FRP筋混凝土梁及其制备方法和梁裂缝监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种FRP筋混凝土梁及其制备方法和梁裂缝监测装置及方法，其中FRP筋混凝土梁裂缝监测装置包括由FRP受力筋、加固钢筋和箍筋绑扎成的钢筋笼，钢筋笼的非加密箍筋区内固设两对智能骨料，其中一对智能骨料位于FRP受力筋的下方，另一对智能骨料位于FRP受力筋的上方；所述钢筋笼浇筑在混凝土内；还包括数据采集器和计算机，两对智能骨料均通过数据传输线与数据采集器电连接，数据采集器与计算机电连接。本发明专利技术能够对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测，能够对损伤位置进行定位和对损伤进行定量，能够充分利用材料性能，避免资源浪费，能实时监测FRP筋混凝土梁的实际使用状态和裂缝开裂情况。

FRP reinforced concrete beam and its preparation method and beam crack monitoring device and method

The invention discloses a FRP-reinforced concrete beam and its preparation method, a beam crack monitoring device and a method, wherein the FRP-reinforced concrete beam crack monitoring device comprises a steel cage bound by a FRP-reinforced bar, a reinforcement bar and a stirrup bar, and two pairs of intelligent aggregates are fixed in the non-encrypted stirrup area of the steel cage, wherein a pair of intelligent aggregates are located in the FRP-reinforced concrete beam. Under the P stress bar, another pair of intelligent aggregate is located above the FRP stress bar; the reinforcing bar cage is poured into the concrete; the data collector and the computer are also included. Both pairs of intelligent aggregate are electrically connected with the data collector through the data transmission line, and the data collector is electrically connected with the computer. The invention can simultaneously monitor the cracks above and below the FRP-reinforced concrete beams, locate the damage position and quantify the damage, make full use of the material properties, avoid waste of resources, and monitor the actual use state and the damage of the FRP-reinforced concrete beams in real time. Crack cracking.

【技术实现步骤摘要】
FRP筋混凝土梁及其制备方法和梁裂缝监测装置及方法
本专利技术属于土木工程FRP筋混凝土
，特别涉及一种FRP筋混凝土梁及其制备方法和梁裂缝监测装置及方法。
技术介绍
