一種混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕與應(yīng)力狀態(tài)原位監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋銹蝕與應(yīng)力狀態(tài)原位監(jiān)測(cè)方法，該方法是通過構(gòu)造預(yù)應(yīng)力自平衡體系，將與混凝土內(nèi)鋼筋相同材質(zhì)的鋼筋薄片施加初始預(yù)應(yīng)力后埋入混凝土結(jié)構(gòu)之中；在鋼筋薄片上不同高度處設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)該區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)；鋼筋薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài)，局部腐蝕后產(chǎn)生應(yīng)力集中，根據(jù)截面不同高度處連續(xù)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化以反映鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率與銹蝕程度。本發(fā)明可埋設(shè)于距混凝土表面不同深度處，實(shí)現(xiàn)不同深度處鋼筋銹蝕程度及埋設(shè)區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及銹蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。不受混凝土內(nèi)各種離子、溫濕度等環(huán)境因素的影響，特別適合海蝕環(huán)境浪滅區(qū)、潮差區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕風(fēng)險(xiǎn)與銹蝕程度的評(píng)定。
【專利說明】一種混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕與應(yīng)力狀態(tài)原位監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其是涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，應(yīng) 用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的銹蝕監(jiān)測(cè)與耐久性評(píng)定。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)：鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的最主要原因，目前鋼筋銹蝕 監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為物理和電化學(xué)兩種手段。電化學(xué)手段使用較多，主要圍繞鋼筋腐蝕過程 產(chǎn)生的腐蝕電流或電極間的電位差的測(cè)量表征腐蝕的可能性。具體方法有：（1)梯形陽(yáng)極 法，通過在混凝土層的不同深度布置若干陽(yáng)極，通過監(jiān)測(cè)各陽(yáng)極與同一陰極間的電流來(lái)表 征氯離子的侵入或銹蝕發(fā)展情況，從而間接預(yù)測(cè)鋼筋的腐蝕，此類方法已有部分工程與試 驗(yàn)室應(yīng)用，但公開的試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，有效性有待證實(shí)。（2)半電池電位法和線性極化法為代 表的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方法，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鋼筋各部位的電位或極化電阻，以此判斷各處銹蝕的可 能性，但這些方法不易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間嵌入式在線監(jiān)測(cè)，且由于極化電阻與電位易受多種因素 擾動(dòng)，不能判斷鋼筋確切的腐蝕狀態(tài)。同時(shí)，電化學(xué)方法監(jiān)測(cè)的多是某一區(qū)域銹蝕的可能 性，并不能真實(shí)反映鋼筋周圍的應(yīng)力情況，且在銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生后不能定量跟蹤腐蝕的發(fā)展， 存在一定的缺陷?，F(xiàn)有的物理監(jiān)測(cè)方法主要基于光纖光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有： (3) 光纖布拉格光柵纏繞結(jié)構(gòu)中受力鋼筋，由于鋼筋受銹蝕產(chǎn)生銹蝕產(chǎn)物膨脹導(dǎo)致應(yīng)變?cè)?力口，據(jù)此監(jiān)測(cè)銹蝕發(fā)展；（4)將兩根鋼筋緊鄰布置，用支座或直接將兩鋼筋連接，連接位置 是鋼筋端部或上邊緣處，由于兩根受腐蝕膨脹后相互擠壓排斥，便能在光纖光柵上監(jiān)測(cè)到 應(yīng)變?cè)黾拥默F(xiàn)象。以上的物理方法均為基于鋼筋受腐蝕膨脹的原理設(shè)計(jì)，在初步驗(yàn)證中取 得較理想的結(jié)果，但在混凝土中環(huán)境復(fù)雜，無(wú)論是采用纏繞法直接測(cè)量受力鋼筋的腐蝕情 況，還是布置緊鄰鋼筋間接測(cè)量鋼筋腐蝕情況，都破壞了鋼筋表面微環(huán)境，難以表征真實(shí)的 腐蝕情況，且受蝕膨脹受混凝土約束，靈敏性和有效性尚待驗(yàn)證，且目前未見用于工程實(shí) 際。
