一種現澆x型樁樁身變形分布式測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置及方法，該裝置包括現澆X型樁、光纖應變測試儀、鋼筋和單模光纖，所述的單模光纖鋪設在鋼筋內部，所述的鋼筋澆筑在現澆X型樁的外邊緣，所述的光纖應變測試儀和單模光纖相連接。新的測量方法是在現澆X型樁外邊緣布設單模光纖，利用布里淵光時域反射技術，在光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光，通過對布里淵背向散射光功率的分析，完成光纖上各點布里淵頻移的測量和定位功能，進而可得待測現澆X型樁的變形。采用單模光纖進行現澆X型樁的應變測量，顯著提高了光纖傳感器存活率；同時該方法還具有測量精度高、漂移小和穩定性好等優點；另外，還具有傳感器布設簡單，與傳感器相連的接線較少，施工工藝簡單等特點。
【專利說明】一種現澆X型粧粧身變形分布式測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種樁的測量裝置及方法，具體涉及現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]現澆X型樁技術利用一種截面為X型的鋼模代替傳統的沉管灌注樁圓型鋼模，從而澆注成X型的現澆混凝土樁。與截面面積相同的傳統圓樁樁型相比，X型樁的截面周長明顯增大，單位材料的比表面積也顯著增大。從而，達到了節省樁身材料，提高單位體積材料承載力的目的。現在對樁基樁身變形的測量主要還是點式檢測，即在樁身鋼筋籠上預埋應變計如鋼筋計、應變片或埋設應力計、位移計等，通過測量各點的應變值，獲得樁身應變、應力分布曲線。但是點式測量方法有很多缺點，如屬于不連續性檢測，容易漏檢；埋入的電子元器件在混凝土澆注過程中容易失效；零星的點數據很難全面反映樁身質量及樁與地層各分層間作用規律；為了提高檢測精度，安置較多的傳感器又會因為太多的引出導線影響到樁身結構及承載力等。由于現澆X型樁樁身變形對于掌握該新型樁的樁土作用和樁基承載機理具有重要作用，但受限于傳統的技術手段，目前還缺少全面可靠和簡易方便的方法。
[0003]布里淵散射光時域反射技術(簡稱B0TDR)是一種分布式的光纖應變監測技術,利用分析光纖中后散射光的方法測量光纖傳輸損耗和各種結構缺陷引起的結構型損耗，通過顯示損耗(散射)與長度的關系，來測量外界信號場分布于光纖上的擾動信息。隨著光纖傳感監測技術的不斷發展，一根傳感光纖既能感應應變又能傳輸信號，形成分布式應變傳感器。基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術，具有耐久性好、無零點漂移、不帶電工作、抗電磁干擾、傳輸帶寬大等凸出優點，可以實現對待測參數的連續分布式監測，目前在土木、水利、電力、交通、石化、海洋等領域推廣運用，但現澆X型樁樁身變形分布式測量方法和技術尚未見到。
【發明內容】
[0004]為了彌補了現澆X型樁樁身變形監測現存技術中存在的不連續性檢測、容易漏檢、電子元器件易損壞等問題，本發明提供了的解決方案如下:
一種現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，包括現澆X型樁、光纖應變測試儀、鋼筋和單模光纖，所述的單模光纖鋪設在鋼筋內部，所述的鋼筋澆筑在現澆X型樁的外邊緣，所述的光纖應變測試儀和單模光纖相連接。
[0005]優選的，所述的鋼筋為U型。
[0006]優選的，所述的單模光纖傳感器通過膠水鋪設在鋼筋內部。
[0007]優選的，所述的膠水為單組室溫固化的溶液膠。
[0008]優選的，所述的單模光纖和鋼筋各有4根，并均勻地布設在所述的現澆X型樁外邊緣。
[0009]優選的，所述的單模光纖位于現澆X型樁外邊緣的凹陷部位和凸出部位。[0010]優選的，所述的現澆X型樁橫截面呈X形，所述的單模光纖傳感器的規格為9/125um，所述的鋼筋的直徑為8mm。
[0011]本發明還提供了一種利用上述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置進行現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，包括以下步驟:
1)在所述的鋼筋表面開槽，然后在槽內涂抹膠水，將所述的單模光纖布設在鋼筋的槽內；將鋪設有單模光纖的鋼筋放入現澆X型樁內，布設有光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，利用布里淵光時域反射技術，通過布設在現澆X型樁外邊緣的鋼筋內的單模光纖，在光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光；
2)分析布里淵背向散射光的功率，完成所述的單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，測量光纖的變形，所述的單模光纖的變形與現澆X型樁樁身的變形保持一致，從而可得待測現澆X型樁的變形。
[0012]本發明還提供了一種利用上述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置進行現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)布設有光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的初始數據；
2)在現澆X型樁受力之后，再次采用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的數
據；
3)將上述步驟2)和I)中的兩次數據做差，兩次數據之差即為現澆X型樁受力后所產生的應變值，根據應變值推算出現澆X型樁所受的外力及產生的變形量。
[0013]本發明的有益效果如下:
本發明提供了一種新的現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，它可以彌補現澆X型樁樁身變形監測現存技術中存在的不足，實現高效、便捷及真正意義上的連續性測量，該監測系統非但不影響混凝土樁的強度，反而會增加混凝土樁的強度，并且顯著提高了光纖傳感器的存活率；另外，還具有操作方便、施工工藝簡單等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為光纖在鋼筋上的鋪設圖
圖2為布設有光纖的現澆X型樁橫截面圖 圖3為現澆X型樁的A-A剖面圖 圖4為現澆X型樁的B-B剖面圖 圖中:1、現澆X型樁，2、單模光纖，3、鋼筋，4、膠水。
【具體實施方式】