土木工程中常用的纤维增强复合材料FRP(FiberReinforcedPolymer/Plastic)是由纤维材料和作为基体材料的合成树脂按一定比例混合后形成的高性能材料。FRP筋主要有以下优点：(1)抗拉强度高，可应用于预应力混凝土结构中；(2)容重小，可减轻结构的自重；(3)抗腐蚀性能好，可用于港泊、码头、堤坝等靠近水边的混凝土构件中。正是因为有这些良好的性能，FRP筋可替代普通钢筋做成FRP筋混凝土梁，从而应用于土木工程中。但是，采用FRP筋的混凝土梁也存在两个重要问题：第一，由于FRP筋相比于普通钢筋弹性模量小，则抵抗永久变形的能力低，导致在同等条件下，FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度是普通钢筋混凝土梁的3～5倍；第二，FRP筋与混凝土黏结性能较差，导致FRP筋混凝土梁在开裂后刚度降低明显，会产生较大的挠度和裂缝，影响梁在正常状态下的使用。目前，压电陶瓷(PZT)因其良好的正逆压电效应制作成传感器和驱动器，被广泛应用于土木工程领域进行结构的健康监测与损伤识别。但由于压电陶瓷(PZT)质脆易碎，不利于在结构(混凝土结构)内部进行健康检测，所以需要特殊物质包裹在压电陶瓷的外层，从而不仅起到保护压电陶瓷(PZT)的作用，而且也不影响压电陶瓷(PZT)的良好性能。经国内外学者的大量研究，美国休斯顿大学的Song等提出了“智能骨料(SA)”的概念，将压电陶瓷(PZT)嵌在混凝土块或大理石中可有效防止外界环境的腐蚀和破坏，结构可感知和处理内外界环境的信息，做到自适应响应，执行处理结果。同时，压电智能骨料具有造价低、制作简便、质量轻、契合性好、灵敏度高，以及耗能低的特点，能做到对结构(混凝土结构)进行真正的实时、动态、主动的全寿命监测和控制。由于在FRP筋混凝土梁中，裂缝通常由FRP受力筋下方向FRP受力筋上方延伸。已有的文献研究表明，对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋下方的裂缝的监测研究有很多，但没有对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测的研究。从而导致一旦FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋下方的部位出现裂缝，利用现有方法无法得知FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方的部位是否出现裂缝，为保险起见，需要替换原有FRP筋混凝土梁。在FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方的部位实际未出现裂缝的情况下、FRP筋混凝土梁实际还可继续使用一段时间的情况下，现有的这种方式无法充分利用材料性能，造成资源浪费。
技术实现思路
现有技术中，没有对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测的研究，无法充分利用材料性能，造成资源浪费。本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种FRP筋混凝土梁及其制备方法和梁裂缝监测装置及方法，能够对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测，能够对损伤位置进行定位和对损伤进行定量，从而能够充分利用材料性能，避免资源浪费。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种FRP筋混凝土梁，包括由1根FRP受力筋、4根加固钢筋和若干根箍筋绑扎成的钢筋笼，钢筋笼的两端为加密箍筋区，钢筋笼的中间为非加密箍筋区；其结构特点是钢筋笼的非加密箍筋区内固设两对智能骨料，其中一对智能骨料位于FRP受力筋的下方，另一对智能骨料位于FRP受力筋的上方；所述钢筋笼浇筑在混凝土内；智能骨料各与一数据传输线的一端电连接，各数据传输线的另一端穿出混凝土。作为一种优选方式，所述加固钢筋和箍筋均为普通螺纹钢筋。作为一种优选方式，所述混凝土为普通混凝土。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种FRP筋混凝土梁制备方法，包括步骤1).分别用1根FRP受力筋、4根加固钢筋和若干根箍筋绑扎成一个钢筋笼；钢筋笼的两端为加密箍筋区，钢筋笼的中间为非加密箍筋区；其特点是还包括以下步骤：步骤2).将两对智能骨料固定在钢筋笼的非加密箍筋区内，为四个智能骨料依次编号后引出各自的数据传输线；其中一对智能骨料位于FRP受力筋的下方，另一对智能骨料位于FRP受力筋的上方；步骤3).对钢筋笼浇筑混凝土，并养护至所需要的强度，形成所述FRP筋混凝土梁。作为一种优选方式，所述步骤1)中，所述加固钢筋和箍筋均为普通螺纹钢筋。作为一种优选方式，所述步骤3)中，所述混凝土为普通混凝土。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种FRP筋混凝土梁裂缝监测装置，其结构特点是包括数据采集器和计算机，两对智能骨料均通过数据传输线与数据采集器电连接，数据采集器与计算机电连接；位于FRP受力筋的下方的一对智能骨料中，一个作为驱动器，另一个作为传感器；位于FRP受力筋的上方的一对智能骨料中，一个作为驱动器，另一个作为传感器。借由上述结构，本专利技术基于压电智能骨料对FRP筋混凝土梁裂缝进行实时监测。