基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统及安装方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统及安装方法，所述的防冲刷系统设置在位于水面下桥梁基础周围土体中，所述的自传感FRP网格包括相互垂直交织的横向FRP和竖向FRP，还包括锚入深层土体的自传感竖向FRP，所述的自传感竖向FRP与所述的横向FRP垂直相交，与所述的竖向FRP平行或者重合，在所述的自传感竖向FRP中设内置了应变传感器。通过利用FRP材料的高强力学和耐久性能，对桥梁基础周围土体形成围挡，阻止冲刷，保护桥梁。同时利用自传感FRP网格的自传感特性，实现对桥梁基础冲刷情况的长期有效监测，且施工简单，能够有效节约成本。

Bridge anti scour system and installation method based on self sensing FRP grid

The invention discloses a bridge anti-scouring system and installation method based on self-sensing FRP grid. The anti-scouring system is arranged in the soil around the bridge foundation under the water surface. The self-sensing FRP grid comprises transverse FRP and vertical FRP interlaced vertically with each other, and also includes self-sensing vertical FRP anchored into deep soil. The self-sensing vertical FRP intersects vertically with the transverse FRP, is parallel to or coincides with the vertical FRP, and a strain sensor is embedded in the self-sensing vertical FRP. By using the high strength and durability of FRP material, the soil around the bridge foundation is enclosed to prevent erosion and protect the bridge. At the same time, the self-sensing characteristics of FRP grids are used to realize long-term effective monitoring of bridge foundation scouring, and the construction is simple, which can effectively save costs.