[0003] 存在的問題：目前鋼筋混凝土耐久性監(jiān)測(cè)主要目的是解決鋼筋初始銹蝕時(shí)間并估 計(jì)鋼筋銹蝕速率或銹蝕程度。電化學(xué)方法由于鋼筋混凝土自身固有的腐蝕特征及技術(shù)本身 的局限性，難以消除介質(zhì)歐姆降的問題。如電位測(cè)量?jī)H可提供鋼筋是否發(fā)生腐蝕，腐蝕程度 不得而知。極化電阻測(cè)量無(wú)法確定擾動(dòng)信號(hào)所影響的鋼筋面積，往往對(duì)實(shí)際腐蝕程度給出 過高的估計(jì)，另外一個(gè)問題是無(wú)法確定合適的激勵(lì)時(shí)間，使得在這一時(shí)間內(nèi)所測(cè)定的電流 響應(yīng)僅包含有關(guān)腐蝕界面的電化學(xué)信息，而與混凝土本身的電化學(xué)信息無(wú)關(guān)。目前的物理 方法主要集中于鋼筋受腐蝕后腐蝕產(chǎn)物膨脹產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，由于這兩種參數(shù)受 濕度、溫度、電磁場(chǎng)、雜散電流及孔隙溶液濃度的影響較小，固物理方法的難點(diǎn)問題主要集 中于方法的設(shè)計(jì)，由于混凝土與鋼筋之間存在復(fù)雜的相互作用力，會(huì)限制鋼筋和混凝土的 相對(duì)位移，造成鋼筋銹蝕產(chǎn)物膨脹導(dǎo)致的銹脹應(yīng)力難以監(jiān)測(cè)，而由其引起的鋼筋周圍的混 凝土應(yīng)變也因混凝土的相互約束而難以采集，同時(shí)結(jié)構(gòu)自身的受力與變形也產(chǎn)生應(yīng)變，腐 蝕產(chǎn)物膨脹產(chǎn)生的應(yīng)變湮沒其中，難于分辨。因此基于鋼筋銹蝕膨脹機(jī)理設(shè)計(jì)的傳感器都 會(huì)受到較為嚴(yán)重的影響。與此同時(shí)，現(xiàn)有鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)方法往往會(huì)破壞鋼筋表面的微環(huán)境， 使得氯離子的擴(kuò)散等造成腐蝕的誘導(dǎo)因素與實(shí)際情況存在差別，同時(shí)受到外部環(huán)境因素的 影響，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)情況差別較大，實(shí)際使用情況尚待驗(yàn)證。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決在不破壞混凝土內(nèi)鋼筋表面微環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)鋼 筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率、銹蝕程度與區(qū)域混凝土應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出以下技術(shù)方案： 一種混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕與應(yīng)力狀態(tài)原位監(jiān)測(cè)方法，所述方法是通過構(gòu)造預(yù)應(yīng)力自平衡 體系，將與混凝土內(nèi)鋼筋相同材質(zhì)的鋼筋薄片施加初始預(yù)應(yīng)力后埋入混凝土結(jié)構(gòu)之中，與 混凝土共同工作；在所述鋼筋薄片上不同高度處設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)該區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)； 所述鋼筋薄片施加初始預(yù)應(yīng)力后形成平面應(yīng)力狀態(tài)，局部腐蝕后產(chǎn)生應(yīng)力集中，根據(jù)截面 不同高度處連續(xù)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化以反映鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率與銹蝕程度。
[0006] 所述預(yù)應(yīng)力自平衡體系包括框架（1)、中部鋼筋薄片（2)、混凝土（3)、分布式連續(xù) 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)、聚酯材料（5)、防腐層（6)、加載螺母（7)和銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)，其中，所述中部鋼 筋薄片（2)通過加載螺母（7)安裝在框架（1)中，通過兩端的加載螺母（7)對(duì)中部鋼筋薄片 (2)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固；所述中部鋼筋薄片（2)的三個(gè)表面利用聚酯材料（5)進(jìn)行封 裝，第四個(gè)端面作為銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)，在鋼筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高 度處設(shè)置分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)。
[0007] 在鋼筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高度處設(shè)置分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè) 點(diǎn)（4 )為1?空間分辨率分布式光纖。
[0008] 所述高空間分辨率分布式光纖通過高性能膠水粘貼在距腐蝕監(jiān)測(cè)面8的不同截 面高度處，通過傳輸光纖與相應(yīng)解調(diào)儀連接。
