預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統及集成方法
【專利摘要】一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,屬于建筑技術領域。將一種或一種以上傳感器植入預制裝配式構件內部,將傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,待各構件現場裝配完畢后,在裝修施工過程中,再將各傳感器通過構件的傳感器通信接口連接至監測系統分析終端,從而使構件的各種結構信息通過上述傳感器向監測系統終端傳遞。本發明將傳感器布置與監測系統的搭建內嵌于裝配式混凝土結構的建造流程之中,可實現傳感器植入的構件化,構件傳感功能的定制化、標準化,結構健康監測系統的裝配化、集成化。
【專利說明】
預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統及集成方法
技術領域
[0001]本發明屬于建筑技術領域,特別是涉及一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統及集成方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展,光纖光柵傳感器逐漸應用到鋼筋混凝土結構的健康監測中,已開發出了諸如光纖光柵應變片、光纖光柵加速度計、光纖光柵位移計、光線光柵溫度傳感器等性能各異的光纖傳感產品,與傳統的電類傳感器相比,光纖光柵傳感器具有以下優點:
[0003]1.抗電磁干擾、靈敏度高、耐腐蝕、防水等優點。
[0004]2.光纖光柵集傳感與傳輸于一體,易于埋入材料內部。同時,體積較小,便于貼敷在結構的表面,在不改變結構的整體性的前提下,實現對溫度、應變等物理量的準確測量。
[0005]3.光纖光柵傳感器應用在土木工程結構的健康監測中具有精度高、距離遠、分布廣、有效時間長特點,具有很大的使用前途和發展空間。
[0006]目前,在建筑工程領域,基于光纖光柵傳感技術的結構健康監測系統主要應用于現澆式鋼筋混凝土結構中,實現方法主要有兩種:①伴隨現場施工過程,將光纖光柵傳感器埋置于各構件的關鍵位置處,并沿鋼筋進行走線;②現場混凝土澆筑施工完畢后,采用鉆孔等方式進行傳感器的埋置,并沿構件表面進行走線。
[0007]上述應用于現澆鋼筋混凝土結構中的光纖光柵健康監測系統尚存在以下困難:①現場施工條件惡劣,在振搗混凝土時,極易導致光纖光柵傳感器以及傳播信號的光纖走線的大量損壞,生存率極低;②現澆鋼筋混凝土結構無法在澆筑過程中準確便利地定位傳感器,或可因混凝土振搗致使傳感器移位,難以保證結構關鍵構件受力信息準確及時的提取;③如整體施工完畢后進行系統搭設,不但傳感器的安裝會對結構產生附加損傷,走線亦不好隱藏并容易與裝修發生沖突。
【發明內容】
[0008]針對上述存在的技術問題,本發明提供一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統及集成方法,本發明在裝配式混凝土結構的建造流程中,將傳感器布置與監測系統的搭建內嵌于裝配式混凝土結構中,可實現傳感器植入的構件化,構件傳感功能的定制化、標準化,結構健康監測系統的裝配化、集成化。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0010]本發明一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,將一種或一種以上傳感器植入預制裝配式構件內部,將傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,待各構件現場裝配完畢后,在裝修施工過程中,再將各傳感器通過構件的傳感器通信接口連接至監測系統分析終端,從而使構件的各種結構信息通過上述傳感器向監測系統終端傳遞。
[0011 ] 進一步地,所述傳感器為溫度傳感器、混凝土應變傳感器、鋼筋應變傳感器或加速度傳感器。
[0012]進一步地,所述預制的裝配式混凝土構件為預制疊合板構件、預制梁構件、預制剪力墻構件或預制柱構件。
[0013]一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統,在預制的裝配式混凝土構件中預置一種或一種以上傳感器,所述傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,測試時,各傳感器通過光纖傳導或者電傳導方式接入到監測系統分析終端,構成健康監測系統。
