[发明专利]用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器

说明书

一种用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器，包括支撑系统、光纤固定系统、径向应变测量传感器、环向应变测量传感器、信号解调系统和数据采集系统，支撑系统上布置光纤固定系统，径向应变测量传感器和环向应变测量传感器穿插入光纤固定系统中，径向应变测量传感器和环向应变测量传感器分别与信号解调系统连接，信号解调系统和数据采集系统连接。本发明提供了一种操作简单、试验周期短、成本低、能原位实时监测钢筋周围混凝土径向和环向锈裂应变场变化的光纤光栅传感器，提高结果的准确性和真实性，对深入研究由钢筋锈蚀引起的混凝土耐久性降低问题有至关重要的意义，为将来混凝土结构耐久性设计提供基础保障。

技术领域

本发明属于混凝土应变场监测领域，涉及一种用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器。

背景技术

混凝土作为当今世界最主要的建筑材料之一，因其取材、成本、生产工艺等方面的优势，应用十分广泛。不仅在各种土木工程中使用，在造船业、机械工业、海洋开发等工程中也是非常重要的材料。处于海洋环境和除冰盐环境条件下的混凝土结构，钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素。大量混凝土结构由于耐久性劣化造成严重的经济损失，还对当今世界能源供应、环境污染和可持续发展产生巨大压力和恶劣影响。

钢筋锈蚀引起的混凝土结构性能退化，是由于产生腐蚀物质。腐蚀产物密度小于钢筋，在钢筋表面堆积并发生体积膨胀现象，在钢筋和混凝土间产生锈胀压力，导致钢筋外侧混凝土的开裂直至剥落。事实上，混凝土不仅在径向上承受膨胀力，在环向上还同时存在着拉应力。因此，钢筋锈蚀引起的混凝土开裂问题应从混凝土受多轴应力状态下的各项异性损伤出发进行研究。原位实时监测钢筋周围混凝土径向、环向锈裂应变场的变化，有助于统计钢筋锈蚀的各方面数据，为今后预测不同环境下钢筋混凝土的锈裂程度、锈裂时间提供依据。

中国专利授权公告号CN104567709A，授权公告日期是2015年1月14日，名称为“一种王字形的光纤光栅传感器贴片”；中国专利授权公告号 CN205561776U，授权公告日期是2016年9月7日，名称为“一种光纤光栅贴片式应变传感器”；中国专利授权公告号CN107218900A，授权公告日期是2017 年9月29日，名称为“一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法”，三件发明申请中均采用布置贴片式光纤光栅传感器得到待测数据，该贴片式传感器虽然能实时监测径向的应变，但只能沿单一直线方向布置，不能得到沿钢筋环向的应变，不能真实反映钢筋锈胀时周围混凝土的环向应变场情况，无法得到准确、可靠的数据用以预测不同情况下钢筋混凝土的锈裂程度和锈裂时间。

发明内容

为了克服已有技术光纤光栅传感器的操作麻烦、试验周期较长、成本较高、无法原位实时监测钢筋周围混凝土径向和环向锈裂应变场变化的不足,本发明提供了一种操作简单、试验周期短、成本低、能原位实时监测钢筋周围混凝土径向和环向锈裂应变场变化的光纤光栅传感器，提高结果的准确性和真实性，对深入研究由钢筋锈蚀引起的混凝土耐久性降低问题有至关重要的意义，为将来混凝土结构耐久性设计提供基础保障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于原位实时监测钢筋周围混凝土锈裂应变场及锈裂预测的光纤光栅传感器，包括支撑系统、光纤固定系统、径向应变测量传感器、环向应变测量传感器、信号解调系统和数据采集系统，所述支撑系统上布置所述光纤固定系统，所述径向应变测量传感器和所述环向应变测量传感器穿插入所述光纤固定系统中，所述径向应变测量传感器和所述环向应变测量传感器分别与所述信号解调系统连接，所述信号解调系统和所述数据采集系统连接。

进一步，所述支撑系统包括自适应框架系统、拉结系统、固定圆环和固定节点，所述固定圆环和所述自适应框架系统上等间隔一对一布设所述固定节点，所述拉结系统与所述光纤固定系统交接处布设所述固定节点，所述固定圆环和所述拉结系统连接，所述拉结系统和所述自适应框架系统连接。