[0009] 所述分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)上靠近加載螺母（7)處預(yù)留一段光纖不與鋼筋薄片 (2 )粘貼，用于監(jiān)測(cè)溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0010] 所述連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)采用鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組，所述每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10個(gè)測(cè)量 片和1個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償片。
[0011] 所述鏈?zhǔn)綉?yīng)變片柵長(zhǎng)〇. 6_，相鄰應(yīng)變片中心距1_，通過高性能膠水粘貼在鋼筋 薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高度處，應(yīng)變片組通過焊接端子和導(dǎo)線與相應(yīng) 的應(yīng)變儀連接，可連續(xù)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度方向上各測(cè)點(diǎn)的平均應(yīng)變。
[0012] 本方法設(shè)計(jì)原理清晰、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧合理，僅需通過應(yīng)變測(cè)量即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線 監(jiān)測(cè)或離線檢測(cè)的需求。與現(xiàn)有鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)方法相比，既可以避免電化學(xué)方法受雜散電 流等引起的電流波動(dòng)及濕度、離子濃度等造成的電阻變化，又巧妙的規(guī)避了物理方法通常 導(dǎo)致的對(duì)結(jié)構(gòu)中鋼筋表面微環(huán)境的破壞，較好的解決了鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)問題，同時(shí)本方法不 受混凝土內(nèi)各種離子、溫濕度等環(huán)境因素的影響。
[0013] 本發(fā)明使用的構(gòu)造鋼筋薄片可埋設(shè)于距混凝土表面不同深度處，實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)不 同深度處鋼筋銹蝕程度及埋設(shè)區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及銹蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。特別適合海蝕環(huán)境浪 濺區(qū)、潮差區(qū)、浸沒區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕風(fēng)險(xiǎn)與銹蝕程度的評(píng)定，如處于浪濺區(qū)、潮 差區(qū)、浸沒區(qū)的跨海橋梁鋼筋混凝土橋墩，處于大氣區(qū)的跨海橋梁上部混凝土結(jié)構(gòu)，海工、 港工的鋼筋混凝土碼頭等，實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕和混凝土局部應(yīng)力狀態(tài)的原位監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖la鋼筋銹蝕傳感器結(jié)構(gòu)圖； 圖lb鋼筋薄片截面圖； 圖lc鋼筋銹蝕傳感器中部鋼筋設(shè)計(jì)圖； 1框架、2中部鋼筋薄片、3混凝土、4分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)、5聚酯材料、6防腐層、7加載 螺母、8銹蝕監(jiān)測(cè)面。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016] 本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法是構(gòu)造鋼筋銹蝕傳感器內(nèi)鋼筋薄片處于平面應(yīng)力狀態(tài)，預(yù)留薄 片一側(cè)作為銹蝕監(jiān)測(cè)面，一旦銹蝕監(jiān)測(cè)面上局部區(qū)域發(fā)生銹蝕，該區(qū)域附近形成局部應(yīng)力 集中，根據(jù)鋼筋薄片上不同高度連續(xù)的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率、銹蝕程 度監(jiān)測(cè)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)區(qū)域混凝土應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。
