[发明专利]基于智能应变纤维的混凝土构件挠度实时监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于智能应变纤维的混凝土构件挠度实时监测系统及监测方法。系统由设置于工字钢梁上、下两腿端面的横向智能纤维、工字钢梁纵向的纵向智能纤维、工字钢梁中部的竖向智能纤维构成的智能纤维监测梁，和数据接收器构成，构成的智能纤维监测梁敷设在距面板表面下0.5米处；方法包括监测系统的安装，数据的获取，数据的处理，数据的应用。本发明监测系统取消可动部件，显著提高信噪比，保证观测数据的长期可靠稳定，系统将面板土石高坝内部变形监测整合为网络一体化系统，实现变形观测的时空全覆盖，最大的应变量可达200％，大幅提高监测应用效率和价值；系统可方便地进行弯折和建立分支结构、树枝结构、网状结构等，实现对山体密集覆盖监测。

技术领域

本发明涉及智能纤维及大坝监测领域，特别涉及一种基于智能应变纤维的混凝土细长构件挠度实时监测系统及其监测方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝是以堆石为主体并在上游面设置混凝土面板作为防渗结构的一种坝型。混凝土面板作为混凝土面板堆石坝的主要堆防渗结构，其安全是混凝土面板堆石坝安全运行的最重要保障。

混凝土面板安全问题主要包括面板接缝的受力变形等方面，面板坝的变形范围通常横向小于0.3mm，多为0.1mm，高可达0.5mm以上。面板上的的变形在空间中呈无规律分布，通过传统的单点测量方式无法完全测量变形的发生，当前混凝土面板堆石坝的安全监测技术主要以点式监测仪器及光纤陀螺仪监测技术为主。但以上监测技术存在只能测某点的形变，布设范围太大，反应速度差且施工成本高。采用常规光纤应变纤维，存在变形能力差、易被拉断、价格高昂、反应慢、易受干扰、数据处理繁杂导致响应不及时等问题。所以有必要探究新的智能应变纤维实时监测方案，对该领域内的监测技术进行完善。

现有的智能纤维监测方式主要有表面安装、埋于浅地表、依附于网状物等模块化填埋于面板坝体中，基于智能纤维技术和电子与通信模块，通过智能纤维来监测周围环境的应力和应变，将监测到的信号通过无线通讯传输至服务器进行分析处理，并在终端进行显示。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种基于智能应变纤维的混凝土构件挠度实时监测系统及监测方法。本发明目的是提供一种基于智能纤维传感技术，针对面板堆石坝的面板变形及开缝等情况，利用附着于混凝土细长构件的智能纤维监测挠度变化，实现面板变形及开缝的实时监控。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明首先公开了一种基于智能纤维的混凝土构件挠度实时监测系统，其特征在于：监测系统由设置于工字钢梁上、下两腿端面的横向智能纤维、工字钢梁纵向的纵向智能纤维、工字钢梁中部的竖向智能纤维构成的智能纤维监测梁，和数据接收器构成；

各智能纤维采用热熔胶固定于工字钢梁相应处，构成的智能纤维监测梁敷设在距面板表面下0.5米处。

所述工字钢梁高度h为100mm，腿宽b为48mm，腰厚d为5.3mm，腿厚t为8.5mm；纵向长度3～6米。

上述横向智能纤维、纵向智能纤维、竖向智能纤维分别与数据接收器联接。

所述智能纤维监测梁与监测混凝土铆接方式相连固定。

本发明还公开了采用上述系统的挠度实时监测方法，包括以下步骤：监测系统的安装，数据的获取，数据的处理，数据的应用；

将与监测混凝土固定后的智能纤维监测梁与数据接收器联接；智能纤维监测梁安装固定在接缝处面板表面0.5米处，预设一段智能纤维与信号接收器相连，面板内铺设电线通电后等待面板最终胶凝成型；

数据接收器或云平台所示数据即为各智能纤维的变形量，通过面板协同智能纤维公式可计算敷设智能纤维区域面板薄弱处挠度，其计算方法为：

I_zE_yD(x)＝-∫[∫M(x)dx]dx+C₁x+C₂