【技术实现步骤摘要】
基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统及安装方法
本专利技术属于工程养护监测领域，具体涉及一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统及安装方法。
技术介绍
桥梁水下基础是桥梁的关键部件，承担着将上部结构所承受的荷载传递给地基的首要任务，其安全状况直接影响桥跨结构的使用性、耐久性和安全性。但是，在水流作用下，基础周边的土体容易被冲刷侵蚀，严重时能够使基础失稳，发生桥梁垮塌。例如，1966年-2005年间，美国共垮塌桥梁至少1502座，其中因水下基础冲刷破坏导致的约58％。因此，对桥梁水下基础建立桥梁水下防冲刷系统并对冲刷状况实施长期监测和评估显得尤为重要。目前，桥梁冲刷防护常用方法为抛石法，即在冲刷范围内设置反滤层并抛入石块，利用石块的重力阻止泥沙流失。此方法原理简单易施工，但长期效果不佳，尤其在水流较大较急的区域。桥梁基础冲刷监测方法主要有人工深度尺、声纳、雷达和时域反射计等，存在稳定性差、传感元件耐久性不足等缺点。FRP材料主要有碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）、芳纶纤维（AFRP）、玄武岩纤维（BFRP）等不同类型的纤维复合材料，其强度高，一般是普通钢筋的4-5倍及以上，耐久性能好，是提高工程结构长期性能的优良材料。光纤光栅（FiberBraggGrating，FBG）传感技术精度高，长期稳定性好，与FRP材料易复合形成自传感FRP材料，可进一步扩大适用范围和耐久性能。因此本专利技术采用自传感FRP网格制备桥梁的智能化防冲刷系统，利用FRP网格的高强力学性能和耐久性能，形成冲刷的长期“挡墙”，利用内置的FBG传感器，形成冲刷状况的长期监测网络。专利
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统及安装方法。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，所述的防冲刷系统设置在位于水面下桥梁基础周围的土体中，所述的自传感FRP网格包括相互垂直交织的横向FRP和竖向FRP，还包括锚入深层土体的自传感竖向FRP，所述的自传感竖向FRP与所述的横向FRP垂直相交，与所述的竖向FRP平行或者重合，在所述的自传感竖向FRP中设内置了应变传感器。作为本专利技术的进一步改进，所述的自传感竖向FRP包括插入土体内的区段和与自传感FRP网格相交的区段。作为本专利技术的进一步改进，所述的自传感竖向FRP包括位于中心的毛细管，所述的应变传感器位于毛细管内，包括依次相连的FBG和光纤引线，所述的FBG被若干个锚固点锚固在毛细管内，对应于自传感竖向FRP的嵌入土体的区段，所述的光纤引线伸出毛细管外与监控系统相连。作为本专利技术的进一步改进，所述的毛细管的内径为0.5-0.8mm，壁厚为0.1-0.3mm。作为本专利技术的进一步改进，所述的自传感FRP网格的网孔的边长小于或者等于1cm，所采用的横向FRP和竖向FRP的厚度大于或者等于1cm。作为本专利技术的进一步改进，所述的横向FRP在接头处的重叠长度大于或者等于30cm。根据以上所述的一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统的安装方法，包括以下步骤：步骤1：在选定范围的土体内，按照设计间隔设置用于埋置固定自传感竖向FRP安装固定孔，孔深为自传感竖向FRP的嵌固深度L2；之后按设计路线，在土体内开挖用于埋置竖向FRP的槽，槽深为竖向FRP的嵌固深度L3。步骤2：将所述的自传感FRP网格插入槽孔中并在横向方向绑扎连接，横向FRP在接头处的重叠区域大于或者等于30cm，所述的重叠区域采用不锈钢卡扣扎紧；步骤3：将光纤引线与监测设备相连，监测FBG的应变信息。进一步，所述的步骤一中包括采用转杆在位于水面下桥梁周围的土体中设置安装自传感竖向FRP的安装固定孔，所的安装固定孔的孔径为所述的自传感竖向FRP最大边长的1.5倍。进一步，所述的L2大于或者等于300cm，所述的L3大于或者等于100cm。本专利技术的有益效果：1、利用自传感FRP网格的高强力学和耐久性能，对桥梁基础周围土体形成围挡，阻止冲刷，实现了桥梁冲刷的长期有效控制，保障了桥梁的安全，为桥梁防冲刷提供了新方法。2、利用自传感FRP网格的自传感特性，形成冲刷的长期监测系统，实现对桥梁基础冲刷情况的长期有效监测，为桥梁基础设施的科学管养提供了量化依据。3、冲刷防护和监测一体化，大大方便了施工、节约了成本，为桥梁的安全运营和管养提供了技术支持，具有重要的社会和经济效益。附图说明图1为本专利技术的自传感FRP网格结构示意图；图2为本专利技术的自传感FRP网格内置光纤传感器结构示意图；图3为本专利技术的基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统结构示意图；其中：1-自传感FRP网格，2-自传感竖向FRP，3-竖向FRP，4-横向FRP，5-光纤引线，6-FBG，7-毛细管，8-锚固点，9-桥梁基础。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1-3所述的设置在位于水面下的桥梁基础9的土体中自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，所述的自传感FRP网格1包括相互垂直交织的横向FRP4和竖向FRP3，还包括等距离设置的自传感竖向FRP2，所述的自传感竖向FRP2与所述的横向FRP4垂直相交，与所述的竖向FRP4平行或者重合，在所述的自传感竖向FRP2中设内置了应变传感器。本专利技术中，所设计的自传感FRP网格1的网孔的边长小于或者等于1cm，所采用的横向FRP4和竖向FRP3的厚度大于或者等于1cm。其中所述的自传感竖向FRP2包括插入土体内的区段和与自传感FRP网格1相交的区段，其中插入土体区段的深度为L2，位于土体上方的长度为L1。所述的自传感竖向FRP2包括位于中心的毛细管7，所述的应变传感器位于毛细管7内，包括依次相连的FBG6和光纤引线5，所述的FBG6锚固在土体区段内，被若干个等距离设置的锚固点8进行固定，所述的光纤引线5伸出毛细管7外与监控系统相连。冲刷监测的基本原理是：FBG6均布设在自传感竖向FRP2位于土体内的区段，如果没有发生冲刷，在水流作用下，FBG6的应变几乎没有变化，一旦某区段出现了冲刷，该区段的FBG6将会监测到显著的应变变化，以此可实现冲刷监测；在此过程中，相邻的两个锚固点8之间的距离为l，l值越小冲刷深度监测精度越高。根据需要，本专利技术的一种实施例中所述的毛细管7的内径为0.5-0.8mm，壁厚为0.1-0.3mm。安装以上所述的桥梁防冲刷系统的具体方法包括以下步骤：步骤1：在桥梁基础周围土体内安装自传感FRP网格1。首先，在所需防护桥梁下沿防护土体轮廓线按照设计间隔采用转杆打孔，孔径为自传感竖向FRP2最大边长的1.5倍，孔的深度为自传感竖向FRP2的嵌固深度L2；然后按设计路线挖槽用于埋置竖向FRP3，槽的深度为竖向FRP3的嵌固深度L3。其中，所述的L2和L3是根据所防护的桥梁的水文状况确定的，通常所述的L2大于或者等于300cm，所述的L3大于或者等于100cm。步骤2：将自传感FRP网格1插入设计的孔和槽中，并在孔和槽中用水下环氧砂浆充填、固化成型连接横向FRP4编织网格。安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，所述的防冲刷系统设置在位于水面下桥梁基础（9）周围的土体中，其特征在于：所述的自传感FRP网格（1）包括相互垂直交织的横向FRP（4）和竖向FRP（3），还包括锚入深层土体的自传感竖向FRP（2），所述的自传感竖向FRP（2）与所述的横向FRP（4）垂直相交，与所述的竖向FRP（4）平行或者重合，在所述的自传感竖向FRP（2）中设内置了应变传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，所述的防冲刷系统设置在位于水面下桥梁基础（9）周围的土体中，其特征在于：所述的自传感FRP网格（1）包括相互垂直交织的横向FRP（4）和竖向FRP（3），还包括锚入深层土体的自传感竖向FRP（2），所述的自传感竖向FRP（2）与所述的横向FRP（4）垂直相交，与所述的竖向FRP（4）平行或者重合，在所述的自传感竖向FRP（2）中设内置了应变传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，其特征在于：所述的自传感竖向FRP（2）包括锚入土体内的区段和与自传感FRP网格（1）相交的区段。3.根据权利要求2所述的一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，其特征在于：所述的自传感竖向FRP（2）包括位于中心的毛细管（7），所述的应变传感器位于毛细管（7）内，包括依次相连的FBG（6）和光纤引线（5），所述的FBG（6）被若干个锚固点（8）锚固在毛细管（7）内，对应于自传感竖向FRP（2）的嵌入土体的区段，所述的光纤引线（5）伸出毛细管（7）外与监控系统相连。4.根据权利要求3所述的一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，其特征在于：所述的毛细管（7）的内径为0.5-0.8mm，壁厚为0.1-0.3mm。5.根据权利要求1所述的一种基于自传感FRP网格的桥梁防冲刷系统，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永圣，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32