[0017] 實(shí)施例1 本發(fā)明的鋼筋銹蝕傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中中部鋼筋薄片（2)采取與混凝土結(jié)構(gòu) 中縱向受力鋼筋相同材質(zhì)，中部鋼筋薄片（2)截面上不同高度處布置連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)(圖 lb、圖lc所示)，連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)采用高空間分辨率分布式光纖，通過高性能膠水粘貼在 鋼筋薄片截面不同高度處，通過傳輸光纖與相應(yīng)解調(diào)儀連接，高空間分辨率分布式光纖可 連續(xù)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度方向上（圖lc所示)每毫米長(zhǎng)度上的平均應(yīng)變，預(yù)留靠近加載螺母的一段光纖 不與鋼絲薄片粘貼(不與薄片一起變形)，用于監(jiān)測(cè)溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償(下文監(jiān)測(cè)應(yīng)變均 為補(bǔ)償后應(yīng)變)，用聚酯材料進(jìn)行封裝其三個(gè)表面，僅保留一個(gè)端面作為銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)(如 圖lb所示)，通過兩端螺栓對(duì)鋼筋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固，通過連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)實(shí)際加載 應(yīng)力，鋼筋薄片（2)形成平面應(yīng)力狀態(tài)?；炷翝仓皩⒃撗b置布置在待監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕部 位，或處于混凝土保護(hù)層不同深度處，銹蝕監(jiān)測(cè)面朝向混凝土保護(hù)層一側(cè)，混凝土澆筑固化 后鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置與混凝土形成整體，其與混凝土共同變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)在外荷載作用下發(fā) 生變形時(shí)，高空間分辨率分布式光纖上的應(yīng)變?cè)隽考礊閷?shí)際混凝土的應(yīng)變，根據(jù)混凝土彈 性模量即可換算混凝土實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)。由于鋼筋薄片三個(gè)面受到聚酯材料的保護(hù)，銹蝕 監(jiān)測(cè)面截面雖然與混凝土接觸，但接觸面積較小，不考慮混凝土的粘結(jié)作用，在結(jié)構(gòu)服役過 程中一旦銹蝕監(jiān)測(cè)面發(fā)生局部銹蝕，鋼筋薄片局部銹蝕區(qū)域形成應(yīng)力集中，局部應(yīng)變發(fā)生 突變，靠近該位置的高空間分辨率分布式光纖與該區(qū)域共同變形，因此應(yīng)變信號(hào)發(fā)生突變， 在銹蝕區(qū)域不同截面高度上應(yīng)變變化不同，越靠近銹蝕區(qū)域的應(yīng)變變化越大，相同截面高 度未發(fā)生銹蝕部位的應(yīng)變變化很小，可根據(jù)鋼筋薄片不同截面高度處連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)變化采用相應(yīng)計(jì)算程序計(jì)算混凝土內(nèi)鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率和銹蝕程度。未腐蝕 區(qū)域不同截面上高空間分辨率分布式光纖應(yīng)變測(cè)點(diǎn)可繼續(xù)監(jiān)測(cè)該區(qū)域混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。 實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)不同深度處鋼筋銹蝕程度及埋設(shè)區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及銹蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
[0018] 實(shí)施例2 :本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中中部鋼筋薄片（2)采取與混凝土結(jié)構(gòu)中 縱向受力鋼筋相同材質(zhì)，中部鋼筋薄片上不同高度處布置連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)(圖lb、圖lc所 示)，連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)采用鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組(如HBM KY11-1/120)，每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10 個(gè)測(cè)量片，1個(gè)溫度補(bǔ)償片用于溫度補(bǔ)償(下文監(jiān)測(cè)應(yīng)變均為補(bǔ)償后應(yīng)變)，單個(gè)應(yīng)變片柵長(zhǎng) 0. 6_，相鄰應(yīng)變片中心距1_，通過高性能膠水粘貼在鋼筋薄片不同截面高度處，應(yīng)變片通 過焊接端子、導(dǎo)線與應(yīng)變儀連接，鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組可連續(xù)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度方向上（圖lc所示）各測(cè)點(diǎn) 的平均應(yīng)變，測(cè)點(diǎn)間距1mm，用聚酯材料進(jìn)行封裝其三個(gè)表面，僅保留一個(gè)端面作為腐蝕監(jiān) 測(cè)面（8)(如圖lb所示)，通過兩端螺栓對(duì)鋼筋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固，通過連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn) 監(jiān)測(cè)實(shí)際加載應(yīng)力，鋼筋薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài)?