一种可监控的预应力构件、预应力损失监控方法、制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可监控的预应力构件、预应力损失监控方法及制造方法。可监控的预应力构件包括预应力构件本体、长标距碳纤维应变传感单元、电子标签单元、微电路板、以及预应力构件表面输出端口。所述预应力筋表面设置的长标距碳纤维应变传感单元包括至少一个长标距碳纤维应变传感元件，沿预应力筋轴向布设于预应力筋表面；通过预应力构件内置微电路板并联连接后，再经由预应力构件表面输出端口获取各个长标距碳纤维应变传感单元的信号；并结合内置电子标签，方便读取获知预应力构件的生产信息、使用情况、方位位置等信息，满足对预应力构件实时定位、追踪和监控，从而实现在预应力构件的使用过程中智能精细化管理。

【技术实现步骤摘要】
一种可监控的预应力构件、预应力损失监控方法、制造方法
本专利技术涉及一种可监控的预应力构件以及该构件的预应力损失监控方法，将高耐久的长标距碳纤维传感技术与无线射频(RFID)技术融合，实现土木工程领域中预应力构件从生产制作环节到使用环节中智能精细化管理。
技术介绍
由于预应力技术具有减小构件尺寸、节约材料、减轻自重等优点，预应力混凝土构件已经广泛应用于大型桥梁、道路、及预制建筑等众多土木工程。预应力构件的张拉量是决定构件抗弯性能、承载能力的主要参数，因此预应力构件制作过程中的品质管理显得尤为重要。另外，当预应力构件使用于结构中后，伴随着钢筋锈蚀、蠕变、混凝土开裂等劣化损伤的出现，会导致构件的预应力水平降低、刚度下降等问题。传统预应力损失检测手段是通过在预应力构件端部的锚具上安置压力传感器，根据预应力放张前后轴力变化来控制预应力。然而，由于构件在置入预应力后会出现弯曲变形导致锚具与结构端部发生偏移，因而影响压力传感器的测量精度。此外，外置的压力传感器容易受到外界如空气湿度、温度热膨胀等影响，出现传感器失效或与结构分离的问题，因而难以满足长期监测项目的要求。针对以上问题，需要有一种准确实时的监控系统来追踪构件的实时使用状况。碳纤维应变传感技术开始在土建交通工程结构的结构检测和监测技术中已得到关注。碳纤维是一种高强度的耐腐蚀结构材料，同时还具有力阻特性,可通过常用的电桥电路实现应力(应变)测量。作为一种新型传感材料，不但比传统的金属电阻应变式传感器更具有长期的稳定性，而且碳纤维材料受力而引起的电阻变化主要来自于电阻率变化而不是传感元件的尺寸变化，因此与传统电阻应变式传感器的金属传感材料相比碳纤维具有灵敏度高和横向效应小的特点。在实际传感性能的调查研究中，发现以碳纤维为基材的通过长标距封装方法，制作长标距应变传感元件满足稳定的应变测量，可实现了小级别应变变化的测量。[参考文献：一种分布式高精度长标距碳纤维应变测试装置及测试方法,CN102494603A]。在此基础上，利用应力集中原理对碳纤维传感材料实施预制切口增敏措施，以满足碳纤维传感材料对于微小应变范围内准确度和精度的要求。[参考文献：一种长标距碳纤维应变传感器件,CN103868445A]碳纤维传感材料由于可塑性强、力学性能好、和长期性能稳定的特点，适合与混凝土结构构件结合以达到智能化设计，实现高精度、高耐久的传感材料。另外一方面，RFID电子标签作为一种新兴产品信息监控技术逐渐开始应用于制造业、零售业等物流系统。通过在产品制作环节上置入RFID电子标签，并写入索引产品信息的电子代码，关联系统中产品如：名称、型号、材料、实施标准、检验报告等重要参数。从而可以方便地自动化追踪产品在传送、物流、销售等各个环节的信息，因而大大减少或消除获取数据所需的劳动力，提高数据的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可监控的预应力构件以及该构件的预应力损失监控方法，通过融合长标距传感技术以及RFID追踪技术，满足自动化读取获知预应力构件的生产信息、使用情况、方位位置等信息，以达到对预应力构件实时定位、追踪和监控的目的。