[0014]進一步地,所述傳感器為采用光纖傳導或者電傳導方式的溫度傳感器、混凝土應變傳感器、鋼筋應變傳感器或加速度傳感器。
[0015]進一步地,所述預制的裝配式混凝土構件為預制疊合板構件、預制梁構件、預制剪力墻構件或預制柱構件。
[0016]本發明的有益效果為:
[0017]1.本發明將結構健康監測系統的建立過程與裝配式混凝土結構的工業化建造技術相協調,將結構健康監測系統的傳感器埋置與整個監測系統連接進行過程分解:①傳感器的安裝融入預制構件的工廠生產之中;②將系統連接過程放在整體結構裝配完成之后進行(可同步于裝修過程)。由此,可以最大限度地提高傳感器的植入成活率,避免走線與其它建筑設備、管線的沖突。
[0018]2.預制構件首先在預制構件廠制作后再吊裝運輸到施工現場。預制構件廠廠房內施工環境優良,模具清洗干凈,模具上的預埋件、預留孔位置準確安裝牢靠,混凝土澆筑工人培訓水平高,在澆筑過程中較現場施工相比能最大限度地避免對傳感器的破壞,保證了光纖光柵傳感器的生存率以及在構件內部走線的合理、安全。
[0019]3.預制構件獨立制作完整,可以在不同預制構件中布置不同的光纖光柵傳感器,能夠完成構件層面的應力、應變、加速度等結構信息的提取,可以根據需要生產出裝備不同結構信息獲取功能的光纖光柵傳感模塊構件,再根據建筑結構的監測要求進行合理組合搭配。因此,可極大地提高傳感器配置及使用靈活度,可實現結構健康監測系統功能的定制化、模塊化。
[0020]4.預制裝配整體式混凝土結構的工廠構件化生產方式及現場拼裝工藝,為基于光纖光柵傳感技術的建筑結構健康監測系統搭建找到新的契合點。將傳感器布置與監測系統的搭建內嵌于裝配式混凝土結構的建造流程之中,可實現傳感器植入的構件化,構件傳感功能的定制化、標準化,結構健康監測系統的裝配化、集成化。
【附圖說明】
[0021]圖1為預制疊合板構件的典型傳感器接口布置及內部傳感器布置圖。
[0022]圖2為預制梁構件的典型傳感器接口布置及內部傳感器布置圖。
[0023]圖3為預制剪力墻構件的典型傳感器接口布置及內部傳感器布置圖。
[0024]圖4為預制柱構件的典型傳感器接口布置及內部傳感器布置圖。
[0025]圖5為預制裝配式混凝土結構的光纖光柵健康監測系統整體構成圖。
[0026]圖中:1.預制疊合板構件,2.鋼筋應變傳感器,3.加速度傳感器,4.光纖接出端口,
5.混凝土應變傳感器,6.預制梁構件,7.預制剪力墻構件,8.溫度傳感器,9.預制柱構件。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。
[0028]實施例1:如圖1-圖5所示,本發明一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,將一種或一種以上傳感器植入預制裝配式構件內部,將傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,待各構件現場裝配完畢后,在裝修施工過程中,再將各傳感器通過構件的傳感器通信接口連接至監測系統分析終端,從而使構件的各種結構信息通過上述傳感器向監測系統終端傳遞。
[0029]本發明預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統,在預制的裝配式混凝土構件中預置一種或一種以上傳感器,所述傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,測試時,各傳感器通過光纖傳導或者電傳導方式接入到監測系統分析終端,構成健康監測系統。
[0030]所述傳感器為采用光纖傳導或者電傳導方式的溫度傳感器8、混凝土應變傳感器
5、鋼筋應變傳感器2或加速度傳感器3。
[0031]所述預制的裝配式混凝土構件為預制疊合板構件1、預制梁構件6、預制剪力墻構件7或預制柱構件9。
[0032]圖1為預制疊合樓板的光纖光柵傳感器布置示意圖。傳感器類型、位置及數量均可以根據需要進行組合,進而形成具有不同傳感功能的定制化疊合樓板構件。圖1由疊合板剖面(波浪線上半部分)及疊合板底面(波浪線下半部分)合成予以說明。圖中上半部的疊合板剖面示意了典型傳感器在板內部的布設情況。在工廠澆筑預制樓板的過程中,將用以監測樓板豎向振動舒適度的加速度傳感器布置在預制樓板跨中及距離板邊緣一定安全距離(以不影響板構件的裝配施工為限)的各位置處;在板內鋼筋外表面可設置鋼筋應變傳感器;將上述加速度傳感器和鋼筋應變傳感器等定制化傳感元件沿板內鋼筋進行走線,最終連接到光纖接出端口處。在圖中下半部的板底面,即疊合板桁架筋面的對面,距離板邊緣一定安全距離設置光纖接出端口。這樣,構件端口及用以形成整個監測系統的構件外部走線可隱藏于板底面的裝修吊頂層內部,便于協調裝修層內部設備及各種管線可能存在的碰撞和沖關O
