智能鋁合金筋混凝土結構及其制作與施工方法與流程

本發明屬于橋梁結構技術領域，特別涉及智能鋁合金筋混凝土結構及其制作與施工方法。

背景技術：

目前我國橋梁結構施工過程中，主要是采用鋼筋混凝土結構，混凝土里面采用鋼筋做為骨架，與混凝土一起承擔荷載，結構關鍵部位和受力關心部位的鋼筋受力狀況不明確，鋼筋應力不能實時在線健康監測，且精度不高，存在如下問題：

(1)鋼筋存在銹蝕問題，尤其是沿海地區，嚴重影響橋梁的安全性和耐久性。目前許多橋梁都是帶裂縫工作，混凝土中的鋼筋與空氣接觸，在環境作用下容易銹蝕，不僅會導致鋼筋有效截面削弱，還會進一步銹脹加劇裂縫的開展，嚴重影響橋梁的安全性和耐久性，這種現象在沿海地區尤其明顯，此外，沿海地區的水中建筑物，例如橋墩、橋臺、基礎等，在海水的作用下，更容易導致鋼筋銹蝕。

(2)混凝土結構中鋼筋重量較大，施工過程中吊裝和運輸不方便，限制了混凝土梁的跨越能力。混凝土梁的承載能力有很大一部分用來克服混凝土和鋼筋的自重，這在大跨度混凝土橋梁中更為明顯，高強化、輕型化是未來橋梁的一個發展方向，一種新型的輕質高強材料有助于實現橋梁承載能力和跨越能力的提升。

(3)混凝土構件中鋼筋的受力不明確，健康狀態不易監測。近些年來發生的橋梁坍塌事故，造成了巨大的生命財產損失和惡劣的社會影響，逐漸引起了人們對橋梁安全性的關注，橋梁健康監測是未來橋梁的重要發展方向，橋梁構件全天候實時在線監測和傳輸是其一個重要特點，對于結構的關鍵受力部位，例如主梁和橋墩關鍵部位、牛腿處等，現有混凝土中鋼筋無法做到實時監測和預警。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種輕質高強、耐腐蝕、提高混凝土結構的耐久性、能實時監測混凝土結構的受力和安全健康并預警、應變測量精度高、成本低的智能鋁合金筋混凝土結構及其制作與施工方法。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

智能鋁合金筋混凝土結構，所述混凝土結構中的骨架為鋁合金筋組成，所述鋁合金筋含智能鋁合金筋。

所述智能鋁合金筋為在鋁合金上開槽，槽內放置光纖光柵傳感器，槽內壁和光纖光柵傳感器均涂覆有保護層。

所述保護層為環氧樹脂或鍍鋅。

所述骨架為鋁合金筋綁扎成鋁合金筋籠。

所述的智能鋁合金筋混凝土結構的制作與施工方法，其特征在于：工藝步驟如下：

(1)支模板：根據結構的設計尺寸和要求進行模板的加工和安裝；

(2)綁扎骨架：根據鋁合金的受力特性、結構的受力分析和設計進行配筋，制作智能鋁合金筋，再根據設計的施工圖紙進行骨架的綁扎，其中智能鋁合金筋留出光纖光柵傳感器的接線，并匯集；所述智能鋁合金筋的制作方法為：

①開槽：在鋁合金上縱向開槽；

②安裝光纖光柵：在步驟①開設的槽內壁涂覆環氧樹脂保護層或鍍鋅保護層，然后將光纖光柵傳感器放置進槽內；

③再次涂覆環氧樹脂保護層或鍍鋅保護層覆蓋光纖光柵傳感器；

(3)澆筑混凝土：吊裝骨架進模板內，澆筑混凝土，最后進行混凝土的養護。

所述覆蓋光纖光柵傳感器的環氧樹脂保護層或鍍鋅保護層的厚度為1mm至2mm。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明的混凝土結構全部采用鋁合金筋或者鋁合金筋和智能鋁合金筋組成骨架，與普通鋼筋相比，耐久性好，尤其是能夠很好的在沿海地區和水下建筑結構中應用，不需要額外的防腐處理，能顯著的提高混凝土結構的耐久性，節約大量加固維護成本；