本专利技术同时提供了上述预应力构件的制造方法。为实现上述目的，本专利技术提供的可监控的预应力构件采用如下技术方案：一种可监控的预应力构件，包括预应力本体、穿过预应力本体的预应力筋、长标距碳纤维应变传感单元、构件内置微电路板、构件表面输出端口、无线射频电子标签；所述长标距碳纤维应变传感单元包括至少一个长标距碳纤维应变传感元件，长标距碳纤维应变传感元件沿预应力筋轴向布设于预应力筋表面；所述长标距碳纤维应变传感单元通过构件内置微电路板连接后，再经由构件表面输出端口通过有线或无线数据采集设备获取长标距碳纤维应变传感单元的信号；所述无线射频电子标签中写入代表该预应力构件的加密识别编码，并埋入预应力本体内部。所述长标距碳纤维应变传感单元为复合材料套管封装长标距碳纤维应变传感元件而成。本专利技术提供的预应力损失监控方法采用如下技术方案：一种对上述可监控的预应力构件的预应力损失监控方法，所述构件表面输出端口外置于构件表面用以连接外部数据采集设备实现有线数据采集方式，或者通过无线信号传输装置实现无线数据采集方式；通过构件内部各个传感单元对应的应变变化获得构件实际使用状况预应力变化由结构内部的长标距碳纤维应变传感单元获得；具体预应力损失率，按以下公式计算其中，ψ为当前预应力损失率，n为传感元件数目，εi为传感元件i构件制作完成后初始应变，ε*i为传感元件i当前应变，pi为传感元件i位置对应的理论应变权重值。将预应力构件制作过程中的基本信息记录在对应加密识别编码的本地数据库中，之后在预应力构件使用过程中定期追加应变时程峰值；通过无线射频读取器从预应力构件外部读取加密识别编码，再于本地数据库追踪调取该构件对应的信息记录。本专利技术提供的制造方法采用如下技术方案：一种对上述可监控的预应力构件的制造方法，包括以下步骤：步骤1：根据预应力构件尺寸和预应力值，设计所需要的长标距碳纤维应变传感元件的位置、长标距碳纤维应变传感元件数目n及传感元件的初期张拉量；依据预应力构件受力分析置入初值张拉量，初值张拉量的取值范围为预应力构件底部出现最大压缩应变的1.5倍以上，并不大于1000微应变；步骤2：根据步骤1的单元数目n和初期预张拉，沿预应力筋轴向方向布设长标距碳纤维应变传感元件，施加初值张拉后通过环氧树脂将传感元件粘贴在预应力筋表面，粘贴完成后自然养护至树脂完全固化从而完成长标距碳纤维应变传感单元的安装；步骤3：将步骤2的长标距碳纤维应变传感单元用导线连接从构件的一端连接接入的印制有测量电路的微电路板后，将微电路板的测量通道的导线引出至输出端口；输出端口设置在构件表面，微电路板与输出端口之间导线长度不大于混凝土保护层厚度；在微电路板近旁设置被动式无线射频电子标签，并写入识别号码；步骤4：对构件置入预应力，记录预应力筋从张拉到放张全过程各个传感单元的应变增量，计算实际导入张拉量；实际导入预应力筋应力，按以下公式计算其中，σ为预应力筋实际导入应力，n为传感元件数目，εi为传感元件i构件制作完成后实测应变，li为传感元件i的标距长度，pi为传感元件i位置对应的理论应变权重值，E为预应力筋弹性模量；步骤5：提供步骤3中识别号码对应的数据库，将预应力构件制作过程中预应力张拉设计值、施加预应力、混凝土和预应力筋材料性质信息记录在该数据库中。其中，对于普通预应力构件，预应力筋上铺设的长标距碳纤维应变传感元件数目n取值为1；对于有受弯分析、预应力筋滑移监测要求的预应力构件，长标距碳纤维应变传感元件数目n不少于3个；对于预应力筋滑移、动态分析监测要求的预应力构件，长标距碳纤维应变传感元件数目n不少于5个。