預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及集成方法
【專利摘要】一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成方法，屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域。將一種或一種以上傳感器植入預(yù)制裝配式構(gòu)件內(nèi)部，將傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，待各構(gòu)件現(xiàn)場裝配完畢后，在裝修施工過程中，再將各傳感器通過構(gòu)件的傳感器通信接口連接至監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，從而使構(gòu)件的各種結(jié)構(gòu)信息通過上述傳感器向監(jiān)測系統(tǒng)終端傳遞。本發(fā)明將傳感器布置與監(jiān)測系統(tǒng)的搭建內(nèi)嵌于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的建造流程之中，可實(shí)現(xiàn)傳感器植入的構(gòu)件化，構(gòu)件傳感功能的定制化、標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的裝配化、集成化。
【專利說明】
預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及集成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及集成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，光纖光柵傳感器逐漸應(yīng)用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中，已開發(fā)出了諸如光纖光柵應(yīng)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(chǎn)品，與傳統(tǒng)的電類傳感器相比，光纖光柵傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0003]1.抗電磁干擾、靈敏度高、耐腐蝕、防水等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]2.光纖光柵集傳感與傳輸于一體，易于埋入材料內(nèi)部。同時，體積較小，便于貼敷在結(jié)構(gòu)的表面，在不改變結(jié)構(gòu)的整體性的前提下，實(shí)現(xiàn)對溫度、應(yīng)變等物理量的準(zhǔn)確測量。
[0005]3.光纖光柵傳感器應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中具有精度高、距離遠(yuǎn)、分布廣、有效時間長特點(diǎn)，具有很大的使用前途和發(fā)展空間。
[0006]目前，在建筑工程領(lǐng)域，基于光纖光柵傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)主要應(yīng)用于現(xiàn)澆式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種:①伴隨現(xiàn)場施工過程，將光纖光柵傳感器埋置于各構(gòu)件的關(guān)鍵位置處，并沿鋼筋進(jìn)行走線;②現(xiàn)場混凝土澆筑施工完畢后，采用鉆孔等方式進(jìn)行傳感器的埋置，并沿構(gòu)件表面進(jìn)行走線。
[0007]上述應(yīng)用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的光纖光柵健康監(jiān)測系統(tǒng)尚存在以下困難:①現(xiàn)場施工條件惡劣，在振搗混凝土?xí)r，極易導(dǎo)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(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無法在澆筑過程中準(zhǔn)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(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件受力信息準(zhǔn)確及時的提?。虎廴缯w施工完畢后進(jìn)行系統(tǒng)搭設(shè)，不但傳感器的安裝會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加損傷，走線亦不好隱藏并容易與裝修發(fā)生沖突。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及集成方法，本發(fā)明在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的建造流程中，將傳感器布置與監(jiān)測系統(tǒng)的搭建內(nèi)嵌于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，可實(shí)現(xiàn)傳感器植入的構(gòu)件化，構(gòu)件傳感功能的定制化、標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的裝配化、集成化。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成方法，將一種或一種以上傳感器植入預(yù)制裝配式構(gòu)件內(nèi)部，將傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，待各構(gòu)件現(xiàn)場裝配完畢后，在裝修施工過程中，再將各傳感器通過構(gòu)件的傳感器通信接口連接至監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，從而使構(gòu)件的各種結(jié)構(gòu)信息通過上述傳感器向監(jiān)測系統(tǒng)終端傳遞。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述傳感器為溫度傳感器、混凝土應(yīng)變傳感器、鋼筋應(yīng)變傳感器或加速度傳感器。
[0012]進(jìn)一步地，所述預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件為預(yù)制疊合板構(gòu)件、預(yù)制梁構(gòu)件、預(yù)制剪力墻構(gòu)件或預(yù)制柱構(gòu)件。
[0013]一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，在預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件中預(yù)置一種或一種以上傳感器，所述傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，測試時，各傳感器通過光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式接入到監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，構(gòu)成健康監(jiān)測系統(tǒng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述傳感器為采用光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式的溫度傳感器、混凝土應(yīng)變傳感器、鋼筋應(yīng)變傳感器或加速度傳感器。
