预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统及集成方法

摘要

一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，属于建筑技术领域。将一种或一种以上传感器植入预制装配式构件内部，将传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，待各构件现场装配完毕后，在装修施工过程中，再将各传感器通过构件的传感器通信接口连接至监测系统分析终端，从而使构件的各种结构信息通过上述传感器向监测系统终端传递。本发明将传感器布置与监测系统的搭建内嵌于装配式混凝土结构的建造流程之中，可实现传感器植入的构件化，构件传感功能的定制化、标准化，结构健康监测系统的装配化、集成化。

权利要求

1.一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，其特征在于：将一种或一种以上传感器植入预制装配式构件内部，将传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，待各构件现场装配完毕后，在装修施工过程中，在预制梁跨中或靠近梁端部、预制剪力墙的中部及四个边角处、预制柱的中部和端部等混凝土受拉或受压、应力集中区域布设传感器，沿预制件钢筋进行走线，再将各传感器通过构件的传感器通信接口连接至监测系统分析终端，从而使构件的各种结构信息通过上述传感器向监测系统终端传递；传感器的安装融入预制构件的工厂生产之中；待整体结构装配拼装完成后，在结构装修阶段同步进行各传感构件间的构件外连接及与光纤光栅传感主控系统的连接，形成整个装配式建筑结构的健康监测系统，实现整个健康监测系统的构件化、装配化及集成化。

2.根据权利要求1所述预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，其特征在于：所述传感器为温度传感器、混凝土应变传感器、钢筋应变传感器或加速度传感器。

3.根据权利要求1所述预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，其特征在于：所述预制的装配式混凝土构件为预制叠合板构件、预制梁构件、预制剪力墙构件或预制柱构件。

4.实现权利要求1所述方法的一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统，其特征在于：在预制的装配式混凝土构件中的预制梁跨中或靠近梁端部、预制剪力墙的中部及四个边角处、预制柱的中部和端部等混凝土受拉或受压、应力集中区域预置一种或一种以上传感器，所述传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，测试时，各传感器通过光纤传导或者电传导方式接入到监测系统分析终端，构成健康监测系统。

5.根据权利要求4所述预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统，其特征在于：所述传感器为采用光纤传导或者电传导方式的温度传感器、混凝土应变传感器、钢筋应变传感器或加速度传感器。

6.根据权利要求4所述预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统，其特征在于：所述预制的装配式混凝土构件为预制叠合板构件、预制梁构件、预制剪力墙构件或预制柱构件。

说明书

预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统及集成方法

技术领域

[0001] 本发明属于建筑技术领域，特别是涉及一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统及集成方法。

背景技术

[0002] 随着科技的发展，光纤光栅传感器逐渐应用到钢筋混凝土结构的健康监测中，已开发出了诸如光纤光栅应变片、光纤光栅加速度计、光纤光栅位移计、光线光栅温度传感器等性能各异的光纤传感产品，与传统的电类传感器相比，光纤光栅传感器具有以下优点：

[0003] 1.抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、防水等优点。

[0004] 2.光纤光栅集传感与传输于一体，易于埋入材料内部。同时，体积较小，便于贴敷在结构的表面，在不改变结构的整体性的前提下，实现对温度、应变等物理量的准确测量。

[0005] 3.光纤光栅传感器应用在土木工程结构的健康监测中具有精度高、距离远、分布广、有效时间长特点，具有很大的使用前途和发展空间。

[0006] 目前，在建筑工程领域，基于光纤光栅传感技术的结构健康监测系统主要应用于现浇式钢筋混凝土结构中，实现方法主要有两种：①伴随现场施工过程，将光纤光栅传感器埋置于各构件的关键位置处，并沿钢筋进行走线；②现场混凝土浇筑施工完毕后，采用钻孔等方式进行传感器的埋置，并沿构件表面进行走线。

[0007] 上述应用于现浇钢筋混凝土结构中的光纤光栅健康监测系统尚存在以下困难：①现场施工条件恶劣，在振捣混凝土时，极易导致光纤光栅传感器以及传播信号的光纤走线的大量损坏，生存率极低；②现浇钢筋混凝土结构无法在浇筑过程中准确便利地定位传感器，或可因混凝土振捣致使传感器移位，难以保证结构关键构件受力信息准确及时的提取；③如整体施工完毕后进行系统搭设，不但传感器的安装会对结构产生附加损伤，走线亦不好隐藏并容易与装修发生冲突。