所述构件内置微电路板、构件表面输出端口、和无线射频电子标签在置于构件模具中合适位置后再张拉预应力筋、浇灌混凝土，适用于先张法和后张法的预应力构件制作；当预应力构件使用于结构中后，通过记录一段时间内的应变变化追踪构件内预应力损失情况；根据预应力损失情况，定期将监测到的峰值记录于构件识别号码对应的数据库中，方便读取获知构件的生产信息、使用情况、方位位置信息，满足对构件实时定位、追踪和监控。本专利技术的有益效果是：(1)通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可监控的预应力构件，其特征在于，包括预应力本体(1)、穿过预应力本体(1)的预应力筋(6)、长标距碳纤维应变传感单元(2)、构件内置微电路板(3)、构件表面输出端口(4)、无线射频电子标签(5)；所述长标距碳纤维应变传感单元(2)包括至少一个长标距碳纤维应变传感元件，长标距碳纤维应变传感元件沿预应力筋轴向布设于预应力筋(6)表面；所述长标距碳纤维应变传感单元通过构件内置微电路板(3)连接后，再经由构件表面输出端口(4)通过有线或无线数据采集设备获取长标距碳纤维应变传感单元的信号；所述无线射频电子标签(5)中写入代表该预应力构件的加密识别编码，并埋入预应力本体(1)内部。

【技术特征摘要】
1.一种可监控的预应力构件，其特征在于，包括预应力本体(1)、穿过预应力本体(1)的预应力筋(6)、长标距碳纤维应变传感单元(2)、构件内置微电路板(3)、构件表面输出端口(4)、无线射频电子标签(5)；所述长标距碳纤维应变传感单元(2)包括至少一个长标距碳纤维应变传感元件，长标距碳纤维应变传感元件沿预应力筋轴向布设于预应力筋(6)表面；所述长标距碳纤维应变传感单元通过构件内置微电路板(3)连接后，再经由构件表面输出端口(4)通过有线或无线数据采集设备获取长标距碳纤维应变传感单元的信号；所述无线射频电子标签(5)中写入代表该预应力构件的加密识别编码，并埋入预应力本体(1)内部。2.根据权利要求1所述的预应力构件，其特征在于，所述长标距碳纤维应变传感单元为复合材料套管封装长标距碳纤维应变传感元件而成。3.一种对如权利要求1或2所述的可监控的预应力构件的预应力损失监控方法，其特征在于，所述构件表面输出端口(4)外置于构件表面用以连接外部数据采集设备实现有线数据采集方式，或者通过无线信号传输装置实现无线数据采集方式；通过构件内部各个传感单元对应的应变变化获得构件实际使用状况预应力变化由结构内部的长标距碳纤维应变传感单元(2)获得；具体预应力损失率，按以下公式计算其中，ψ为当前预应力损失率，n为传感元件数目，εi为传感元件i构件制作完成后初始应变，ε*i为传感元件i当前应变，pi为传感元件i位置对应的理论应变权重值；将预应力构件制作过程中的基本信息记录在对应加密识别编码的本地数据库中，之后在预应力构件使用过程中定期追加应变时程峰值；通过无线射频读取器从预应力构件外部读取加密识别编码，再于本地数据库追踪调取该构件对应的信息记录。4.一种根据权利要求1或2所述的可监控的预应力构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据预应力构件尺寸和预应力值，设计所需要的长标距碳纤维应变传感元件的位置、长标距碳纤维应变传感元件数目n及传感元件的初期张拉量；依据预应力构件受力分析置入初值张拉量，初值张拉量的取值范围为预应力构件底部出现最大压缩应变的1.5倍以上，并不大...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智深，黄璜，
申请(专利权)人：南京东智安全科技有限公司，南京智慧基础设施技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32