[发明专利]一种混凝土结构裂缝监测预警系统及预警方法

说明书

本发明公开了一种混凝土结构裂缝监测预警系统及预警方法，主要包括裂缝监测系统和裂缝安全评估预警系统。裂缝监测系统利用光纤和光时域反射技术，可实现对混凝土裂缝三维立体式监测。裂缝安全评估预警系统，主要利用计算机和数值仿真技术，可实现混凝土裂缝监测数据的可视化，并可根据工程的实际情况对发生裂缝的危害性进行具体分析判断，根据判断结果发出预警。

技术领域

本发明属于混凝土结构安全监测技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝监测评估预警系统及预警方法。

背景技术

混凝土是建造大型建筑物的最主要材料，而混凝土本身具有易开裂的特点。当裂缝开展到一定程度或者裂缝发生在混凝土建筑物的关键位置时，将对建筑物的正常使用构成严重威胁。因此对混凝土建筑的开裂情况进行及时有效的监测，正确判断其危害性并采取相应的补救措施，是十分必要的。

裂缝监测方法中最传统的为人工观测方法，安排专门的工作人员对混凝土建筑物定时进行巡查，工作人员利用刻度尺等工具对观测到的裂缝进行测量。但该方法费时费力，而且肉眼很难观测到大体积混凝土结构内部的开裂情况。

近年来，学者们设计制造了很多不同形式的裂缝传感器，将这些裂缝传感器埋设于混凝土结构内部或者粘贴于结构表面，这些裂缝传感器就可以监测到建筑物在传感器所埋设位置的开裂情况。现有的裂缝传感器多为点式传感器，只能监测到传感器埋设位置的裂缝，所以通过这种方法只能获得的是混凝土建筑物某一点的开裂信息。但实际工程中混凝土裂缝是三维形式，现有的方法很难探测到混凝土的三维立体形态。另外，在裂缝危害性的判断方面，多依据裂缝的开度、工程的等级、裂缝发生位置等信息做一个定性的判断，很难综合考虑每个工程的特殊性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混凝土结构裂缝监测预警系统，能够实现对混凝土裂缝三维立体式监测，可实现混凝土裂缝监测数据的可视化，并可根据工程的实际情况对发生裂缝的危害性进行具体分析判断，根据判断结果发出预警。

一种混凝土结构裂缝监测预警系统，包括裂缝监测系统和裂缝安全评估预警系统；

所述裂缝监测系统包括埋设于混凝土内部的多层相互平行的光纤网格，每层光纤网格由若干横向光纤和纵向光纤构成，横向光纤和纵向光纤均与光时域反射仪连接；

所述裂缝安全评估预警系统包括监测数据存储模块、空间坐标系建立模块、三维有限元模型模块和预警平台模块；

所述监测数据存储模块用于存储发生局部光损耗光纤的相关信息参数；

所述空间坐标系建立模块用于建立被测混凝土结构与其内部光纤网络的共同空间坐标系；

所述三维有限元模型模块用于在空间坐标系下建立被测混凝土结构的三维有限元模型，进行应力应变分析；

所述预警平台模块用于将分析结果发送至预警设备，发出预警。

优选地，每层光纤网格中的横向光纤相互平行，纵向光纤相互平行。

优选地，任意一条横向光纤和任意一条纵向光纤的夹角为一非零值，且任意一条横向光纤和任意一条纵向光纤构成的夹角相同。

优选地，所述发生局部光损耗光纤的相关信息参数包括发生局部光损耗光纤所埋设的高度、所在光纤网格层横纵向的列数、光损耗大小、光损耗点距光时域反射仪的距离。

本发明还提供了运用上述混凝土结构裂缝监测预警系统进行裂缝预警的方法，包括如下步骤：

(1)埋设用于监测的光纤网格，记录每层光纤网格的埋设高度，及每层光纤网格横向光纤和纵向光纤的列数；