[发明专利]一种可监控的预应力构件、预应力损失监控方法、制造方法

权利要求书

1.一种可监控的预应力构件，其特征在于，包括预应力本体(1)、穿过预应力本体(1)的预应力筋(6)、长标距碳纤维应变传感单元(2)、构件内置微电路板(3)、构件表面输出端口(4)、无线射频电子标签(5)；所述长标距碳纤维应变传感单元(2)包括至少一个长标距碳纤维应变传感元件，长标距碳纤维应变传感元件沿预应力筋轴向布设于预应力筋(6)表面；所述长标距碳纤维应变传感单元通过构件内置微电路板(3)连接后，再经由构件表面输出端口(4)通过有线或无线数据采集设备获取长标距碳纤维应变传感单元的信号；所述无线射频电子标签(5)中写入代表该预应力构件的加密识别编码，并埋入预应力本体(1)内部。

2.根据权利要求1所述的预应力构件，其特征在于，所述长标距碳纤维应变传感单元为复合材料套管封装长标距碳纤维应变传感元件而成。

3.一种对如权利要求1或2所述的可监控的预应力构件的预应力损失监控方法，其特征在于，所述构件表面输出端口(4)外置于构件表面用以连接外部数据采集设备实现有线数据采集方式，或者通过无线信号传输装置实现无线数据采集方式；通过构件内部各个传感单元对应的应变变化获得构件实际使用状况预应力变化由结构内部的长标距碳纤维应变传感单元(2)获得；具体预应力损失率，按以下公式计算

其中，ψ为当前预应力损失率，n为传感元件数目，ε_i为传感元件i构件制作完成后初始应变，ε^*_i为传感元件i当前应变，p_i为传感元件i位置对应的理论应变权重值；

将预应力构件制作过程中的基本信息记录在对应加密识别编码的本地数据库中，之后在预应力构件使用过程中定期追加应变时程峰值；通过无线射频读取器从预应力构件外部读取加密识别编码，再于本地数据库追踪调取该构件对应的信息记录。

4.一种根据权利要求1或2所述的可监控的预应力构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据预应力构件尺寸和预应力值，设计所需要的长标距碳纤维应变传感元件的位置、长标距碳纤维应变传感元件数目n及传感元件的初期张拉量；

依据预应力构件受力分析置入初值张拉量，初值张拉量的取值范围为预应力构件底部出现最大压缩应变的1.5倍以上，并不大于1000微应变；

步骤2：根据步骤1的单元数目n和初期预张拉，沿预应力筋轴向方向布设长标距碳纤维应变传感元件，施加初值张拉后通过环氧树脂将传感元件粘贴在预应力筋表面，粘贴完成后自然养护至树脂完全固化从而完成长标距碳纤维应变传感单元(2)的安装；

步骤3：将步骤2的长标距碳纤维应变传感单元(2)用导线连接从构件的一端连接接入的印制有测量电路的微电路板(3)后，将微电路板的测量通道的导线引出至输出端口(4)；输出端口(4)设置在构件表面，微电路板(3)与输出端口(4)之间导线长度不大于混凝土保护层厚度；在微电路板(3)近旁设置被动式无线射频电子标签(5)，并写入识别号码；

步骤4：对构件置入预应力，记录预应力筋从张拉到放张全过程各个传感单元的应变增量，计算实际导入张拉量；实际导入预应力筋应力，按以下公式计算

其中，σ为预应力筋实际导入应力，n为传感元件数目，ε_i为传感元件i构件制作完成后实测应变，l_i为传感元件i的标距长度，p_i为传感元件i位置对应的理论应变权重值，E为预应力筋弹性模量；

步骤5：提供步骤3中识别号码对应的数据库，将预应力构件制作过程中预应力张拉设计值、施加预应力、混凝土和预应力筋材料性质信息记录在该数据库中。

5.根据权利要求4所述的制造方法，对于普通预应力构件，预应力筋上铺设的长标距碳纤维应变传感元件数目n取值为1；对于有受弯分析、预应力筋滑移监测要求的预应力构件，长标距碳纤维应变传感元件数目n不少于3个；对于预应力筋滑移、动态分析监测要求的预应力构件，长标距碳纤维应变传感元件数目n不少于5个。

6.根据权利要求4或5所述的制造方法，其特征在于，所述构件内置微电路板(3)、构件表面输出端口(4)、和无线射频电子标签(5)在置于构件模具中合适位置后再张拉预应力筋、浇灌混凝土，适用于先张法和后张法的预应力构件制作；当预应力构件使用于结构中后，通过记录一段时间内的应变变化追踪构件内预应力损失情况；根据预应力损失情况，定期将监测到的峰值记录于构件识别号码对应的数据库中，方便读取获知构件的生产信息、使用情况、方位位置信息，满足对构件实时定位、追踪和监控。