；炷翝仓皩⒃撗b置布置在待監(jiān)測(cè)銹 蝕部位，或處于混凝土保護(hù)層不同深度處，銹蝕監(jiān)測(cè)面朝向混凝土保護(hù)層一側(cè)，混凝土澆筑 固化后鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置與混凝土形成整體，其與混凝土共同變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)在荷載作用下 發(fā)生變形時(shí)，鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組上的應(yīng)變?cè)隽考礊閷?shí)際混凝土的應(yīng)變，根據(jù)混凝土彈性模量即 可換算混凝土實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)。由于鋼筋薄片三個(gè)面受到聚酯材料的保護(hù)，銹蝕監(jiān)測(cè)面截 面雖然與混凝土接觸，但接觸面積較小，不考慮混凝土的粘結(jié)作用，在結(jié)構(gòu)服役過程中一旦 銹蝕監(jiān)測(cè)面發(fā)生局部銹蝕，鋼筋薄片局部銹蝕區(qū)域形成應(yīng)力集中，局部應(yīng)變發(fā)生突變，靠近 該位置的鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組與該區(qū)域共同變形，因此應(yīng)變信號(hào)發(fā)生突變，在銹蝕區(qū)域鋼絲薄片 不同截面高度上應(yīng)變變化不同，越靠近銹蝕區(qū)域的應(yīng)變變化越大，相同截面高度未發(fā)生銹 蝕部位的應(yīng)變變化很小，可根據(jù)鋼筋薄片不同截面高度處連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化采用 相應(yīng)計(jì)算程序計(jì)算混凝土內(nèi)鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率和銹蝕程度。未腐蝕區(qū)域不同截 面上鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組應(yīng)變測(cè)點(diǎn)可繼續(xù)監(jiān)測(cè)該區(qū)域混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)不同深度 處鋼筋銹蝕程度及埋設(shè)區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及銹蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
[0019] 以一具體實(shí)例說明本發(fā)明專利的監(jiān)測(cè)效果，鋼筋薄片長(zhǎng)度為80mm，截面高度 16mm，建立二維平面應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算模型，初始預(yù)應(yīng)力施加后鋼筋薄片上拉應(yīng)變?yōu)棣│?ε， 假定局部銹蝕發(fā)生在鋼筋薄片中部，蝕坑為橢圓形狀，蝕坑深〇. 1mm，蝕坑長(zhǎng)〇.2_。計(jì)算結(jié) 果表明：僅在銹蝕局部應(yīng)變發(fā)生突變。
[0020] 無(wú)外部荷載與外部荷載引起拉應(yīng)變200 μ ε，銹蝕深度0. 1mm時(shí)提取距銹蝕監(jiān)測(cè) 面距離為0. 和8mm上連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果(提取1mm長(zhǎng)度內(nèi)的平均應(yīng)變的計(jì) 算結(jié)果，考慮與應(yīng)變連續(xù)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)得到應(yīng)變一致，與精確提取各點(diǎn)上應(yīng)變有一定差別，實(shí)際 只能監(jiān)測(cè)微小長(zhǎng)度范圍內(nèi)的平均應(yīng)變)，當(dāng)裝置隨混凝土共同變形，拉應(yīng)變?cè)黾?00μ ε，結(jié) 果表明，在未腐蝕的截面上測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變約增加200μ ε，因此該方法可監(jiān)測(cè)混凝土局部的應(yīng) 變狀態(tài)(應(yīng)力狀態(tài))。在初始張拉1〇〇〇 μ ε且無(wú)外加荷載變形時(shí)，在0.1mm深橢圓蝕坑作用 下，距離銹蝕監(jiān)測(cè)面〇.5mm時(shí)監(jiān)測(cè)得到的峰值應(yīng)變達(dá)到1041 μ ε ;在初始張拉1〇〇〇μ ε， 由外部荷載引起200μ ε變化時(shí)，距離銹蝕監(jiān)測(cè)面0.5mm時(shí)監(jiān)測(cè)得到的峰值應(yīng)變達(dá)到 1250 μ ε，此時(shí)銹蝕引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象更明顯，在與混凝土共同變形同時(shí)仍可監(jiān)測(cè)銹蝕 引起的應(yīng)力集中。隨著到銹蝕監(jiān)測(cè)面距離不同，相同銹蝕引起連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)上的應(yīng)變圖形 亦不相同，遠(yuǎn)離銹蝕監(jiān)測(cè)面連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)受銹蝕的影響較小，而越靠近銹蝕監(jiān)測(cè)面應(yīng)變測(cè) 點(diǎn)對(duì)銹蝕監(jiān)測(cè)面上微小銹蝕的監(jiān)測(cè)越敏感。本方法可以監(jiān)測(cè)得到銹蝕初試時(shí)間、銹蝕程度， 還可監(jiān)測(cè)該區(qū)域混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。隨著點(diǎn)蝕深度不斷發(fā)展，越靠近銹蝕區(qū)域連續(xù)應(yīng)變測(cè) 點(diǎn)上的應(yīng)變突變?cè)矫黠@，峰值應(yīng)變不斷增加。