(2)本發明的混凝土結構質量較輕，強度高，型號多，鋼筋密度為7850kg/m³，鋁合金密度為2650kg/m³，鋁合金密度是鋼筋密度的1/3，同樣體積下，質量是鋼材的1/3，綁扎、吊裝和運輸比較方便，施工前不需要額外的除銹，運用在橋梁上，對橋梁自重影響不大，且能夠顯著增加橋梁的承載能力。鋁合金屈服強度與鋼筋屈服強度相當，都能達到300MPa以上，且鋁合金的種類和型號更多，更多高強度的鋁合金也在不斷研制出來；

(3)本發明的混凝土結構通過智能鋁合金筋能夠實時在線進行混凝土內部鋁合金筋的內力監測和預警，實現橋梁關鍵受力部位的安全健康監測，且測點的布線簡單；

(4)本發明的智能鋁合金筋不僅能用于混凝土結構內部，還可以用于混凝土結構的外部，不僅可以用于新橋的建設，還可以用于舊橋的加固中，不僅可以在全橋內全部應用智能鋁合金筋，還可以只在關鍵受力部位應用，適用范圍較廣；

(5)本發明的智能鋁合金筋混凝土結構中的鋁合金筋易于加工和綁扎，與普通鋼筋相比更易于存放，并且澆筑混凝土之前不需要額外的除銹處理，節約成本；

(6)光纖光柵與鋁合金結合，能夠發揮各自的優點，實現對橋梁承載力和橋梁全壽命健康監測。普通埋入式應變計測量應變精度為1εμ，光纖光柵應變測量精度可達到0.1εμ，耐久性、穩定性和抗干擾均好于普通埋入式應變計，且普通的埋入式應變計更容易損壞，不利于長期監測。

附圖說明

圖1是本發明實施例1混凝土梁結構示意圖，圖中，1：混凝土梁，2：骨架。

圖2是本發明實施例1中智能鋁合金棒的橫截面結構示意圖，圖中，1：筋體，2：槽，3：

光纖光柵傳感器，4：保護層。

圖3是本發明實施例2混凝土板結構示意圖；圖中，1：混凝土板，2：骨架。

圖4是本發明實施例3混凝土柱結構示意圖；圖中，1：混凝土柱，2：骨架。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施方式作詳細說明，但不構成對本發明權

利要求保護范圍的限制。

實施例1：

如圖1所示，智能鋁合金筋混凝土梁結構，混凝土梁1中采用智能鋁合金筋和普通鋁合金筋組成骨架2。其制作與施工方法如下：

(1)支模板：根據混凝土梁結構的設計尺寸和要求進行模板的加工和安裝；

(2)綁扎骨架：根據鋁合金的受力特性、結構的受力分析和設計進行配筋，制作智能鋁合金筋，再根據設計的施工圖紙進行骨架的綁扎，其中智能鋁合金筋留出光纖光柵傳感器的接線，并匯集；

(3)澆筑混凝土：吊裝骨架2進模板內，澆筑混凝土，混凝土振搗時應注意振動棒不要觸及鋁合金筋及留出的光纖光柵傳感器的接線，最后進行混凝土的養護。

如圖2所示，所述步驟(2)中智能鋁合金筋的制作方法為：

①開槽：在鋁合金筋體1上縱向開一道槽2；

②安裝光纖光柵：在步驟①開設的槽2內壁涂覆環氧樹脂保護層4，厚度不宜過薄或過厚，以能與光纖光柵傳感器3有效粘結為宜，然后將光纖光柵傳感器3放置進槽2內；也可以放置其它類型傳感器；

③再次涂覆環氧樹脂保護層4覆蓋光纖光柵傳感器3，保護層厚度為1mm至2mm。

上述的環氧樹脂保護層也可以用鍍鋅代替。

本發明的智能鋁合金筋混凝土結構，也可以是如圖3所示的智能鋁合金筋混凝土板結構，混凝土板1中的骨架2由智能鋁合金筋和普通鋁合金筋組成。或者是如圖4所示的智能鋁合金筋混凝土柱結構，混凝土板1中的骨架2為鋁合金筋籠，鋁合金筋籠由智能鋁合金筋和普通鋁合金筋綁扎而成。

鋁合金筋的截面形狀不受限制，可以為圓形、矩形或其它截面形狀，開槽數量和位置沒有嚴格限制，開槽可以在鋁合金的成型過程中進行，也可以在鋁合金成型后，利用車床進行開槽，開槽可以有多種規格，以滿足放置光纖光柵傳感器和防腐保護層要求為宜，盡量減少開槽的數量，以減輕對鋁合金筋的削弱作用。