[发明专利]一种钢桥面铺装层间粘结状态监测系统及脱空检测方法

权利要求书

1.一种钢桥面铺装层间粘结状态监测系统，其特征在于，包括：

层间传感器(5)，所述层间传感器(5)设置在防水粘结层(3)中，且固定于钢桥面板(2)上端，所述层间传感器(5)中设置有光纤，所述光纤在所述层间传感器(5)中设置有三段式光栅(11)；

解调器(8)，所述解调器(8)固定设置在钢路缘(6)侧，所述解调器(8)与所述层间传感器(5)通过所述光纤传输信号，所述解调器(8)对光栅(11)波长偏移进行监测，并计算层间脱空大小。

2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装层间粘结状态监测系统，其特征在于，所述层间传感器(5)包括：

传感器夹片(9)，所述传感器夹片(9)包括两端支承部和中部上承部，所述传感器夹片(9)为中空结构，两端所述支承部固定于钢桥面板(2)上，所述光纤穿过所述传感器夹片(9)，且分别在所述支承部和所述上承部为三段式所述光栅(11)；

化学填充剂(10)，所述化学填充剂(10)设置在所述传感器夹片(9)内，对所述光纤进行固定及保护。

3.根据权利要求2所述的钢桥面铺装层间粘结状态监测系统，其特征在于，所述光纤在所述支承部和所述上承部之间转角角度α为330°～360°。

4.根据权利要求2所述的钢桥面铺装层间粘结状态监测系统，其特征在于，所述化学填充剂(10)为双组份环氧树脂，包括：环氧树脂60～80份、多元胺类固化剂15～20份、聚酰胺热塑增韧剂4～10份、聚乙烯醇水性粘合剂2～6份、氯丙烷活性稀释剂1～5份。

5.一种钢桥面铺装层间粘结状态脱空检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：检测三段光栅的初始波长和当前波长，计算偏移量；

步骤二：建立车辆动载作用下钢桥面板挠度变形曲线微分方程，并构建钢桥面板挠度变形曲线函数；

步骤三：将三段光栅的偏移量分别带入钢桥面板挠度变形曲线函数，得到对应的挠度值w₁、w₂和w₃；

步骤四：通过对应的挠度值w₁、w₂和w₃计算层间脱空率ρ。

步骤五：对层间脱空率进行判断，当ρ≥100％时，此时层间处于脱空状态；当ρ≤0％时，表明层间粘结状态良好；当0％＜ρ＜100％时，表明层间存在ρ％的脱空损伤。

6.根据权利要求5所述的钢桥面铺装层间粘结状态脱空检测方法，其特征在于，步骤二中，具体为：基于Euler–Bernoulli梁理论建立车辆动载作用下钢桥面板挠度变形曲线微分方程：

式中，E是钢桥面板刚度模量，I是单位截面转动惯量，k是钢桥面板弹性系数，x为距离荷载中心的距离，w为钢桥面板挠度变形，F是荷载拉应力，计算式如为：

式中，K为光纤光栅应力系数，α为光纤转角角度，R_i和R₀分别为光纤光栅当前和初始波长，Δλ_i为温度补偿波长，f为温度补偿系数。

7.根据权利要求6所述的钢桥面铺装层间粘结状态脱空检测方法，其特征在于，步骤三中，在对钢桥面板挠度变形曲线微分方程求解时，将解描述为关于A和B的参数模型，钢桥面板挠度变形曲线w(x)表达式如下式所示，其中A0，B0，x≥0；

当式3的微分表达式w′(x)＝0时，钢桥面板挠度变形最大值为将三段式光纤光栅波长偏移量分别带入式3中得到对应挠度变形量w₁、w₂和w₃。

8.根据权利要求5所述的钢桥面铺装层间粘结状态脱空检测方法，其特征在于，步骤四具体为：