[發(fā)明專利]一種受力損傷自感應(yīng)混凝土橋面板及制作方法

在審

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112160240A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐晨;傅婧
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: E01D19/12
• 分類號: E01D19/12;E01D21/00;E01F11/00;E01D101/26
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

一種受力損傷自感應(yīng)混凝土橋面板及制作方法。綁扎鋼筋混凝土橋面板節(jié)段(1)鋼筋及搭設(shè)混凝土模板；設(shè)置碳纖維砂漿塊模板以及綁扎連接鋼筋(4/5)、電極(3)；在碳纖維砂漿塊模板內(nèi)澆筑高強度短切碳纖維砂漿材料；首先澆筑普通鋼筋混凝土橋面板節(jié)段(1)區(qū)域，養(yǎng)護，然后拆除碳纖維砂漿塊模板，側(cè)面沖毛后，再澆筑高強度短切碳纖維砂漿材料以構(gòu)筑碳纖維砂漿塊(2)，養(yǎng)護；橋面鋪裝。構(gòu)造上包含鋼筋混凝土橋面板節(jié)段(1)拼接而成，相鄰鋼筋混凝土橋面板節(jié)段(1)之間設(shè)置有導(dǎo)線端口；每個鋼筋混凝土橋面板節(jié)段(1)內(nèi)包括有若干碳纖維砂漿塊(2)；所述碳纖維砂漿塊(2)，采用了本發(fā)明自主開發(fā)特制的高強度短切碳纖維砂漿材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁工程混凝土橋面板監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

混凝土橋面板是混凝土橋梁中的關(guān)鍵組成部分，它直接承受車輛及人行荷載并將其傳遞至主梁等主要承力構(gòu)件。混凝土橋面板有多種常見病害，比如凍融循環(huán)、鋼筋腐蝕、堿性反應(yīng)、交通超載等。這些病害可引發(fā)混凝土及鋪裝開裂，影響交通通行，對橋梁結(jié)構(gòu)安全及耐久性造成影響。因此，在既有和新建的混凝土橋梁中，對混凝土橋面板受力狀態(tài)及損傷情況的監(jiān)測十分必要。目前專門針對混凝土橋面板的損傷監(jiān)測不多。一般而言，橋梁構(gòu)件健康監(jiān)測可以通過安裝傳感器來采集構(gòu)件響應(yīng)數(shù)據(jù)并進行評估，但長期監(jiān)測對傳感器耐久性有很高的要求。另一方面，針對混凝土橋面板損傷檢測技術(shù)主要包括人工巡檢、超聲波裂縫探傷、基于圖像的裂縫識別、基于振動特性的混凝土損傷檢測等。人工巡檢直觀便捷，但主觀因素大；超聲波裂縫探傷精度高，但受限于成本；基于圖像的裂縫識別限于空間位置；基于振動特性的探傷技術(shù)在精度上還存在進步的空間。總之，混凝土橋面板損傷監(jiān)測和檢測方法存在著巡檢效率低、成本高、技術(shù)成熟度不夠等問題。

近年來，研究表明摻入短切碳纖維的水泥砂漿具有良好的壓敏特性和力學(xué)性能。所謂壓敏特性是指這種材料的電學(xué)特性(如電阻)與材料的應(yīng)變存在相關(guān)性。這對開發(fā)具有受力狀態(tài)及損傷自感應(yīng)橋梁構(gòu)件具有重要意義。目前，這種材料在橋梁中的應(yīng)用大多集中于基于其力學(xué)性能的構(gòu)造加固，而基于材料壓敏特點的損傷自感應(yīng)智能橋梁構(gòu)件并不多見。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服針對混凝土橋面板病害裂縫監(jiān)測和檢測技術(shù)上的不足，提供一種具有損傷自感應(yīng)功能的混凝土橋面板構(gòu)件及相關(guān)制作方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案如下：

與現(xiàn)有混凝土橋面板監(jiān)測與檢測技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點：

1)損傷自感應(yīng)，降低監(jiān)測與檢測成本。本發(fā)明將具有壓敏特性的帶電極短切碳纖維砂漿嵌入在混凝土橋面板當中并形成整體，共同參與受力，通過監(jiān)測材料自身的電阻變化情況即可反饋結(jié)構(gòu)自身的損傷及受力狀態(tài)，顯著降低傳感器安裝數(shù)量，減少了監(jiān)測與檢測的成本。

2)監(jiān)測系統(tǒng)的高耐久性。本發(fā)明中采用的短切碳纖維砂漿在參與受力的同時，也承擔(dān)了傳統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)采集工作。與傳統(tǒng)傳感器相比較，這種碳纖維砂漿具有更高的穩(wěn)定性和耐久性，可為橋面板的長期監(jiān)測提供可靠保障。

附圖說明

圖1損傷自感應(yīng)混凝土橋面板構(gòu)件示意圖(CFM：帶短切碳纖維的水泥基壓敏砂漿)；

圖2典型壓敏砂漿的構(gòu)造示意圖；

圖3碳基壓敏復(fù)合材料的壓敏試驗照片；

圖4帶短切碳纖維的水泥砂漿壓敏試驗結(jié)果；

圖5混凝土橋面板及碳纖維砂漿試塊尺寸(mm)；

圖6混凝土橋面板損傷自感應(yīng)模塊驗證實驗(橋面板車輪荷載實驗)；

圖7疲勞輪荷載中160kN荷載水平下橋面板中心撓度變化；

圖8 20.5萬次疲勞輪荷載加載后橋面板底緣裂縫分布；