[0033]圖2為預制梁的傳感器布置系統,由左半部的梁剖面和右半部的梁表面合成予以說明。在梁的跨中和支座兩端鋼筋外表面等鋼筋應力較大處可粘貼鋼筋應變傳感器;在梁跨中或靠近梁端部等混凝土受拉或受壓區域可設置混凝土應變傳感器;在梁端部的連接器(如套筒等)表面可貼敷應變傳感器;并將光纖走線用細導管沿縱向鋼筋連接至梁外表面的光纖接出端口處。預制梁的的光纖接出端口要考慮到施工裝配的要求,以能夠方便外接走線、且不與其它設備或管線產生碰撞或沖突為要務進行設置。
[0034]圖3為預制剪力墻的傳感器布置系統,由左半部的墻剖面和右半部的墻表面合成予以說明。可以選擇在預制剪力墻的中部及四個邊角處的墻筋表面粘貼鋼筋應變傳感器;如外墻可設置溫度傳感器用于監測預制剪力墻體沿厚度方向的溫度變化;在墻上下端部的連接器(如套筒等)表面可貼敷應變傳感器;并可設置混凝土應變傳感器監測預制剪力墻體的混凝土應變。在剪力墻距離邊緣一定安全距離處設置接出端口,方便與構件外部的系統走線進行連接,且同樣要避免與其它設備或管線的碰撞和沖突。
[0035]圖4為預制柱的傳感器布置系統,由上半部的柱剖面和下半部的柱表面合成予以說明。在預制柱的中部、端部等關鍵受力位置的鋼筋外表面可粘貼鋼筋應變傳感器;在柱端部的連接器(如套筒等)表面可貼敷應變傳感器;在柱中部可布置混凝土應變傳感器用于監測柱軸向壓應變。走線及光纖接出端口的位置選擇原則同上。
[0036]圖5為本預制裝配式混凝土結構的光纖光柵健康監測系統構成圖。本裝配式混凝土結構健康監測系統通過在預制構件內部富于個性化、模塊化地按需布置相應傳感器組,傳播信號的光纖走線在構件內部通過細導管連接至構件外表面的光纖接出端口。待整體結構裝配拼裝完成后,在結構裝修階段同步進行各傳感構件間的構件外連接及與光纖光柵傳感主控系統的連接,從而形成整個裝配式建筑結構的健康監測系統。通過此種系統集成方法,使得各種傳感器可以根據需求布置在相應的預制構件中,自由組合,按需配置,實現整個健康監測系統的構件化、裝配化及集成化,能最大限度地保證光纖傳感器的生存率及監測系統的穩定、1?效D
【主權項】
1.一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,其特征在于:將一種或一種以上傳感器植入預制裝配式構件內部,將傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,待各構件現場裝配完畢后,在裝修施工過程中,再將各傳感器通過構件的傳感器通信接口連接至監測系統分析終端,從而使構件的各種結構信息通過上述傳感器向監測系統終端傳遞。2.根據權利要求1所述預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,其特征在于:所述傳感器為溫度傳感器、混凝土應變傳感器、鋼筋應變傳感器或加速度傳感器。3.根據權利要求1所述預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統的集成方法,其特征在于:所述預制的裝配式混凝土構件為預制疊合板構件、預制梁構件、預制剪力墻構件或預制柱構件。4.一種預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統,其特征在于:在預制的裝配式混凝土構件中預置一種或一種以上傳感器,所述傳感器通信接口置于預制的裝配式混凝土構件的表面,測試時,各傳感器通過光纖傳導或者電傳導方式接入到監測系統分析終端,構成健康監測系統。5.根據權利要求4所述預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統,其特征在于:所述傳感器為采用光纖傳導或者電傳導方式的溫度傳感器、混凝土應變傳感器、鋼筋應變傳感器或加速度傳感器。6.根據權利要求4所述預制裝配式混凝土體系的結構健康監測系統,其特征在于:所述預制的裝配式混凝土構件為預制疊合板構件、預制梁構件、預制剪力墻構件或預制柱構件。
【文檔編號】G01D21/02GK106017568SQ201610525473
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】金嶠, 王傳克, 孫麗, 張皓, 王建超, 喬學文, 張蕾, 蔡依清
【申請人】沈陽建筑大學