[0015]進(jìn)一步地，所述預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件為預(yù)制疊合板構(gòu)件、預(yù)制梁構(gòu)件、預(yù)制剪力墻構(gòu)件或預(yù)制柱構(gòu)件。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017]1.本發(fā)明將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的建立過程與裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化建造技術(shù)相協(xié)調(diào)，將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器埋置與整個監(jiān)測系統(tǒng)連接進(jìn)行過程分解:①傳感器的安裝融入預(yù)制構(gòu)件的工廠生產(chǎn)之中；②將系統(tǒng)連接過程放在整體結(jié)構(gòu)裝配完成之后進(jìn)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(shè)備、管線的沖突。
[0018]2.預(yù)制構(gòu)件首先在預(yù)制構(gòu)件廠制作后再吊裝運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。預(yù)制構(gòu)件廠廠房內(nèi)施工環(huán)境優(yōu)良，模具清洗干凈，模具上的預(yù)埋件、預(yù)留孔位置準(zhǔn)確安裝牢靠，混凝土澆筑工人培訓(xùn)水平高，在澆筑過程中較現(xiàn)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(gòu)件內(nèi)部走線的合理、安全。
[0019]3.預(yù)制構(gòu)件獨(dú)立制作完整，可以在不同預(yù)制構(gòu)件中布置不同的光纖光柵傳感器，能夠完成構(gòu)件層面的應(yīng)力、應(yīng)變、加速度等結(jié)構(gòu)信息的提取，可以根據(jù)需要生產(chǎn)出裝備不同結(jié)構(gòu)信息獲取功能的光纖光柵傳感模塊構(gòu)件，再根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)測要求進(jìn)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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)功能的定制化、模塊化。
[0020]4.預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的工廠構(gòu)件化生產(chǎn)方式及現(xiàn)場拼裝工藝，為基于光纖光柵傳感技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)搭建找到新的契合點(diǎn)。將傳感器布置與監(jiān)測系統(tǒng)的搭建內(nèi)嵌于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的建造流程之中，可實(shí)現(xiàn)傳感器植入的構(gòu)件化，構(gòu)件傳感功能的定制化、標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的裝配化、集成化。
【附圖說明】
[0021]圖1為預(yù)制疊合板構(gòu)件的典型傳感器接口布置及內(nèi)部傳感器布置圖。
[0022]圖2為預(yù)制梁構(gòu)件的典型傳感器接口布置及內(nèi)部傳感器布置圖。
[0023]圖3為預(yù)制剪力墻構(gòu)件的典型傳感器接口布置及內(nèi)部傳感器布置圖。
[0024]圖4為預(yù)制柱構(gòu)件的典型傳感器接口布置及內(nèi)部傳感器布置圖。
[0025]圖5為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的光纖光柵健康監(jiān)測系統(tǒng)整體構(gòu)成圖。
[0026]圖中:1.預(yù)制疊合板構(gòu)件，2.鋼筋應(yīng)變傳感器，3.加速度傳感器，4.光纖接出端口，
5.混凝土應(yīng)變傳感器，6.預(yù)制梁構(gòu)件，7.預(yù)制剪力墻構(gòu)件，8.溫度傳感器，9.預(yù)制柱構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例1:如圖1-圖5所示，本發(fā)明一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成方法，將一種或一種以上傳感器植入預(yù)制裝配式構(gòu)件內(nèi)部，將傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，待各構(gòu)件現(xiàn)場裝配完畢后，在裝修施工過程中，再將各傳感器通過構(gòu)件的傳感器通信接口連接至監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，從而使構(gòu)件的各種結(jié)構(gòu)信息通過上述傳感器向監(jiān)測系統(tǒng)終端傳遞。
[0029]本發(fā)明預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，在預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件中預(yù)置一種或一種以上傳感器，所述傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，測試時，各傳感器通過光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式接入到監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，構(gòu)成健康監(jiān)測系統(tǒng)。
[0030]所述傳感器為采用光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式的溫度傳感器8、混凝土應(yīng)變傳感器
5、鋼筋應(yīng)變傳感器2或加速度傳感器3。
[0031]所述預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件為預(yù)制疊合板構(gòu)件1、預(yù)制梁構(gòu)件6、預(yù)制剪力墻構(gòu)件7或預(yù)制柱構(gòu)件9。
