本实用新型专利技术公开了一种基于连续纤维复合型材的沉降分布监测系统，其中检测系统包括子区域测量站，沉降计算模块和监测控制中心，子区域测量站由纵向定位杆以及水平传感杆组成；纵向定位杆由埋设入土体内锚固段、和土体外水平传感杆连接的接合部以及和土表锚固片组成；在接合部的两侧分别通过铰接和固接与水平传感杆连接，在每个水平传感杆沿轴向植入有一个应变传感单元；各个子区域测量站通过数据传输线连接至所述沉降计算模块和监测控制中心。本实用新型专利技术施工方便，成本低廉，可广泛应用于隧道、斜面滑坡体、长距离轨道地基等大型建筑和岩土工程垂直沉降位移的测量和连接监测领域。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及了一种用于土建交通结构中健康检测和监测的技术，尤其涉及了 一种适合铁路、公路、隧道等长距离线型结构的大范围沉降分布的实时远程监测系统。
技术介绍
沉降监测是铁路、公路和隧道等工程中的重要检测和监测内容，关系到正常交通 运输的运营和管理。此外，为了评价和预测沉降的危害和发展过程，需要掌握沿交通线上各 个路线的路基中各段土层沉降变化。目前，路基中多层沉降监测一般采用分段布设单点沉 降计，将单点沉降计固定在待测土体深度范围内，人工或者自动采集压缩层的沉降数据，通 过对数据进一步整合获得待测深度土体的沉降值。对于长距离线型结构覆盖范围大，现有 的监测方法不适合于多点沉降监测。为了解决多点沉降的监测问题，工程上常采用一种基 于悬臂梁原理，通过测量悬臂梁应变变化计算挠度变化获得沉降。由于悬臂梁原理的计算 方法简单、思路清晰，适合用于远距离沉降的计算。但该方法中，当作为传力构件的悬臂发 生大变形后，局部容易出现不可恢复的塑性变形，因此影响到长期监测结果的准确性。此 外由于悬臂长期处于受弯变作用下，对材料本身具有很高的抗蠕变等长期性能要求。目前 在对于工程中常用的复合纤维材料的长期性能的研究中发现，碳纤维其蠕变破断强度可以 保持在0. 75-0. 8,玄武岩是0. 55-0. 65,玻璃为0. 25-0. 35。为了保证测量结果的长期准确 性，须采用如碳纤维和玄武岩等无塑性变形、具有足够弯曲刚度、优越抗蠕变性能的复合纤 维材料。目前，光纤等应变传感技术越来越多的作为传感元件，应用于沉降监测工程。但光 纤传感器存在的诸如，易脆断、滑移、耐久性差等问题，这些问题在实际应用影响到应变测 量的精度、灵敏度、长期性能等关键指标。专利CN1858548 A公开了一种利用等强度悬臂梁 上、下表面的差动式光纤Bragg光栅，来测量地表的沉降量。等强度悬臂梁的设计需要随 着弯矩的大小相应地改变截面尺寸，在远距离监测中需要有足够端部宽度以保证测量的精 度，加之传力过程悬臂两端容易出现扭转问题，因此难以实际应用于长距离线型结构的大 范围沉降监测。此外光纤光栅等点式传感元件只适合反应传力构件局部的应变变化，在长 期监测中不均质材料以及外界环的影响造成的误差，会在计算过程放大，导致沉降计算准 确性降低的问题。另外由于光纤等微小直径的应变传感元件只适合测量张拉应变，压缩测 量时需预先提供足够预张量。对于点式光纤传感元件难以保证压缩变形的测量精度。另外 一方面，一种新颖的长标距传感器开始应用于大型结构的应变传感技术中。长标距传感器 是指测量标距长且测量结果能够反映被测体一定特征区域被测物理量的传感器，其中的标 距长度（指传感器能够进行有效测量部分的长度。相对于传感标距短且测量结果只能反映 被测体局部某点被测物理量的点式传感元件，长标距传感器能够反映被测结构一定区域或 特征尺度范围内的物理量变化，适宜大型桥隧工程结构，特别是混凝土工程结构。长标距传 感器可以根据端部刚度设计、耐久性设计和增敏设计，满足不同条件的测量要求。最近有研 究发现，对于布里渊散射光技术和碳纤维传感技术，由于通过封装实现标距（或测量空间 分解能）内传感元件的应变均匀，长标距传感器适合于降低测量误差、实现高精度动静态 测量的目的。长标距传感器可按照适当密度分布布设在结构的一定区域，从而达到对各类 桥隧工程结构的长距离大范围区域的动静态监测。 综上所述，为了铁路、公路、隧道等长距离线型结构的大范围沉降分布的实时远程 监测，可以通过结合悬臂梁传力原理和长标距应变传感技术，开发一种计算方便、且具有长 期稳定监测能力的监测系统。
技术实现思路
