一种有粘结预应力钢束力值监测装置
技术领域
本实用新型涉及工程结构试验测量技术领域，尤其是指一种有粘结预应力钢束力值监测装置。
背景技术
在工业与民用建筑领域，预应力钢筋混凝土结构已日益广泛地使用于各种建筑中。一般来说，预应力钢筋混凝土结构可分为有粘结预应力结构和无粘结预应力结构两种。其中，在无粘结预应力结构中，无粘结预应力钢束(或钢筋)和混凝土之间可以克服静摩擦发生滑动；而在有粘结预应力结构中，有粘结预应力钢束(或钢筋)与混凝土之间完全粘结，在受力过程中有粘结预应力钢束和混凝土之间不发生滑动。相对而言，有粘结预应力结构的整体性、耐久性和抗震性比较好，因此市场应用前景更加广泛。
在重大的预应力钢筋混凝土工程中，一般预应力的力值很高，通常多采用预应力钢束(或钢筋)，对预应力钢束的力值的监测也格外重要，同时也对测量的精度、可靠性提出了严格的要求。在现有技术中，对于无粘结预应力结构中的无粘结预应力钢束的力值，已有多种办法测量；但是，由于有粘结预应力结构中的预应力钢束与混凝土之间完全粘结，因此对于有粘结预应力结构中的有粘结预应力钢束的力值的测量还没有可靠的方法。目前，一般是在有粘结预应力结构中专门设置几根无粘结预应力钢束，然后将上述无粘结预应力钢束的力值数据作为该有粘结预应力结构中的力值数据。但是，由于无粘结预应力钢束与有粘结预应力钢束所处的介质不同，环境情况也不一致，因此很难确定两者的预应力损失是否相同，从而无法对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测。此外，在少数的工程中还使用了一种利用磁弹性法测量有粘结预应力钢束的力值的方法。但是，由于被测材料化学成分、接触磁阻、外磁路干扰等多种因素影响，因此使用该方法也无法对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测。
综上可知，在现有技术中，对有粘结预应力钢束力值的监测装置还无法测得力值沿钢束长度的分布以及该有粘结预应力钢束在整个寿期内预应力的损失量值，从而无法对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例的主要目的在于提供一种有粘结预应力钢束力值监测装置，从而可测得力值沿钢束长度的分布以及该有粘结预应力钢束在整个寿期内预应力的损失量值，使得可对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测。
为达到上述目的，本实用新型实施例中的技术方案是这样实现的：
本实用新型提供了一种有粘结预应力钢束力值监测装置，应用于预应力钢筋混凝土结构中，所述装置包括：预应力孔道波纹管和包括至少一股测量式钢绞线的有粘结预应力钢束；其中，
所述预应力孔道波纹管内部沿该预应力孔道波纹管轴向敷设有所述有粘结预应力钢束，该有粘结预应力钢束的两端分别伸出于所述预应力孔道波纹管的两端之外；且在使用状态时，所述预应力孔道波纹管内灌有水泥浆，所述预应力孔道波纹管外灌有混凝土；
所述测量式钢绞线包括至少一根圆形断面的钢丝和与所述钢丝具有相同圆形断面的光纤光栅-碳纤维应变传感器；所述光纤光栅-碳纤维应变传感器外表面涂敷有高强度结构胶，并与其相邻的钢丝胶结。
本实用新型还提供了一种钢绞线，该钢绞线包括：至少一根圆形断面的钢丝和与所述钢丝具有相同圆形断面的光纤光栅-碳纤维应变传感器；所述光纤光栅-碳纤维应变传感器外表面涂敷有高强度结构胶，并与其相邻的钢丝胶结。