[0032]圖1為預(yù)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(shù)量均可以根據(jù)需要進(jìn)行組合，進(jìn)而形成具有不同傳感功能的定制化疊合樓板構(gòu)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(nèi)部的布設(shè)情況。在工廠澆筑預(yù)制樓板的過程中，將用以監(jiān)測樓板豎向振動舒適度的加速度傳感器布置在預(yù)制樓板跨中及距離板邊緣一定安全距離(以不影響板構(gòu)件的裝配施工為限)的各位置處;在板內(nèi)鋼筋外表面可設(shè)置鋼筋應(yīng)變傳感器;將上述加速度傳感器和鋼筋應(yīng)變傳感器等定制化傳感元件沿板內(nèi)鋼筋進(jìn)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(shè)置光纖接出端口。這樣，構(gòu)件端口及用以形成整個監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)件外部走線可隱藏于板底面的裝修吊頂層內(nèi)部，便于協(xié)調(diào)裝修層內(nèi)部設(shè)備及各種管線可能存在的碰撞和沖關(guān)O
[0033]圖2為預(yù)制梁的傳感器布置系統(tǒng)，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(yīng)力較大處可粘貼鋼筋應(yīng)變傳感器;在梁跨中或靠近梁端部等混凝土受拉或受壓區(qū)域可設(shè)置混凝土應(yīng)變傳感器;在梁端部的連接器(如套筒等)表面可貼敷應(yīng)變傳感器;并將光纖走線用細(xì)導(dǎo)管沿縱向鋼筋連接至梁外表面的光纖接出端口處。預(yù)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(shè)備或管線產(chǎn)生碰撞或沖突為要務(wù)進(jìn)行設(shè)置。
[0034]圖3為預(yù)制剪力墻的傳感器布置系統(tǒng)，由左半部的墻剖面和右半部的墻表面合成予以說明?？梢赃x擇在預(yù)制剪力墻的中部及四個邊角處的墻筋表面粘貼鋼筋應(yīng)變傳感器；如外墻可設(shè)置溫度傳感器用于監(jiān)測預(yù)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(yīng)變傳感器;并可設(shè)置混凝土應(yīng)變傳感器監(jiān)測預(yù)制剪力墻體的混凝土應(yīng)變。在剪力墻距離邊緣一定安全距離處設(shè)置接出端口，方便與構(gòu)件外部的系統(tǒng)走線進(jìn)行連接，且同樣要避免與其它設(shè)備或管線的碰撞和沖突。
[0035]圖4為預(yù)制柱的傳感器布置系統(tǒng)，由上半部的柱剖面和下半部的柱表面合成予以說明。在預(yù)制柱的中部、端部等關(guān)鍵受力位置的鋼筋外表面可粘貼鋼筋應(yīng)變傳感器;在柱端部的連接器(如套筒等)表面可貼敷應(yīng)變傳感器;在柱中部可布置混凝土應(yīng)變傳感器用于監(jiān)測柱軸向壓應(yīng)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(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的光纖光柵健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖。本裝配式混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)通過在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部富于個性化、模塊化地按需布置相應(yīng)傳感器組，傳播信號的光纖走線在構(gòu)件內(nèi)部通過細(xì)導(dǎo)管連接至構(gòu)件外表面的光纖接出端口。待整體結(jié)構(gòu)裝配拼裝完成后，在結(jié)構(gòu)裝修階段同步進(jìn)行各傳感構(gòu)件間的構(gòu)件外連接及與光纖光柵傳感主控系統(tǒng)的連接，從而形成整個裝配式建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)。通過此種系統(tǒng)集成方法，使得各種傳感器可以根據(jù)需求布置在相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件中，自由組合，按需配置，實(shí)現(xiàn)整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)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(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定、1?效D
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成方法，其特征在于:將一種或一種以上傳感器植入預(yù)制裝配式構(gòu)件內(nèi)部，將傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，待各構(gòu)件現(xiàn)場裝配完畢后，在裝修施工過程中，再將各傳感器通過構(gòu)件的傳感器通信接口連接至監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，從而使構(gòu)件的各種結(jié)構(gòu)信息通過上述傳感器向監(jiān)測系統(tǒng)終端傳遞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)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(yīng)變傳感器、鋼筋應(yīng)變傳感器或加速度傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成方法，其特征在于:所述預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件為預(yù)制疊合板構(gòu)件、預(yù)制梁構(gòu)件、預(yù)制剪力墻構(gòu)件或預(yù)制柱構(gòu)件。4.一種預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:在預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件中預(yù)置一種或一種以上傳感器，所述傳感器通信接口置于預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件的表面，測試時，各傳感器通過光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式接入到監(jiān)測系統(tǒng)分析終端，構(gòu)成健康監(jiān)測系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器為采用光纖傳導(dǎo)或者電傳導(dǎo)方式的溫度傳感器、混凝土應(yīng)變傳感器、鋼筋應(yīng)變傳感器或加速度傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述預(yù)制裝配式混凝土體系的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述預(yù)制的裝配式混凝土構(gòu)件為預(yù)制疊合板構(gòu)件、預(yù)制梁構(gòu)件、預(yù)制剪力墻構(gòu)件或預(yù)制柱構(gòu)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(fā)明人】金嶠, 王傳克, 孫麗, 張皓, 王建超, 喬學(xué)文, 張蕾, 蔡依清
【申請人】沈陽建筑大學(xué)