发明内容

[0008] 针对上述存在的技术问题，本发明提供一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统及集成方法，本发明在装配式混凝土结构的建造流程中，将传感器布置与监测系统的搭建内嵌于装配式混凝土结构中，可实现传感器植入的构件化，构件传感功能的定制化、标准化，结构健康监测系统的装配化、集成化。

[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0010] 本发明一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，将一种或一种以上传感器植入预制装配式构件内部，将传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，待各构件现场装配完毕后，在装修施工过程中，再将各传感器通过构件的传感器通信接口连接至监测系统分析终端，从而使构件的各种结构信息通过上述传感器向监测系统终端传递。

[0011] 进一步地，所述传感器为温度传感器、混凝土应变传感器、钢筋应变传感器或加速度传感器。

[0012] 进一步地，所述预制的装配式混凝土构件为预制叠合板构件、预制梁构件、预制剪力墙构件或预制柱构件。

[0013] 一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统，在预制的装配式混凝土构件中预置一种或一种以上传感器，所述传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，测试时，各传感器通过光纤传导或者电传导方式接入到监测系统分析终端，构成健康监测系统。

[0014] 进一步地，所述传感器为采用光纤传导或者电传导方式的温度传感器、混凝土应变传感器、钢筋应变传感器或加速度传感器。

[0015] 进一步地，所述预制的装配式混凝土构件为预制叠合板构件、预制梁构件、预制剪力墙构件或预制柱构件。

[0016] 本发明的有益效果为：

[0017] 1.本发明将结构健康监测系统的建立过程与装配式混凝土结构的工业化建造技术相协调，将结构健康监测系统的传感器埋置与整个监测系统连接进行过程分解：①传感器的安装融入预制构件的工厂生产之中；②将系统连接过程放在整体结构装配完成之后进行(可同步于装修过程)。由此，可以最大限度地提高传感器的植入成活率，避免走线与其它建筑设备、管线的冲突。

[0018] 2.预制构件首先在预制构件厂制作后再吊装运输到施工现场。预制构件厂厂房内施工环境优良，模具清洗干净，模具上的预埋件、预留孔位置准确安装牢靠，混凝土浇筑工人培训水平高，在浇筑过程中较现场施工相比能最大限度地避免对传感器的破坏，保证了光纤光栅传感器的生存率以及在构件内部走线的合理、安全。

[0019] 3.预制构件独立制作完整，可以在不同预制构件中布置不同的光纤光栅传感器，能够完成构件层面的应力、应变、加速度等结构信息的提取，可以根据需要生产出装备不同结构信息获取功能的光纤光栅传感模块构件，再根据建筑结构的监测要求进行合理组合搭配。因此，可极大地提高传感器配置及使用灵活度，可实现结构健康监测系统功能的定制化、模块化。

[0020] 4.预制装配整体式混凝土结构的工厂构件化生产方式及现场拼装工艺，为基于光纤光栅传感技术的建筑结构健康监测系统搭建找到新的契合点。将传感器布置与监测系统的搭建内嵌于装配式混凝土结构的建造流程之中，可实现传感器植入的构件化，构件传感功能的定制化、标准化，结构健康监测系统的装配化、集成化。

附图说明

[0021] 图1为预制叠合板构件的典型传感器接口布置及内部传感器布置图。

[0022] 图2为预制梁构件的典型传感器接口布置及内部传感器布置图。

[0023] 图3为预制剪力墙构件的典型传感器接口布置及内部传感器布置图。

[0024] 图4为预制柱构件的典型传感器接口布置及内部传感器布置图。

[0025] 图5为预制装配式混凝土结构的光纤光栅健康监测系统整体构成图。

[0026] 图中：1.预制叠合板构件，2.钢筋应变传感器，3.加速度传感器，4.光纤接出端口，5.混凝土应变传感器，6.预制梁构件，7.预制剪力墙构件，8.温度传感器，9.预制柱构件。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

[0028] 实施例1：如图1-图5所示，本发明一种预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统的集成方法，将一种或一种以上传感器植入预制装配式构件内部，将传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，待各构件现场装配完毕后，在装修施工过程中，再将各传感器通过构件的传感器通信接口连接至监测系统分析终端，从而使构件的各种结构信息通过上述传感器向监测系统终端传递。