综上可知，本实用新型提供了一种有粘结预应力钢束力值监测装置。由于该装置中的有粘结预应力钢束中包括至少一股测量式钢绞线，且所述测量式钢绞线中具有至少一个光纤光栅-碳纤维应变传感器，从而可测得力值沿钢束长度的分布以及该有粘结预应力钢束在整个寿期内预应力的损失量值，使得可对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的测量式钢绞线的截面示意图。
图2为本实用新型实施例中有粘结预应力钢束力值监测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细地说明。
在有粘结预应力结构中，有粘结预应力钢束一般由一股或多股钢绞线构成；其中，每股钢绞线均由多根(例如，2、3或7根，一般情况下为7根)圆形断面的钢丝绞合而成。为了叙述的简便，在本实用新型的实施例中，将以由7根粗细、长度均相同的圆形断面的钢丝绞合而成的钢绞线为例对本实用新型的技术方案进行说明。
在本实用新型的实施例中，为了对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测，将从有粘结预应力钢束中选取至少一股钢绞线，并对该被选择的钢绞线进行相应的改造，被改造后的钢绞线可称之为测量式钢绞线；所述改造后所得到的测量式钢绞线如图1所示。
图1所示为本实用新型实施例中的测量式钢绞线的截面图。如图1所示，在本实用新型的实施例中，所述测量式钢绞线包括：至少一根(图1中所示为6根)圆形断面的钢丝11和与所述钢丝具有相同圆形断面的光纤光栅-碳纤维应变传感器12。所述光纤光栅-碳纤维应变传感器通过其外表面涂敷的高强度结构胶13与其相邻的钢丝11固定，即该光纤光栅-碳纤维应变传感器外表面涂敷有高强度结构胶，并与该光纤光栅-碳纤维应变传感器相邻的钢丝胶结。此外，所述光纤光栅-碳纤维应变传感器12和与其相邻的钢丝11之间的间隙填充有高强度结构胶13。
其中，上述的光纤光栅-碳纤维应变传感器12包括：具有一个或多个光纤光栅测点(图1中未示出)的光纤光栅应变传感器121和包裹在该光纤光栅应变传感器121外表面上的碳纤维保护层122。较佳的，光纤光栅应变传感器121位于碳纤维保护层122的轴心位置。该碳纤维保护层122的作用是保护上述的光纤光栅应变传感器121，并使得该光纤光栅-碳纤维应变传感器12的力学参数(例如，弹性模量、极限强度、延伸率等)与所述钢丝11的力值参数相同或相近似，从而不会对该测量式钢绞线的承载能力造成不良影响。
在上述的实施例中，由于光纤光栅-碳纤维应变传感器12通过其外表面涂敷的高强度结构胶13与其相邻的钢丝11固定，因此使得该光纤光栅-碳纤维应变传感器12与其周围相邻的钢丝11连为一体，以利于共同工作；同时，所述光纤光栅-碳纤维应变传感器12和与其相邻的钢丝11之间的间隙中所填充的高强度结构胶13还可增强该光纤光栅-碳纤维应变传感器12与其它6根钢丝之间的握裹力。
在图1中所示的实施例中，光纤光栅-碳纤维应变传感器12位于测量式钢绞线的轴心位置上，因此该光纤光栅-碳纤维应变传感器12在预应力施工过程中可得到与其相邻的6根钢丝11的保护，从而不易被损坏。在实际应用情况下，该光纤光栅-碳纤维应变传感器也可根据实际情况的需要而位于测量式钢绞线的非轴心位置上，例如，位于其它6根钢丝中任意一根钢丝的位置上。
此外，由于光纤光栅应变传感器121中一般都包括多个光纤光栅(图1中未示出)，因此可根据实际应用情况，将上述光纤光栅应变传感器121中的一个或多个光纤光栅设置为光纤光栅测点(图1中未示出)，从而可通过上述光纤光栅应变传感器121测得力值沿上述有粘结预应力钢束长度的分布以及该有粘结预应力钢束在整个寿期内预应力的损失量值。