本技术的提供一种基于连续纤维复合型材的沉降分布监测系统，通过叉状锚 固端和连杆将地基内沉降量传递到土表，此时固定在两个连杆之间的水平传感杆会出现应 变变化；通过铰接和固接的水平传感杆上的应变关系，实现该观测点沉降判断并计算沉降 量；再通过数据传输技术连接各个观测点构成子观测站，并进一步联网建成观测网络。 -种基于连续纤维复合型材的沉降分布监测系统，其特征在于：包括子区域测量 站，沉降计算模块和监测控制中心，所述子区域测量站由在沿交通线路分布的各个观测点 位置打设的纵向定位杆以及连接在相邻两纵向定位杆之间的水平传感杆组成；所述纵向定 位杆由埋设入土体内锚固段、和土体外水平传感杆连接的接合部以及和土表锚固片组成； 在所述接合部的两侧分别通过铰接和固接与所述水平传感杆连接，在每个所述水平传感杆 沿轴向植入有一个应变传感单元；所述各个子区域测量站通过数据传输线连接至所述沉降 计算模块和监测控制中心。 所述土体内锚固段为自分叉状锚固端，该自分叉状锚固端为由带预留孔的刚性外 壁结构和柔性分叉芯线组成，所述预留孔沿所述刚性外壁结构外壁倾斜向下设置，所述柔 性分叉芯线上端铰接在所述纵向定位杆的下端，所述柔性分叉芯线下端在所述纵向定位杆 向下移动时插入所述预留孔。 所述水平传感杆的截面为方形、圆形或工字形纤维复合材料杆件。 所述应变传感单元设置在所述水平传感杆偏离形心位置，每个应变传感单元在接 合部近旁包含一组或多组应变传感器件。 所述应变传感器件是光纤光栅、基于布里渊散射技术或连续碳纤维传感技术的长 标距应变传感器。 一种沉降分布监测方法，其当沉降发生时，土体内锚固段与土体一起变形，通过纵 向定位杆带动水平传感杆的一端下沉，以致应变传感单元应变数值变化；根据所述子区域 测量站内各个监测点对应的水平传感杆之间的张拉或压缩应变关系，通过沉降计算模块， 整合获得该子区域测量站内沉降分布。 所述沉降计算模块通过以下步骤获得沉降分布： 步骤一：对各个子区域测量站内，从配置的基岩水准点近旁的观测点开始，依次获 得各个监测点的水平传感杆的铰接侧和固接侧的2组应变传感单元的应变值，其中铰接和 固接的两个水平传感杆的应变值分别定义为eil和ei2 ; 步骤二：根据eil和ei2的张拉和压缩的分布关系，进行沉降分布判断原则，并 计算沉降量。 沉降分布判断原则包括： 变形判断原则：如水平传感杆的应变呈现增加趋势时，该杆定义为受拉；如水平 传感杆的应变呈现减少趋势时，该杆定义为受压；当水平传感杆的无应变变化时，该杆定义 为无变形； 沉降位置判断原则：从配置的基岩水准点近旁的观测点开始，当出现首个发生受 拉变形的监测点i时，则判定该点出现沉降；如监测点i+1的ei2为受压，且数值与ei2 一致，则判定监测点i+1无沉降；如监测点i+1的ei2为无变形，则判定监测点i+1与监测 点i同程度沉降；如监测点i+1的ei2为受拉，则判定监测点i+1发生沉降，且大于与监测 点i〇 沉降计算方法，包含以下步骤： 步骤一：将观测站配置的基岩定义为参考水准点； 步骤二：从参考水准点开始依次对监测点进行沉降分布判断，当监测点i出现受 拉变形时，根据该监测点上铰接的水平传感杆上应变单元测得应变分布平滑化处理获得水 平传感杆上应变变化e(il)，以及应变传感单元的距离型心位置hl、型心距离中性轴高度 h2、截面高度H、水平传感杆的长度L，结合悬臂梁理论，计算该监测点上铰接侧竖向位移： 再迭代上一步沉降量S(i-1)获得该点沉降量S(i) =S(i-l)+x(i);本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于连续纤维复合型材的沉降分布监测系统，其特征在于：包括子区域测量站（16），沉降计算模块（17）和监测控制中心（18），所述子区域测量站（16）由在沿交通线路分布的各个观测点位置打设的纵向定位杆（1）以及连接在相邻两纵向定位杆之间的水平传感杆（2）组成；所述纵向定位杆（1）由埋设入土体内锚固段（3）、和土体外水平传感杆连接的接合部（4）以及和土表锚固片（5）组成；在所述接合部的两侧分别通过铰接和固接与所述水平传感杆（2）连接，在每个所述水平传感杆（2）沿轴向植入有一个应变传感单元（11）；所述各个子区域测量站（16）通过数据传输线连接至所述沉降计算模块（17）和监测控制中心（18）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴智深，黄璜，
申请(专利权)人：镇江绿材谷新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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