[发明专利]一种钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及混凝土构件监测，尤其涉及一种钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法。 

[背景技术]

随着高层建筑、大跨度空间结构、特大桥梁等重要建筑的不断出现以及人们对土木工程结构使用安全性、舒适性要求的不断提高，大型结构健康监测系统研究已经成为土木工程领域的一个研究热点。结构健康监测系统对避免人员财产损失、减少结构维修费用以及延长结构寿命、保证结构耐久性和实用性有着重要意义。 

混凝土结构中现存应力，是反映整个结构状况最重要的指标之一。由于在混凝土结构建设和使用过程中存在许多无法确定的因素，如施工误差、施工错误、混凝土徐变、预应力损失等，导致结构中混凝土应力与理论分析结果有一定差异，这就使得理论计算无法得出结构混凝土真实内力。传统的结构实验方法一般采用逐级加载的方法，测试对象为构件的位移和表面应变，再据此推算出应力。这类方法存在的问题是，无法实现对结构在长期使用过程中产生的非荷载因素引起额外的内力的原位监测。因此，需要提出一种可以更为直接地测量构件应力状态的方法。 

目前，监测混凝土应力的力传感器主要有机械式和电测式两类，这些传感器的基本原理是用弹性元件去感受力，弹性元件即发生与外力成对应关系的变形，用机械装置把这些变形按规律进行放大和显示即为机械式传感器，用电阻应变计把这些变形转变为电阻变化然后再进行测量的即为应变式传感器，还有 利用压电效应制成的压电式传感器。但是，不论是机械式还是电测式传感器，都是将传感器置于被测主体表面，传感器易受外在因素影响，无法准确地监测混凝土构件的应力变化状况，这对于结构长期使用过程中的应力监测影响尤为明显。 

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种监测效果好的钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法，有助于提高既有结构性能的检测技术水平，为实际工程中构件内力的确定提供一种新的手段。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法，传感器预埋入混凝土构件中，传感器电极方向与所测应力方向一致，用于将混凝土的应力变化转换成电信号，传感器通过屏蔽线接应力监测系统，应力监测系统用于记录应力监测信息。 

以上所述的钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法，传感器是埋入式1-3型水泥基压电陶瓷复合材料传感器。 

以上所述的钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法，应力监测系统为美国恩艾公司NI-USB6008数据采集卡的电信号采集系统。 

本发明将钢筋混凝土结构应力原位在线监测方法传感器预埋入混凝土构件中，传感器可以排除外在因素的影响，准确地监测混凝土构件的应力变化状况，本发明操作简单，可实现对混凝土结构应力时程的原位、实时和在线的监测，对进行混凝土试验研究具有重要的意义。 

[附图说明]

下面结合图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

图1a是本发明实施例1的结构示意图。 

图1b是图1中的A向剖视图。 

图2a是本发明实施例1传感器的立体结构示意图。 

图2b图2a中的B向剖视图。 

其中中，1、传感器，2、混凝土，3、屏蔽引线，4、监测系统,5、1-3型水泥基压电复合材料、6、聚合物/水泥封装材料 

图3a是本发明实施例1梁中传感器的平面布置示意图 

图3b是本发明实施例1梁中传感器的立面布置示意图。 

图4是本发明的水泥基压电复合材料的频率响应特性曲线。 

图5是本发明实施例1梁线性性能测试结果。 

其中，图5a是30cm处加载不同传感器的应力-荷载曲线；图5b是不同位置加载2#传感器的应力-荷载曲线。 

图6是本发明实施例2梁中冲击荷载作用下监测结果。 

其中，图6a是不同位置加载纵向分布传感器实验结果，图6b是不同位置加载斜向分布传感器实验结果。 

图7是本发明实施例2梁中部分周期荷载加载下测试结果。 

其中，图7a是1/2位置处加载1#传感器实验结果，图7b是1/4位置处加载7#传感器位置实验结果。 

图8是本发明实施例2梁中周期荷载作用下纵向分布传感器监测结果。 

其中，图8a是不同位置5Hz加载实验结果，图8b是1/2位置不同频率加载实验结果。 

图9是本发明实施例2梁中周期荷载作用下斜向分布传感器监测结果。