[0015]為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0017]如圖1和2所示，本發明的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，包括現澆X型樁、光纖應變測試儀、鋼筋和單模光纖，單模光纖鋪設在鋼筋內部，鋼筋澆筑在現澆X型樁的外邊緣，光纖應變測試儀和單模光纖相連接。
[0018]如圖3和4所示，在鋼筋的中間位置把鋼筋彎曲成U型。單模光纖通過膠水鋪設在鋼筋內部。膠水為單組室溫固化的溶液膠。單模光纖和鋼筋各有4根，并均勻地布設在所述的現澆X型樁外邊緣。單模光纖位于現澆X型樁外邊緣的凹陷部位和凸出部位。
[0019]現澆X型樁橫截面呈X形，單模光纖的規格為9/125um，鋼筋的直徑為8mm。
[0020]下面說明現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，包括以下步驟:
1)在所述的鋼筋表面開槽，然后在槽內涂抹膠水，將所述的單模光纖布設在鋼筋的槽內，檢查鋪設情況，做到沒有光纖隆起或者漏膠；將鋪設有單模光纖的鋼筋放入現澆X型樁內，布設有光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，利用布里淵光時域反射技術，通過布設在現澆X型樁外邊緣的鋼筋內的單模光纖傳感器，在光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光；
2)分析布里淵背向散射光的功率，完成所述的單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，由于布里淵頻移量與光纖的溫度和應變有關，當樁身溫度保持不變，光的布里淵頻移量與光纖應變成正比，而光纖變形與現澆X型樁樁身變形協調一致，因此可以通過測量光纖的變形，進而可得待測現澆X型樁的變形。
[0021]本發明還提供了另一種現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)布設有光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的初始數據；
2)在現澆X型樁受力之后，再次采用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的數
據；
3)將上述步驟2)和I)中的兩次數據做差，兩次數據之差即為現澆X型樁受力后所產生的應變值，根據應變值推算出現澆X型樁所受的外力及產生的變形量。
[0022]可以用如下方法把光纖布設在現澆X型樁的外邊緣:在X型鋼模打入土體之后，將事先把鋪設有單模光纖的鋼筋放到鋼模內的預定部位，然后用細鋼絲和夾具把鋼筋和鋼模固定在一起，檢查固定情況，一定要固定牢靠。然后再慢慢地燒筑混凝土，混凝土燒筑完成之后，立即校正鋼筋的布設位置和垂直度。
[0023]在上述施工過程中，一定要保證鋼筋的垂直度，盡量不要傾斜，并且布設位置一定要與設計位置相對應。完成所有工序之后一定要挨個檢查鋪設有光纖的鋼筋是否與現澆X型樁粘結牢靠，只有粘結牢靠才能保證單模光纖與現澆X型樁同步變形，測量結果才能真實可靠。
[0024]以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，包括現澆X型樁、光纖應變測試儀、鋼筋和單模光纖，所述的單模光纖鋪設在鋼筋內部，所述的鋼筋澆筑在現澆X型樁的外邊緣，所述的光纖應變測試儀和單模光纖相連接。
2.根據權利要求1所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的鋼筋為U型。
3.根據權利要求1所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的單模光纖通過膠水鋪設在鋼筋內部。
4.根據權利要求3所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的膠水為單組室溫固化的溶液膠。
5.根據權利要求2或3中任一項所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的單模光纖和鋼筋各有4根，并均勻地布設在所述的現澆X型樁外邊緣。
6.根據權利要求5所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的單模光纖位于現澆X型樁外邊緣的凹陷部位和凸出部位。
7.根據權利要求1-4中的任一項所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置，其特征在于，所述的現澆X型樁橫截面呈X形，所述的單模光纖的規格為9/125um，所述的鋼筋的直徑為8mm。
8.一種利用權利要求1-7中任一項所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置進行現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在鋼筋表面開槽，然后在槽內涂抹膠水，將單模光纖布設在鋼筋的槽內；將鋪設有單模光纖的鋼筋放入現澆X型樁內，布設有光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，利用布里淵光時域反射技術，通過布設在現澆X型樁外邊緣的鋼筋內的單模光纖，在光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光； 2)分析布里淵背向散射光的功率，完成所述的單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，測量光纖的變形，所述的單模光纖的變形與現澆X型樁樁身的變形保持一致，從而可得待測現澆X型樁的變形。
9.一種利用權利要求1-7中任一項所述的現澆X型樁樁身變形分布式測量裝置進行現澆X型樁樁身變形分布式測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)布設有單模光纖的現澆X型樁澆筑完成且達到預定強度之后，用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的初始數據； 2)在現澆X型樁受力之后，再次采用光纖應變測試儀讀取現澆X型樁內單模光纖的數據； 3)將上述步驟2)和I)中的兩次數據做差，兩次數據之差即為現澆X型樁受力后所產生的應變值，根據應變值推算出現澆X型樁所受的外力及產生的變形量。
【文檔編號】G01B11/16GK103759665SQ201410013632
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】高磊, 李明坤, 劉漢龍, 余湘娟, 劉和文 申請人:河海大學