[发明专利]基于光纤传感的钢筋混凝土腐蚀疲劳试验方法及其装置

权利要求书

1.基于光纤传感的钢筋混凝土腐蚀疲劳试验方法，包括以下步骤：

1)浇筑钢筋混凝土梁及布置光纤光栅传感器：绑扎钢筋骨架，在梁跨中截面的纵向受弯钢筋环向缠绕一圈光纤光栅应变传感器，用于监测钢筋的锈蚀情况；在梁跨中截面附近沿纵向受弯钢筋轴向粘贴光纤光栅应变传感器和用于温度补偿的光纤光栅温度传感器，用于监测钢筋的应力变化情况；在梁跨中截面附近沿纵向受弯钢筋轴向布置光纤光栅PH值传感器，用于监测钢筋表面的PH值变化情况；在纵向受弯钢筋上焊接一根与其竖向正交的构造钢筋并等间距布置光纤光栅氯离子浓度传感器，用于监测氯离子浓度随深度的变化情况；将绑扎好的钢筋骨架放入模板并浇筑混凝土，待养护完成后，在梁跨中截面外侧沿竖向等间距布置光纤光栅应变传感器和用于温度补偿的光纤光栅温度传感器，用于监测混凝土的应力变化情况；

2)安装钢筋混凝土梁：将经步骤1)配置光纤光栅传感器的钢筋混凝土梁放置于腐蚀槽内的两个简支支座上，保证钢筋混凝土梁的下表面与简支支座的上垫板紧密贴合，二者之间不产生滑移；按照四点弯曲加载方式布置上层简支支座：在钢筋混凝土梁顶面的两个四分点处放置两个简支支座，将荷载分配梁放置于上层简支支座上，并在荷载分配梁上表面固定液压千斤顶；

3)电源连接：用导线将直流稳压电源的正极与钢筋混凝土梁的外伸纵向受弯钢筋连接，负极与浸入电解质溶液内的不锈钢板连接，形成可以控制腐蚀速率的回路，用于加速腐蚀试验；

4)注入电解液：在腐蚀槽内注入3％～5％的氯化钠溶液，溶液高度完全浸没外伸纵向受弯钢筋；

5)试验数据采集：同时进行加速腐蚀和钢筋混凝土梁的疲劳加载试验，并对传感器进行数据采集与存储。

2.按照权利要求1所述的试验方法构建的装置，其特征在于：待测钢筋混凝土梁、荷载分配梁、支撑装置、上端敞口的腐蚀槽、液压千斤顶、监测装置、直流稳压电源；

所述的腐蚀槽内底板放置不锈钢板、腐蚀槽内装有用于浸没待测钢筋混凝土梁纵向受弯钢筋的3％～5％电解液；

所述的支撑装置包括上层支撑和下层支撑，所述的上层支撑和所述的下层支撑分别位于待测钢筋混凝土梁的上下表面，所述的下层支撑的简支支座的下垫板与腐蚀槽内底板固接，所述的下层支撑的简支支座的上垫板与待测钢筋混凝土梁底面紧密接触；所述的上层支撑的简支支座的下垫板与待测钢筋混凝土梁上表面紧密接触，所述的上层支撑的简支支座的上垫板与荷载分配梁底面紧密接触；所述的液压千斤顶放置于所述的荷载分配梁的顶面；

所述的监测装置包括解调仪、数据采集与存储设备、为传感器提供信号传输载体的光纤、光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器环、光纤光栅PH值传感器以及光纤光栅氯离子浓度传感器；所述的光纤光栅应变传感器环缠绕于待测钢筋混凝土梁跨中截面的纵向受弯钢筋；所述的光纤光栅应变传感器粘贴于待测钢筋混凝土梁跨中截面附近的纵向受弯钢筋、并且与所述的光纤光栅温度传感器串联，作为温度补偿措施；所述的光纤光栅PH值传感器粘贴于待测钢筋混凝土梁的纵向受弯钢筋表面；所述的光纤光栅氯离子浓度传感器等间距布置于待测钢筋混凝土梁的构造钢筋；

所述的直流稳压电源的正极与钢筋混凝土梁的外伸纵向受弯钢筋连接、负极与浸入电解液内的不锈钢板连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的上层支撑和下层支撑均由两个简支支座组成，其中一个为固定铰支座、另一个为滚动铰支座，所述的上层支撑的简支支座轴线位于待测钢筋混凝土梁的两个四分点，下层支撑的简支支座沿纵轴线方向焊接于腐蚀槽底板；所述的简支支座包括作为支撑面的上垫板、用于固定的下垫板以及用于支撑的钢滚轴，所述的钢滚轴固定于所述的上垫板和所述的下垫板之间；所述的下层支撑简支支座的上垫板和上层支撑简支支座的下垫板与待测钢筋混凝土梁之间涂覆砂浆层；所述的下层支撑简支支座的上垫板的长度不小于待测钢筋混凝土梁的宽度；所述的上层支撑简支支座的下垫板长度不小于待测钢筋混凝土梁的宽度；所述的上垫板和下垫板的厚宽比均不小于1/6。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：待测钢筋混凝土梁的横截面为矩形，同层的两简支支座的轴线相互平行，并且垂直于待测钢筋混凝土梁的纵轴线；上层支撑简支支座轴线位于待测钢筋混凝土梁的两个四分点，下层支撑简支支座轴线间的距离为待测钢筋混凝土梁的计算跨度。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的腐蚀槽内表面、所述的支撑装置的裸露部分均涂有环氧树脂层。