带圆孔的圆柱形锚板(23)，将1只光纤Bragg光栅(21)沿轴向粘贴于圆形锚板外壁上，光纤Bragg光栅(21)信号再通过光纤(27)引出测量总体拉拔力，锚板轴向受力产生微小变形，该应变被粘贴在其外壁上的光纤Bragg光栅(21)所测量。 

梁内混凝土的应力、应变的测量选择混凝土配筋应力损失较重要的4个测点，光纤光栅(31)粘贴于开孔内管(32)，开孔内管(32)通过螺纹利用法兰与外管(33)连接，外管紧固于波纹管(35)内的混凝土，传感器由钢绞线(35)牵引至测点；当混凝土预制T梁受到载荷作用时，混凝土产生微小变形，该变形量被4个应变传感结构的光纤Bragg光栅所测量。 

工作原理是，在锚头部位总体拉拔力由卡片夹紧钢绞线施加给圆形锚板。预应力钢绞线的轴力峰值在端头锚板处，当钢绞线总体拉拔力发生变化时引起粘贴在圆形锚盘外壁上的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。在T梁混凝土内部，将应变传感结构牵引至配筋过弯位置，用混凝土灌浆浇注在波纹管内。混凝土受到荷载作用产生拉压应变，该应变量被粘贴在应变传感结构内管上的光纤Bragg光栅所测量。 

本发明专利的数学模型如下： 

(1)折线配筋外露端锚板总体拉拔力的测量 

当折线配筋钢绞线在混凝土结构体受轴向拉、压力时，将力传递给圆形锚板，其所受压应力为： 

σ=FA---(1)]]>

式中，A为圆形锚板的截面积。根据胡克定律，轴向拉力σ与弹性体应变ε的关系为可表示为： 

σ＝Eε        (2) 

式(2)中，E为圆形锚板的弹性模量。将(2)式代入(1)式可得拉拔力为： 

F＝EAε        (3)