基於botda的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法
2023-12-04 19:25:31 1
基於botda的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於BOTDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，是將一對豎直鋼筋與相當於管樁圓周的1/4圓弧的弧形鋼筋上連接形成載體鋼筋；在載體鋼筋上的開槽，槽內埋設傳感光纖並填充環氧樹脂；將一對埋設光纖的載體鋼筋埋入現澆混凝土大直徑管樁內；利用BOTDA方法從傳感光纖的兩端注入短脈衝光和連續探測光，通過測量傳感光纖中受激布裡淵散射光的頻率變化，獲得傳感光纖軸向各點的應變信息。本發明的監測方法具有施工布線簡單、抗幹擾和精度高等優點。
【專利說明】基於BOTDA的現澆混凝土大直徑管粧粧身應變監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基礎結構的試驗方法，具體涉及一種基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法。
【背景技術】
[0002]現澆混凝土大直徑管樁是最近幾年發展起來的一種新的樁型，由於通過擴大樁徑從增大側摩阻力，管樁的環形截面在混凝土消耗量上相比其他樁體有優勢，單樁承載力高，在相同承載力的要求下，經濟效益最好，兼具剛性樁的加固效果優勢和柔性樁的加固成本優勢。另外現澆混凝土大直徑管樁節約樁體運輸、沉樁等成本，穿土層能力較強，現澆混凝土大直徑管樁所具有的優越的工程性能和相比同類樁價格低廉的優勢，是一種適應我國國情的好樁型。在交通工程、水利工程、港口工程及工業與民用建築工程等領域中有重要的推廣應用價值。目前對現澆混凝土大直徑管樁樁身應變的監測仍多採用電式應變片監測。由於應變片安裝和布設操作複雜，成活率低，不能採集到樁身應變連續的數據，同時如果應變片埋入樁身過多，必須沿樁身導出多條應變片數據線，這樣會影響到現澆混凝土大直徑管樁的整體性和強度，應變片連接線過多，也易打結。
【發明內容】
[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，包括以下步驟:
1)製作載體鋼筋，包括水平設置的弧形鋼筋和並行設置的一對豎直鋼筋，所述一對豎直鋼筋的底端分別與弧形鋼筋的兩端固定連接，所述弧形鋼筋的輪廓為管樁圓周的1/4圓弧；
2)在載體鋼筋的表面開連續的凹槽，將傳感光纖連續敷設於凹槽中，用膠水將傳感光纖固定在凹槽內，傳感光纖的兩端分別從一對豎直鋼筋的頂部伸出，用環氧樹脂將凹槽填充、抹平；
3)在現澆混凝土大直徑管樁澆築時，將一對經步驟2)處理的載體鋼筋對稱地埋入現澆混凝土大直徑管樁內；
4)將光纖數據採集儀連接到兩組傳感光纖的兩端組成兩個獨立的測量迴路，分別從傳感光纖的兩端注入短脈衝光和連續探測光，通過測量傳感光纖中受激布裡淵散射光的頻率變化，獲得傳感光纖軸向各點的應變信息；
5)在現澆混凝土大直徑管樁受豎向受荷載前後的測量結果之差，得到該壓力增量作用下的樁身應變值。
[0005]作為優選，所述載體鋼筋是直徑10mm的光圓鋼筋。
[0006]作為優選，所述凹槽的槽深為2mm。[0007]作為優選，所述傳感光纖為0.9mm單模傳感光纖。
[0008]作為優選，所述傳感光纖的端部套有保護套管。
[0009]作為優選，還包括步驟6)沿現澆混凝土大直徑管樁的樁長任意橫截面，通過採集的四個對稱點上的傳感光纖監測數據，判斷現澆混凝土大直徑管樁是否存在缺陷或鏤空等情況
使用時，利用光纖與樁身混凝土的變形同步變化特點，現澆混凝土大直徑管樁受到豎向荷載時，通過光纖數據採集儀採集光纖監測數據，根據現澆混凝土大直徑管樁樁身應變光纖監測值，結合鋼筋混凝土的彈性模量和樁徑等參數，推算出現澆混凝土大直徑管樁的變形和受力。
[0010]有益效果:本發明通過在現澆混凝土大直徑管樁安裝鋼筋與分布式傳感光纖，使其能夠與混凝土協調同步變形，從而實現對樁身應變進行連續性監測，同時不影響混凝土樁的強度和結構性。而且光纖的接線少、施工布線簡單、成本低。光纖置入槽中並被環氧樹脂所保護，防水耐腐蝕，成活率高，能夠在各種惡劣的環境中工作。而且具有較高的抗電磁、抗高電壓等抗外界幹擾能力。而B0TDA光纖監測方法具有測試精度高、漂移小和穩定性好等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明實施例的結構示意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1中豎直鋼筋的剖面圖；
圖4為圖1中傳感光纖端部的剖面圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例:本實施例中監測的現澆混凝土大直徑管樁如圖1所示，包括樁身1，在樁身1的現澆混凝土內埋設有一對載體鋼筋，載體鋼筋包括相互連接的弧形鋼筋2和一對豎直鋼筋3。如圖2所示，一對載體鋼筋對稱地設置於樁身1內，其豎直鋼筋3的頂部位於樁身1的頂部。如圖3所示，傳感光纖4固定弧形鋼筋2上開設的凹槽內，凹槽內還填充有環氧樹脂5。如圖4所示，傳感光纖4的端部套有保護套管6。
[0013]使用時，本實施例的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法包括以下步驟:
1)製作載體鋼筋，包括水平設置的弧形鋼筋和並行設置的一對豎直鋼筋，一對豎直鋼筋的底端分別與弧形鋼筋的兩端固定連接，弧形鋼筋的輪廓為管樁圓周的1/4圓弧，即弧形鋼筋的中心角為45 °。豎直鋼筋選用一級10mm的光圓鋼筋，且含碳量低，長度與樁長相等，數量四根；另外準備兩根長度為1/4樁周長的弧形鋼筋；載體鋼筋連接時，弧形鋼筋水平放置，另兩根鋼筋垂直放置，焊接成型。
[0014]2)在載體鋼筋的表面開連續的凹槽，將傳感光纖連續敷設於凹槽中，用膠水將傳感光纖固定在凹槽內，傳感光纖的兩端分別從一對豎直鋼筋的頂部伸出，用環氧樹脂將凹槽填充、抹平。傳感光纖長選用0.9mm單模傳感光纖，要求其長度為樁長的兩倍加樁徑，再外放2m的長度，以確保接線順利，方便測量。在開好的凹槽中埋入傳感光纖，微受力，每隔1.5m用膠水固定，以確保傳感光纖更好的附著在載體鋼筋內；待膠水風乾後用環氧樹脂填充，並進行平滑處理，環氧樹脂是一種液型，雙組份、軟性自幹型軟膠，無色、透明、具有彈性，輕度劃擦表面可自行恢復原形，待環氧樹脂凝固後即可使用。
[0015]3)在現澆混凝土大直徑管樁澆築時，將一對經步驟2)處理的載體鋼筋對稱地埋入現澆混凝土大直徑管樁內，要求弧形鋼筋距樁底約為10cm，將一對豎直鋼筋的頂部伸出的傳感光纖端頭插入保護套管中，要求保護套管內徑與傳感光纖外徑空隙在適度範圍內，保護套管選用塑料軟管或其他材料柔性細管，具有一定的柔性和強度。
[0016]4)將光纖數據採集儀連接到兩組傳感光纖的兩端組成兩個獨立的測量迴路，分別從傳感光纖的兩端注入短脈衝光和連續探測光，通過測量傳感光纖中受激布裡淵散射光的頻率變化，獲得傳感光纖軸向各點的應變信息。測量初值前需要對傳感光纖重新標定。
[0017]5)在現澆混凝土大直徑管樁受豎向受荷載前後的測量結果之差，得到該壓力增量作用下的樁身應變值。利用光纖數據採集儀採集數據，豎向受到荷載後，兩次測量結果之差為在該壓力增量作用下的樁身的應變值。
[0018]6)沿現澆混凝土大直徑管樁的樁長任意橫截面，通過採集的四個對稱點上的光纖監測數據，判斷現澆混凝土大直徑管樁是否存在缺陷或鏤空等情況。
[0019]B0TDA的基本原理是:傳感時，在光纖的兩端分別注入泵浦光和探測光，當泵浦光與探測光的頻率差與光纖中的某個區間的布裡淵移頻相等時，該區域就會發生受激布裡淵增益效應，兩束光之間發生能量轉移。當對兩束雷射的頻率進行連續的調節，通過監測從光纖一端耦合出來的連續光的功率，就可以確定光纖各小區間上能量轉移達到最大時的頻率。頻率偏移量的變化與光纖所受的軸向應變變化呈較好的線性關係，B0TDA利用這一線性關係實現光纖上各處應變的監測。理論上最大空間解析度為5cm，應變最高解析度為5u ε，滿足工程需求。BOTDA作為新型的光纖傳感監測技術，具有光纖傳感器安裝過程施工工藝簡單，能夠與現澆混凝土大直徑管樁混凝土協調變形，且測量精度高、成活率好、防水性能好等優點，避免了傳統應變片的安裝方法困難且成活率不高的弊端，實現了現澆混凝土大直徑管樁樁身應變的精細化監測。
[0020]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【權利要求】
1.一種基於BOTDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:包括以下步驟:1)製作載體鋼筋，包括水平設置的弧形鋼筋和並行設置的一對豎直鋼筋，所述一對豎直鋼筋的底端分別與弧形鋼筋的兩端固定連接，所述弧形鋼筋的輪廓為管樁圓周的1/4圓弧；2)在載體鋼筋的表面開連續的凹槽，將傳感光纖連續敷設於凹槽中，用膠水將傳感光纖固定在凹槽內，傳感光纖的兩端分別從一對豎直鋼筋的頂部伸出，用環氧樹脂將凹槽填充、抹平；3)在現澆混凝土大直徑管樁澆築時，將一對經步驟2)處理的載體鋼筋對稱地埋入現澆混凝土大直徑管樁內；4)將光纖數據採集儀連接到兩組傳感光纖的兩端組成兩個獨立的測量迴路，分別從傳感光纖的兩端注入短脈衝光和連續探測光，通過測量傳感光纖中受激布裡淵散射光的頻率變化，獲得傳感光纖軸向各點的應變信息；5)在現澆混凝土大直徑管樁受豎向受荷載前後的測量結果之差，得到該壓力增量作用下的樁身應變值。
2.根據權利要求1所述的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:所述載體鋼筋是直徑10mm的光圓鋼筋。
3.根據權利要求1所述的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:所述凹槽的槽深為2mm。
4.根據權利要求1所述的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:所述傳感光纖為0.9mm單模傳感光纖。
5.根據權利要求1所述的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:所述傳感光纖的端部套有保護套管。
6.根據權利要求1所述的基於B0TDA的現澆混凝土大直徑管樁樁身應變監測方法，其特徵在於:還包括步驟6)沿現澆混凝土大直徑管樁的樁長任意橫截面，通過採集的四個對稱點上的傳感光纖監測數據，判斷現澆混凝土大直徑管樁是否存在缺陷或鏤空等情況。
【文檔編號】G01N21/17GK103673911SQ201310673608
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】高磊, 劉和文, 劉漢龍, 餘湘娟 申請人:河海大學