[0021] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的 詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋銹蝕與應(yīng)力狀態(tài)原位監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述方法 是通過構(gòu)造預(yù)應(yīng)力自平衡體系，將與混凝土內(nèi)鋼筋相同材質(zhì)的鋼筋薄片施加初始預(yù)應(yīng)力后 埋入混凝土結(jié)構(gòu)之中，與混凝土共同工作；在所述鋼筋薄片上不同高度處設(shè)置連續(xù)應(yīng)變測(cè) 點(diǎn)，監(jiān)測(cè)該區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)；所述鋼筋薄片形成平面應(yīng)力狀態(tài)，局部腐蝕后產(chǎn)生應(yīng)力集中，根 據(jù)截面不同高度處連續(xù)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化以反映鋼筋初始銹蝕時(shí)間、銹蝕速率與銹蝕程度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力自平衡體系包括框架 (1)、中部鋼筋薄片（2)、混凝土（3)、分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)、聚酯材料（5)、防腐層（6)、加 載螺母（7)和銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)，其中，所述中部鋼筋薄片（2)通過加載螺母（7)安裝在框架 (1)中，通過兩端的加載螺母（7)對(duì)中部鋼筋薄片（2)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載并錨固；所述中部鋼 筋薄片（2)的三個(gè)表面利用聚酯材料（5)進(jìn)行封裝，第四個(gè)端面作為銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)，在鋼 筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高度處設(shè)置分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，在鋼筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān) 測(cè)面（8)不同高度處設(shè)置分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)為高空間分辨率分布式光纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述高空間分辨率分布式光纖通過 高性能膠水粘貼在鋼筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高度處，通過傳輸光纖 與相應(yīng)解調(diào)儀連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述分布式連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)上靠近 加載螺母（7)處預(yù)留一段光纖不與鋼筋薄片（2)粘貼，用于監(jiān)測(cè)溫度并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述連續(xù)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)（4)采用鏈?zhǔn)綉?yīng)變 片組，所述每個(gè)鏈?zhǔn)綉?yīng)變片組內(nèi)有10個(gè)應(yīng)變測(cè)量片和1個(gè)用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟妊a(bǔ)償片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述鏈?zhǔn)綉?yīng)變片柵長(zhǎng)0. 6mm，相鄰應(yīng) 變片中心距1mm，通過高性能膠水粘貼在鋼筋薄片（2)截面上距所述銹蝕監(jiān)測(cè)面（8)不同高 度處，應(yīng)變片組通過焊接端子和導(dǎo)線與相應(yīng)的應(yīng)變儀連接，可連續(xù)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度方向上各測(cè)點(diǎn) 的平均應(yīng)變。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK104215569SQ201410441639
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】蘭成明, 肖珣, 孫冬柏, 李惠, 袁杰, 周文松 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 哈爾濱工業(yè)大學(xué)