一種分布式測量現澆x型混凝土樁樁身溫度的裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置及方法，該裝置包括現澆X型樁、單模光纖、硬性直管和熱敏材料，所述的單模光纖鋪設在硬性直管內部，單模光纖的底端和頂端固定在硬性直管上，在所述的單模光纖和硬性直管之間填充熱敏材料，所述的硬性直管設置在現澆X型樁的外邊緣。該方法首先把單模光纖放在硬性直管內，采用軟夾夾住光纖，把單模光纖的底端和頂端均固定在硬性直管上，在單模光纖和硬性直管之間空隙處填充熱敏材料。然后把封裝好的內部鋪設光纖的硬性直管澆筑在現澆X型樁的外邊緣，在現澆X型樁的外邊緣布設8根光纖，分別位于凹陷處和凸起處。本發明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。
【專利說明】一種分布式測量現澆X型混凝土粧粧身溫度的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混凝土樁的溫度測量裝置及方法，具體涉及一種分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置及方法。
【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。現在對樁身溫度的測量主要還是點式測量，即在樁身預埋電阻式或熱電偶式溫度傳感器，通過測量各點的溫度值，獲得樁身溫度。但是點式測量方法有很多缺點，如不連續測量，容易漏檢；埋入的溫度傳感器在混凝土澆注過程中容易損壞；為了提高監測精度，安置較多的溫度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，且易受電磁場干擾和遇水容易失效。但是現澆X型混凝土樁樁身溫度的監測對于分析樁身混凝土的水化熱和樁土之間的溫度具有重要意義，但受限于傳統的技術手段，目前還缺少準確可靠和方便快捷的方法。
[0003]布里淵散射光時域反射技術(簡稱B0TDR)是一種光纖溫度分布式測量技術，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。隨著光纖傳感解調技術(BODTR)的不斷發展，一根傳感光纜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測量，目前在土木、水利、電力、交通、石化、海洋等領域推廣運用，但分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的方法尚未見到。
【發明內容】
[0004]為了彌補現澆X型混凝土樁樁身溫度現存技術中存在的不足，提供一種精確、高效、便捷及實現真正意義上連續性監測樁身溫度的裝置和方法。
[0005]本發明的解決方案是提供一種分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，包括現澆X型樁、單模光纖、硬性直管和熱敏材料，所述的單模光纖鋪設在硬性直管內部，單模光纖的底端和頂端固定在硬性直管上，在所述的單模光纖和硬性直管之間填充熱敏材料，所述的硬性直管設置在現澆X型樁的外邊緣。
[0006]優選的，所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置還包括軟夾，所述的單模光纖的底端和頂端通過軟夾固定在所述的硬性直管上。
[0007]優選的，所述的硬性直管具有良好的導熱性。
[0008]優選的，所述的具有良好導熱性的硬性直管為鋼質直管。
[0009]優選的，所述的單模光纖和硬性直管各有8根，并均勻地布設在所述的現澆X型樁外邊緣。
[0010]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。
[0011]優選的，所述的單模光纖和硬性直管之間的熱敏材料具有良好的導熱性能，所述的熱敏材料使所述的現澆X型混凝土樁的樁身溫度與硬性直管內的單模光纖溫度變化規
律一致。
[0012]優選的，該裝置還包括光纖數據采集儀器，所述的光纖數據采集儀器和單模光纖相連接。
[0013]優選的，所述的現澆X型樁橫截面呈X形狀，所述的單模光纖的規格為9/125um，所述的硬性直管的直徑為6mm。
[0014]本發明還提供一種利用上述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置進行分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的方法，包括以下步驟:
1)將單模光纖鋪設在硬性直管內，采用軟夾夾住單模光纖，把單模光纖的底端和頂端均固定在硬性直管上，使單模光纖在硬性直管內自然伸展；
2)在單模光纖和硬性直管之間空隙處填充熱敏材料；
3)將內部鋪設單模光纖的硬性直管澆筑在現澆X型樁的外邊緣；
4)利用布里淵光時域反射技術，通過光纖數據采集儀器在所述的單模光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光；
5)分析步驟4)中的布里淵背向散射光的功率，通過光纖數據采集儀完成對單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，測得單模光纖溫度的變化，進而可得待測現澆X型樁的樁身溫度。由于布里淵光時域反射技術采用光纖傳感器，既可以測量應變又可以測量溫度，當應變保持不變，即光纖不受力時，光纖傳感器的頻移僅受溫度影響，即可測得光纖溫度的變化。
[0015]本發明的有益效果如下:
本發明提供了一種新的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的方法，它彌補了現澆X型混凝土樁樁身溫度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樁身溫度，該方法非但不影響混凝土樁的強度，并且顯著提高了光纖傳感器的存活率；還具有操作方便、施工工藝簡單等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的單模光纖在硬性直管內的鋪設圖 圖2為本發明的布設有單模光纖的現澆X型樁橫截面圖 圖3為本發明的現澆X型樁的A-A剖面圖
圖4為本發明的現澆X型樁的B-B剖面圖
圖中:1、現澆X型樁，2、單模光纖，3、硬性直管，4、軟夾，5、熱敏材料。
【具體實施方式】
[0017]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。
[0018]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。
