[發(fā)明專利]鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510069231.2
• 申請(qǐng)日: 2015-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN104634860B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建庭;廖棱;楊茂;張洪;趙瑞強(qiáng);陳悅;李志剛;馬惠香;辛景舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/72
• 分類號(hào): G01N27/72;G01N27/85
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所50215
• 代理人: 侯懋琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土內(nèi)部鋼筋工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

作為鋼筋混凝土橋梁的主要組成部分，鋼筋的工作性能直接決定了此類橋梁的受力性能和使用壽命；鋼筋屈服，是鋼筋開始喪失對(duì)變形的抵抗能力，并開始產(chǎn)生大量塑性變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。鋼筋屈服與否是判斷鋼筋使用性能的重要臨界指標(biāo)，如果能對(duì)鋼筋屈服進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在鋼筋達(dá)到屈服狀態(tài)臨界點(diǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)警，對(duì)保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性具有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)既有的鋼筋混凝土構(gòu)件，只能根據(jù)荷載、材料的標(biāo)準(zhǔn)值，使用簡(jiǎn)化分析模型和多種假定來計(jì)算出鋼筋混凝土構(gòu)件整體的理論應(yīng)力狀態(tài)，這種理論應(yīng)力狀態(tài)只能對(duì)較大區(qū)域內(nèi)的鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行籠統(tǒng)、模糊地描述，并且其結(jié)果還受限于所設(shè)定的特定工況，既無法反應(yīng)出鋼筋混凝土構(gòu)件的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，也無法對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的描述，更加無法對(duì)鋼筋應(yīng)力是否達(dá)到屈服狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)鋼筋屈服的監(jiān)測(cè)或監(jiān)測(cè)手段目前還停留在理論研究階段，缺乏可以實(shí)際應(yīng)用的有效手段，如專利號(hào)為200420039785.5的中國(guó)專利文獻(xiàn)提出了一種便捷式智能鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀，其手段是將待測(cè)鋼筋外露，利用測(cè)定材料硬度的方法來測(cè)試固體材料的強(qiáng)度特征，其原理類似于用回彈法測(cè)混凝土強(qiáng)度，但在實(shí)施該方案時(shí)，需要鑿除混凝土來使鋼筋裸露出來，對(duì)構(gòu)件破壞性較大，不適于在橋梁關(guān)鍵位置實(shí)施；論文“CERP預(yù)警傳感器的研究”是利用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CERP）的導(dǎo)電性和壓電效應(yīng)，根據(jù)碳纖維布斷裂時(shí)所形成的電阻階躍信號(hào)，來判定鋼筋的屈服并實(shí)現(xiàn)預(yù)警，此方法需要在澆筑構(gòu)件時(shí)就在鋼筋上鋪裝碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，無法應(yīng)用于對(duì)成橋上的鋼筋強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用金屬磁記憶技術(shù)來監(jiān)測(cè)鋼筋的屈服狀態(tài)，其原理是：金屬磁記憶技術(shù)是鐵磁性材料在地磁場(chǎng)激勵(lì)下，應(yīng)力集中和變形區(qū)域會(huì)發(fā)生磁疇壁運(yùn)動(dòng)，并由于材料內(nèi)耗產(chǎn)生不可逆的磁疇重新取向，從而使得漏磁信號(hào)會(huì)在應(yīng)力集中或者變形區(qū)附近發(fā)生突變。當(dāng)鋼筋應(yīng)力超過彈性極限后，進(jìn)入屈服階段后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。由此可知，當(dāng)鋼筋達(dá)到屈服時(shí)，磁信號(hào)也會(huì)發(fā)生變化。

針對(duì)背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其創(chuàng)新在于：所述鋼筋混凝土內(nèi)部鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置由支架、杜瓦瓶、蔽磁材料層和磁探頭組成；所述蔽磁材料層設(shè)置于杜瓦瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)液腔的底部，所述杜瓦瓶?jī)?nèi)封裝有液氮；所述磁探頭設(shè)置于杜瓦瓶下方，磁探頭位于蔽磁材料層覆蓋的區(qū)域范圍內(nèi)；所述磁探頭和杜瓦瓶通過支架連接為一體；所述蔽磁材料層采用釔鋇銅氧。

橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋外還包裹了一定厚度的混凝土層，若要實(shí)現(xiàn)無損監(jiān)測(cè)，就不能破壞混凝土層，故探測(cè)裝置與鋼筋之間的間隔至少要等于混凝土層的厚度，另外，監(jiān)測(cè)環(huán)境中充滿了地磁場(chǎng)，地磁場(chǎng)與鋼筋周圍的磁場(chǎng)同時(shí)被探測(cè)裝置所感應(yīng)，再加上傳感部無法與鐵磁性材料直接接觸，在現(xiàn)有的磁記憶檢測(cè)技術(shù)條件下，根本無法將微弱的鋼筋周圍磁場(chǎng)從監(jiān)測(cè)信號(hào)中剝離出來，也無法利用磁記憶技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋屈服狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用一種高溫超導(dǎo)材料-釔鋇銅氧，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于液氮沸點(diǎn)，在液氮環(huán)境這種低超導(dǎo)條件下就能實(shí)現(xiàn)“超導(dǎo)”，而且在超導(dǎo)狀態(tài)下，釔鋇銅氧具有抗磁性，其內(nèi)部磁通量為零，磁力線無法進(jìn)入超導(dǎo)體。

在前述方案中，杜瓦瓶用于存儲(chǔ)液氮，釔鋇銅氧設(shè)置于杜瓦瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)液腔的底部，相當(dāng)于浸泡在液氮中，通過液氮的低溫使釔鋇銅氧保持在超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)狀態(tài)下的釔鋇銅氧發(fā)揮其抗磁性，一方面，釔鋇銅氧將來自上方的地磁場(chǎng)的磁力線阻擋在外，使地磁場(chǎng)無法進(jìn)入磁探頭監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的氣隙空間內(nèi)，另一方面，釔鋇銅氧將來自下方的鋼筋周圍的磁場(chǎng)也阻擋在外，迫使鋼筋周圍的磁場(chǎng)只能向磁探頭處匯集，這就可以在現(xiàn)有的磁探測(cè)手段條件下，捕獲到微弱的鋼筋周圍磁場(chǎng)，通過對(duì)鋼筋周圍磁場(chǎng)的特性進(jìn)行分析，我們就能定性地掌握鋼筋的當(dāng)前強(qiáng)度狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述磁探頭的輸出部和控制部以有線或無線方式與一計(jì)算機(jī)通信連接。采用此優(yōu)選方案后，技術(shù)人員就能通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程遙控磁探頭的動(dòng)作并實(shí)時(shí)獲取到監(jiān)測(cè)信號(hào)，提高結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)效率。

基于前述的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋強(qiáng)度及屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，本發(fā)明還提出了一種鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，所涉及的硬件包括如前所述的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，具體的監(jiān)測(cè)方法包括：1）將鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋屈服監(jiān)測(cè)裝置設(shè)置于橋梁控制截面或鋼筋所受應(yīng)力較大處，磁探頭表面與包裹在鋼筋外的混凝土表面接觸；