由于FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方的部位和FRP受力筋下方的部位均设有一对智能骨料，从而能够对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测，能够充分利用材料性能，避免资源浪费。本专利技术能实时监测FRP筋混凝土梁的实际使用状态和裂缝开裂情况，提高FRP筋混凝土梁在使用过程中的安全性能，能广泛应用于土木工程的新建结构中。监测时，对FRP筋混凝土梁施加载荷，计算机通过数据采集器控制作为驱动器的智能骨料发出正弦扫频信号，作为传感器的智能骨料接收FRP筋混凝土梁在监测过程中的信号并将监测信号通过数据采集器发送至计算机，最终在计算机端实现对FRP筋混凝土梁裂缝情况的监测。基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种采用所述FRP筋混凝土梁裂缝监测装置进行监测的方法，其特点是包括以下步骤：步骤A.对FRP筋混凝土梁施加载荷；步骤B.计算机通过数据采集器控制作为驱动器的智能骨料发出正弦扫频信号；步骤C.作为传感器的智能骨料接收FRP筋混凝土梁在监测过程中的信号；步骤D.数据采集器采集作为传感器的智能骨料接收的监测信号，并将监测信号送至计算机。进一步地，还包括：步骤E.计算机将监测信号分解成各频段的信号数据，并根据该信号数据绘制小波系数模极大值轨迹图，小波系数模极大值轨迹图里的峰值即为裂缝出现的位置。借由上述方法，本专利技术利用小波奇异性原理得到FRP筋混凝土梁在使用状态时的小波变换系数模极大值，进而对其损伤位置进行定位。进一步地，还包括：步骤F.计算机利用监测信号计算Lipschitz指数α并利用α定义FRP筋混凝土梁的损伤程度；其中，为小波系数模极大值，s为信号尺度。借由上述方法，本专利技术通过Lipschitz指数α的大小来判断FRP筋混凝土梁的相对损伤程度，从而对损伤进行定量。与现有技术相比，本专利技术基于压电智能骨料对FRP筋混凝土梁裂缝进行实时监测，能够对FRP筋混凝土梁上位于FRP受力筋上方和FRP受力筋下方的裂缝情况同时进行实时监测，能够对损伤位置进行定位和对损伤进行定量，能够充分利用材料性能，避免资源浪费。本专利技术成本低廉、操作简便、响应快，能实时监测FRP筋混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FRP筋混凝土梁，包括由1根FRP受力筋(4)、4根加固钢筋(2)和若干根箍筋(3)绑扎成的钢筋笼，钢筋笼的两端为加密箍筋区，钢筋笼的中间为非加密箍筋区；其特征在于，钢筋笼的非加密箍筋区内固设两对智能骨料(5，6，7，8)，其中一对智能骨料(5，7)位于FRP受力筋(4)的下方，另一对智能骨料(6，8)位于FRP受力筋(4)的上方；所述钢筋笼浇筑在混凝土(1)内；智能骨料(5，6，7，8)各与一数据传输线的一端电连接，各数据传输线的另一端穿出混凝土(1)。

【技术特征摘要】
1.一种FRP筋混凝土梁，包括由1根FRP受力筋(4)、4根加固钢筋(2)和若干根箍筋(3)绑扎成的钢筋笼，钢筋笼的两端为加密箍筋区，钢筋笼的中间为非加密箍筋区；其特征在于，钢筋笼的非加密箍筋区内固设两对智能骨料(5，6，7，8)，其中一对智能骨料(5，7)位于FRP受力筋(4)的下方，另一对智能骨料(6，8)位于FRP受力筋(4)的上方；所述钢筋笼浇筑在混凝土(1)内；智能骨料(5，6，7，8)各与一数据传输线的一端电连接，各数据传输线的另一端穿出混凝土(1)。2.如权利要求1所述的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述加固钢筋(2)和箍筋(3)均为普通螺纹钢筋。3.如权利要求1或2所述的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述混凝土(1)为普通混凝土。4.一种FRP筋混凝土梁制备方法，包括步骤1).分别用1根FRP受力筋(4)、4根加固钢筋(2)和若干根箍筋(3)绑扎成一个钢筋笼；钢筋笼的两端为加密箍筋区，钢筋笼的中间为非加密箍筋区；其特征在于，还包括以下步骤：步骤2).将两对智能骨料(5，6，7，8)固定在钢筋笼的非加密箍筋区内，为四个智能骨料(5，6，7，8)依次编号后引出各自的数据传输线；其中一对智能骨料(5，7)位于FRP受力筋(4)的下方，另一对智能骨料(6，8)位于FRP受力筋(4)的上方；步骤3).对钢筋笼浇筑混凝土(1)，并养护至所需要的强度，形成所述FRP筋混凝土梁。5.如权利要求4所述的FRP筋混凝土梁制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述加固钢筋(2)和箍筋(3)均为普通螺纹钢筋。6.如权利要求4或5所述的FRP筋混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋田勇，洪越，郑俊博，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43