图2为本实用新型实施例中有粘结预应力钢束力值监测装置的结构示意图。如图2所示，在本实用新型实施例中，所述有粘结预应力钢束力值监测装置可应用于预应力钢筋混凝土结构24中，该装置包括：预应力孔道波纹管21和包括至少一股测量式钢绞线的有粘结预应力钢束22。其中，所述预应力孔道波纹管21预埋于所述预应力钢筋混凝土结构24内部，在所述预应力孔道波纹管21的内部，延该预应力孔道波纹管21的轴向敷设有所述有粘结预应力钢束22，即所述有粘结预应力钢束22穿设于所述预应力孔道波纹管21中，且所述有粘结预应力钢束22的两端分别伸出于所述预应力孔道波纹管21的两端之外。所述有粘结预应力钢束22被预拉伸后，通过灌入所述预应力孔道波纹管21中的水泥浆与所述预应力孔道波纹管21固定，且在使用状态时，所述预应力孔道波纹管外还灌有混凝土。其中，所述测量式钢绞线为图1中所示的测量式钢绞线。
图2中所示的有粘结预应力钢束22中只包括一股钢绞线，该钢绞线为测量式钢绞线。而在实际应用情况下，有粘结预应力钢束可由一股或多股钢绞线构成，其中，有至少一股钢绞线为上述图1中所示的测量式钢绞线。
另外，在本实用新型实施例中，上述有粘结预应力钢束力值监测装置还可以包括：振弦式应变传感器25。例如，如图2所示，在上述预应力孔道波纹管21外，沿着所述预应力孔道波纹管21的轴向(即延伸方向)预埋有一个或多个振弦式应变传感器25，且每一个振弦式应变传感器25分别与相应的所述测量式钢绞线中的光纤光栅应变传感器121中的一个光纤光栅测点26在所述预应力孔道波纹管21的径向上对齐。例如，如图2所示，每一个振弦式应变传感器25的中心位置都分别与所述光纤光栅应变传感器121中一个光纤光栅测点26的中心位置对齐；另外，所述振弦式应变传感器25与所述预应力孔道波纹管21外壁的距离可以根据实际应用情况进行调整，一般情况下，可将上述的距离设定为10厘米(cm)。所述振弦式应变传感器25用于测量混凝土的应变，并将所测量得到的数据作为上述测量式钢绞线中的光纤光栅应变传感器121的辅助测量数据。该辅助测量数据可对上述光纤光栅应变传感器121所测得的数据进行相应的补充或论证。
此外，在本实用新型实施例中，上述有粘结预应力钢束力值监测装置还可以包括：温度传感器(图2中未示出)。例如，可在上述光纤光栅应变传感器121中设置或加装不受外力影响、只受温度作用的温度传感器；或者，将上述振弦式应变传感器25的内部线圈作为铜电阻式温度传感器的接线，从而可测得该温度传感器的温度；或者，可在上述振弦式应变传感器25中加装半导体温度传感器或热电偶作为温度传感器。由于上述温度传感器与应变测点的位置比较接近，因此两者的温度也基本一致，所以通过上述温度传感器，可测得相应的应变测点的温度数据。该温度数据可为上述被测的预应力钢筋混凝土结构提供温度场、修正上述振弦式应变传感器的热输出、修正上述光纤光栅应变传感器的热输出等。
在以上的实施例中，以由7根粗细、长度均相同的圆形断面的钢丝绞合而成的钢绞线为例对本实用新型的技术方案进行说明。相类似的，对于由其它的多根(例如，2或3根)钢丝绞合而成的钢绞线，也可使用本实用新型的技术方案，在此不再赘述。
由上可知，在本实用新型的实施例中提供了一种有粘结预应力钢束力值监测装置，由于该装置中的有粘结预应力钢束中包括至少一股测量式钢绞线，且所述测量式钢绞线中具有至少一个光纤光栅-碳纤维应变传感器，因此可以解决有粘结预应力钢束的力值测定的问题，从而可测得力值沿钢束长度的分布以及该有粘结预应力钢束在整个寿期内预应力的损失量值，使得可对有粘结预应力钢束的力值进行精确地监测，进而可对工程结构进行可靠的安全评估。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
