[發明專利]一種鋼-混凝土組合結構損傷測量系統

有效

• 申請號: 202010027092.8
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111189404B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 韓冰;趙文忠;李旺旺;胡所亭;周安民;張國慶;王向平;吳銀利
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;河北曲港高速公路開發有限公司;中國鐵道科學研究院集團有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B21/02;G01N29/14;G01N29/22
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發明公開了一種鋼?混凝土組合結構損傷測量系統，包括光纖光柵測量組、光纖光柵溫度補償組、光纖光柵解調儀、顯示器、聲發射測量裝置和引伸計；光纖光柵測量組和光纖光柵溫度補償組布置在縱向鋼?混凝土組合橋界面處的鋼梁表面、橫向鋼?混凝土組合橋界面處的鋼梁表面和鋼?混凝土組合結構中的內埋鋼筋表面，光纖光柵測量組和光纖光柵溫度補償組與光纖光柵解調儀連接，光纖光柵解調儀與顯示器連接，聲發射測量裝置包括聲發射傳感器、數據線、傳感器固定裝置和聲發射采集儀；聲發射傳感器安裝在混凝土板表面，聲發射傳感器通過數據線與聲發射采集儀連接，聲發射采集儀與顯示器連接；引伸計預埋于混凝土內部，用于測量鋼梁與混凝土之間的位移差。

技術領域

本發明屬于光纖光柵傳感檢測、聲發射檢測、位移測量等領域，具體涉及一種用于鋼-混凝土組合結構受力情況下的綜合損傷測量系統。

背景技術

鋼-混凝土組合結構能夠充分發揮鋼材和混凝土力學性能和優點，在橋梁結構有著廣泛應用。鋼-混凝土組合結構在鋼結構和混凝土結構之間通常設置大量剪力連接件以保證兩種不同材料所組成的結構能夠共同受力，協同工作，但是實際工程中由于二者材料性能的差異往往在界面處產生滑移和開裂等。組合結構界面處鋼結構、混凝土結構的力學性能是鋼-混凝土組合結構性能的關鍵，因此，如何準確測量鋼-混凝土組合結構界面處的性能成為評估組合結構工作性能的重要方面。但是，由于鋼-混凝土組合結構界面處空間結構復雜、操作空間狹小、涉及兩種不同性能材料等特點，目前技術尚不能準確測量鋼-混凝土組合結構界面處受力性能。

光纖光柵測量技術因測量元件體積小、波長選擇性好、不受非線性效應影響、抗干擾能力強、附加損耗小等優點，并且其諧振波長對溫度、應變等外界環境的變化較敏感，因此適合于制作高精度和高靈敏度測量元件，自問世以來便在高速公路、橋梁、大壩、礦山、機場、船舶、鐵路、管道等工程應變測量領域得到了廣泛應用。現有光纖光柵技術通過在光纖上刻制光柵可精確、快速測量應變和溫度變化。鋼-混凝土組合結構界面處鋼梁的應變監測對于確定組合結構中鋼和混凝土的工作狀態有著重要的意義，是評定組合結構健康狀態和提前預知安全隱患的關鍵。鋼-混凝土組合結構界面處通常布置大量剪力連接件，結構復雜，操作空間狹小。在安裝測量元件后需要澆筑混凝土，對測量元件可靠性與穩定性有較高要求。現有測量方法主要有電阻式和鋼弦式兩種應變測量方法，其中電阻式測量方法在電磁環境下極易受到干擾，在現代鐵路電氣化環境中無法準確測量應變；鋼弦測量元件體積較大，且只能得到一定標距范圍內的平均應變，在狹小范圍內安裝難度較大。其次，由于鋼弦式應變計在長期服役過程中會出現鋼弦松弛，導致準確度下降。綜上所述，基于光纖光柵應變傳感的鋼-混凝土組合橋界面處鋼梁應變測量方法可發揮光纖體積小和抗干擾性能好的優點，克服傳統電阻傳感器易受電磁干擾和鋼弦傳感器鋼弦松弛的缺點，可更加精確測量鋼-混凝土組合結構中鋼梁應變。

聲發射技術在國內外的應用已有數十年的歷史，受到了工程和科研人員的廣泛關注，最初是應用于鋼材等均質材料的裂縫性能測量，然后逐漸擴展至巖石等非均質材料的裂縫性能測量。但是在聲發射機理、信號特性、理論分析、測試標準等方面仍需要進一步深入分析和研究。混凝土材料由于其自身結構特性，導致其抗拉強度較低，在受力過程中易產生內部及表面裂縫。現有裂縫測量設備，只能對混凝土表面裂縫的寬度和深度進行測量，無法測量混凝土內部的裂縫信息。組合橋包含鋼梁、混凝土板以及二者之間的剪力連接件。混凝土內部裂縫的形成受到外界荷載影響的同時，還受到內部鋼筋的約束作用，鋼-混凝土組合橋混凝土內部受力復雜，混凝土的開裂破壞過程也較為復雜。聲發射技術通過接收混凝土內部裂縫開裂過程中產生的聲波信號，對混凝土內部裂縫的產生位置和裂縫性能進行測量分析，從而對裂縫產生的過程及開裂機理進行研究，屬動態測量過程。

鋼-混凝土組合橋鋼梁與混凝土板之間滑移量的精確測量是組合橋試驗測試技術的關鍵，目前的測量技術只能測量鋼-混凝土結構外表面處鋼和混凝土的相對位移，尚不能準確測量內部混凝土與鋼梁之間的相對滑移。