[0029] 本发明预制装配式混凝土体系的结构健康监测系统，在预制的装配式混凝土构件中预置一种或一种以上传感器，所述传感器通信接口置于预制的装配式混凝土构件的表面，测试时，各传感器通过光纤传导或者电传导方式接入到监测系统分析终端，构成健康监测系统。

[0030] 所述传感器为采用光纤传导或者电传导方式的温度传感器8、混凝土应变传感器5、钢筋应变传感器2或加速度传感器3。

[0031] 所述预制的装配式混凝土构件为预制叠合板构件1、预制梁构件6、预制剪力墙构件7或预制柱构件9。

[0032] 图1为预制叠合楼板的光纤光栅传感器布置示意图。传感器类型、位置及数量均可以根据需要进行组合，进而形成具有不同传感功能的定制化叠合楼板构件。图1由叠合板剖面(波浪线上半部分)及叠合板底面(波浪线下半部分)合成予以说明。图中上半部的叠合板剖面示意了典型传感器在板内部的布设情况。在工厂浇筑预制楼板的过程中，将用以监测楼板竖向振动舒适度的加速度传感器布置在预制楼板跨中及距离板边缘一定安全距离(以不影响板构件的装配施工为限)的各位置处；在板内钢筋外表面可设置钢筋应变传感器；将上述加速度传感器和钢筋应变传感器等定制化传感元件沿板内钢筋进行走线，最终连接到光纤接出端口处。在图中下半部的板底面，即叠合板桁架筋面的对面，距离板边缘一定安全距离设置光纤接出端口。这样，构件端口及用以形成整个监测系统的构件外部走线可隐藏于板底面的装修吊顶层内部，便于协调装修层内部设备及各种管线可能存在的碰撞和冲突。

[0033] 图2为预制梁的传感器布置系统，由左半部的梁剖面和右半部的梁表面合成予以说明。在梁的跨中和支座两端钢筋外表面等钢筋应力较大处可粘贴钢筋应变传感器；在梁跨中或靠近梁端部等混凝土受拉或受压区域可设置混凝土应变传感器；在梁端部的连接器(如套筒等)表面可贴敷应变传感器；并将光纤走线用细导管沿纵向钢筋连接至梁外表面的光纤接出端口处。预制梁的的光纤接出端口要考虑到施工装配的要求，以能够方便外接走线、且不与其它设备或管线产生碰撞或冲突为要务进行设置。

[0034] 图3为预制剪力墙的传感器布置系统，由左半部的墙剖面和右半部的墙表面合成予以说明。可以选择在预制剪力墙的中部及四个边角处的墙筋表面粘贴钢筋应变传感器；如外墙可设置温度传感器用于监测预制剪力墙体沿厚度方向的温度变化；在墙上下端部的连接器(如套筒等)表面可贴敷应变传感器；并可设置混凝土应变传感器监测预制剪力墙体的混凝土应变。在剪力墙距离边缘一定安全距离处设置接出端口，方便与构件外部的系统走线进行连接，且同样要避免与其它设备或管线的碰撞和冲突。

[0035] 图4为预制柱的传感器布置系统，由上半部的柱剖面和下半部的柱表面合成予以说明。在预制柱的中部、端部等关键受力位置的钢筋外表面可粘贴钢筋应变传感器；在柱端部的连接器(如套筒等)表面可贴敷应变传感器；在柱中部可布置混凝土应变传感器用于监测柱轴向压应变。走线及光纤接出端口的位置选择原则同上。

[0036] 图5为本预制装配式混凝土结构的光纤光栅健康监测系统构成图。本装配式混凝土结构健康监测系统通过在预制构件内部富于个性化、模块化地按需布置相应传感器组，传播信号的光纤走线在构件内部通过细导管连接至构件外表面的光纤接出端口。待整体结构装配拼装完成后，在结构装修阶段同步进行各传感构件间的构件外连接及与光纤光栅传感主控系统的连接，从而形成整个装配式建筑结构的健康监测系统。通过此种系统集成方法，使得各种传感器可以根据需求布置在相应的预制构件中，自由组合，按需配置，实现整个健康监测系统的构件化、装配化及集成化，能最大限度地保证光纤传感器的生存率及监测系统的稳定、高效。