[0019]如圖1-4所示，本發明的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，包括現澆X型樁1、單模光纖2、硬性直管3和熱敏材料5，單模光纖2鋪設在硬性直管3內部，單模光纖2的底端和頂端固定在硬性直管3上，在單模光纖2和硬性直管3之間填充熱敏材料5，硬性直管3設置在現澆X型樁I的外邊緣。分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置還包括軟夾4，單模光纖2的底端和頂端通過軟夾4固定在所述的硬性直管3上。硬性直管3具有良好的導熱性。具有良好導熱性的硬性直管3為鋼質直管。單模光纖2和硬性直管3各有8根，并均勻地布設在所述的現澆X型樁外邊緣。單模光纖2位于現澆X型樁外邊緣的凹陷部位和凸出部位。單模光纖2和硬性直管3之間的熱敏材料5具有良好的導熱性能，熱敏材料5使現澆X型混凝土樁I的樁身溫度與硬性直管3內的單模光纖2溫度變化規律一致。該裝置還包括光纖數據采集儀器，光纖數據采集儀器和單模光纖2相連接。
[0020]現澆X型樁橫截面呈X形狀，單模光纖的規格為9/125um，硬性直管的直徑為6mm。
[0021]下面說明分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的方法，包括以下步驟:
1)將單模光纖鋪設在硬性直管內，采用軟夾夾住單模光纖，把單模光纖的底端和頂端均固定在硬性直管上，使單模光纖在硬性直管內自然伸展；
2)在單模光纖和硬性直管之間空隙處填充熱敏材料；
3)將內部鋪設單模光纖的硬性直管澆筑在現澆X型樁的外邊緣；
4)利用布里淵光時域反射技術，通過光纖數據采集儀器在所述的單模光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光；
5)分析步驟4)中的布里淵背向散射光的功率，通過光纖數據采集儀完成對單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，測得單模光纖溫度的變化，進而可得待測現澆X型樁的樁身溫度。由于布里淵光時域反射技術采用光纖傳感器，既可以測量應變又可以測量溫度，當應變保持不變，即光纖不受力時，光纖傳感器的頻移僅受溫度影響，即可測得光纖溫度的變化。
[0022]用如下方法把光纖布設在現澆X型樁的外邊緣:本發明首先把單模光纖放在硬性直管內，采用軟夾夾住光纖，把單模光纖的底端和頂端均固定在硬性直管上，使光纖在硬性直管內自然伸展，不受外力，在單模光纖和硬性直管之間空隙處填充熱敏材料。
[0023]在X型樁的鋼模打入土體之后，事先把鋪設有單模光纖的硬性直管放到鋼模內的預定部位，然后用細鋼絲和夾具把硬性直管和鋼模固定在一起，檢查固定情況，一定要固定牢靠。然后再慢慢地澆筑混凝土，混凝土澆筑完成之后，立即校正硬性直管的布設位移和垂直度。
[0024]在上述施工過程中，一定要保證硬性直管的垂直度，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單模光纖的硬性直管是否與現澆X型樁粘結牢靠，只有粘結牢靠才能保證單模光纖對現澆X型混凝土樁樁身溫度的測量結果真實可靠。[0025]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】
1.一種分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，包括現澆X型樁、單模光纖、硬性直管和熱敏材料，所述的單模光纖鋪設在硬性直管內部，單模光纖的底端和頂端固定在硬性直管上，在所述的單模光纖和硬性直管之間填充熱敏材料，所述的硬性直管設置在現澆X型樁的外邊緣。
2.根據權利要求1所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置還包括軟夾，所述的單模光纖的底端和頂端通過軟夾固定在所述的硬性直管上。
3.根據權利要求2所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的硬性直管具有良好的導熱性。
4.根據權利要求3所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的具有良好導熱性的硬性直管為鋼質直管。
5.根據權利要求2或3中任一項所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的單模光纖和硬性直管各有8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所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，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所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的單模光纖和硬性直管之間的熱敏材料具有良好的導熱性能，所述的熱敏材料使所述的現澆X型混凝土樁的樁身溫度與硬性直管內的單模光纖溫度變化規律一致。
8.根據權利要求1所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，該裝置還包括光纖數據采集儀器，所述的光纖數據采集儀器和單模光纖相連接。
9.根據權利要求1-4中的任一項所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置，其特征在于，所述的現澆X型樁橫截面呈X形狀，所述的單模光纖的規格為9/125um，所述的硬性直管的直徑為6mm。
10.一種利用權利要求1-9中任一項所述的分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的裝置進行分布式測量現澆X型混凝土樁樁身溫度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將單模光纖鋪設在硬性直管內，采用軟夾夾住單模光纖，把單模光纖的底端和頂端均固定在硬性直管上，使單模光纖在硬性直管內自然伸展； 2)在單模光纖和硬性直管之間空隙處填充熱敏材料； 3)將內部鋪設單模光纖的硬性直管澆筑在現澆X型樁的外邊緣； 4)利用布里淵光時域反射技術，通過光纖數據采集儀器在所述的單模光纖的脈沖光入射端接收布里淵背向散射光； 5)分析步驟4)中的布里淵背向散射光的功率，通過光纖數據采集儀完成對單模光纖上各點布里淵頻移的測量和定位，測得單模光纖溫度的變化，進而可得待測現澆X型樁的樁身溫度。
【文檔編號】G01K11/32GK103759854SQ201410013711
【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, 劉漢龍, 李明坤, 余湘娟, 劉和文 申請人:河海大學