一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱制造技術

本發明專利技術公開了一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱，包括以下步驟：在混凝土柱的柱角區開槽、嵌入自傳感FRP筋，并在外圍包裹約束材料，提高鋼筋屈服后的結構剛度，降低殘余變形；在柱身和基礎交界區利用鋁管外套自傳感FRP筋，減小應力集中，并防止自傳感FRP筋的過早壓斷；連接自傳感FRP筋的內置傳感光纖形成監測系統，并對震后結構的損傷進行評價，為修復提供可靠依據。本發明專利技術技術方案可實現對結構損傷控制、“中震可修”或“強震可修”的定量描述。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】—種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱
本專利技術屬于工程結構加固/監測、傳感
，具體涉及的是一種利用自傳感纖維復合(Fiber Reinforced Polymer，FRP)筋加固的混凝土柱。
技術介紹
鋼筋混凝土(RC)柱是橋梁等設施的關鍵部件，其震后損傷狀況直接關系到公路、輕軌等城市基礎設施的震后快速恢復。但是，按照目前的設計方法，地震荷載作用下易在柱腳形成塑性鉸區，使結構發生較大的震后損傷，形成顯著的殘余變形，嚴重影響橋梁的震后可恢復性。例如，在1995年的Kobe地震中，沒有倒塌但是因殘余變形過大喪失使用功能而必須拆除的柱有100個左右。因此，如何控制結構的震后殘余變形，并對殘余變形和損傷進行快速評估，是提高基礎設施可恢復性的關鍵。目前混凝土柱的抗震加固方法很多，其中大多數集中在對混凝土柱增加約束，如在柱四周包裹套管(鋼套管、纖維套管等)，提高混凝土的抗壓強度和延性、有效防止縱向鋼筋壓曲。然而，這類加固方法使得結構在遭受中等級地震荷載時就產生較大的永久變形和損傷，不利于修復。同時，對于一些重要結構，甚至要求“大震可修”，對結構抗震性能提出了新的要求。為此，日本家村浩和等學者提出了結構“二次剛度”的概念，就是在鋼筋屈服后結構仍保持穩定的“二次剛度”以控制震后殘余變形。如何實現穩定的“二次剛度”成為關鍵。FRP材料主要有碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)、芳綸纖維(AFRP)、玄武巖纖維(BFRP)等不同類型的纖維復合材料，它們是典型的線彈性材料，且極限應變不小于1.5%，是普通鋼筋的屈服應變的7倍左右。因此，FRP材料在鋼筋屈服后可為結構提供穩定的“二次剛度”。同時，光纖傳感器和FRP材料容易復合形成自傳感FRP材料，既保持高強的力學性能，還提供了變形監測的手段。本專利技術在結合現有大量研究的基礎上，采用自傳感FRP筋嵌入式加固混凝土柱，利用自傳感FRP筋的高強力學性能形成穩定的結構“二次剛度”，利用自傳感FRP筋的自傳感性能實現殘余變形自監測，以滿足實際工程結構的大量抗震加固需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本專利技術通過以下技術方案實現: 一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱，包括自傳感FRP筋和柱身，所述自傳感FRP筋內部設有傳感光纖，所述傳感光纖的一端且在所述自傳感FRP筋內部設有光纖引線端部轉向保護，所述自傳感FRP筋安裝套管，所述傳感光纖與光纖引線串聯，所述柱身的內部和外側都固定有所述自傳感FRP筋，所述柱身上設有混凝土保護層和基礎，且所述混凝土保護層和所述基礎開有槽，所述柱身外圍包裹有約束材料，所述柱身上還設有縱筋和箍筋，所述槽內用粘結劑填充，所述光纖引線還與光纖解調儀連接。進一步的，所述自傳感FRP筋的內置光纖傳感器采用商業單模裸光纖，傳感技術采用布里淵分布式光纖傳感技術(Brill1un Optical Time Domain Analysis, BOTDA)，其空間分辨率不低于0.lm ;所述自傳感FRP筋的長度(該長度不包含端部轉向保護的長度)不小于所述自傳感FRP筋的80倍直徑與2倍的所述柱身邊長或直徑的總和，其中，在所述基礎內的埋置長度一般不小于所述自傳感FRP筋的40倍直徑，在所述柱身的布設長度一般不小于2倍的所述柱身邊長或直徑與所述自傳感FRP筋的40倍直徑的總和。進一步的，所述粘結劑采用環氧樹脂、環氧砂漿或其它高性能砂漿。優選的，所述套管采用鋁管，其外徑為1.5倍的所述自傳感FRP筋的直徑，內徑為1.2-1.3倍自傳感FRP筋的直徑，長度為1倍的所述柱身的邊長或直徑，在所述基礎內的長度一般為0.2倍的所述柱身的邊長或直徑。進一步的，所述約束材料采用鋼板、鋼絲網或纖維布，優選的為纖維布。優選的，所述傳感FRP筋的應變分析混凝土柱的變形和損傷，所述變形采用兩部分分析方法，一部分是利用應變評估柱角區的裂縫寬度，并進一步計算裂縫導致混凝土柱的幾何變形，另一部分是利用所述柱身應變直接計算混凝土柱的彎曲變形，采用虛功法，兩部分變形之和就是結構的實際變形；所述損傷可以采用監測的殘余應變或計算的變形作為指標進行評估，其中，殘余應變導入混凝土柱的低周反復模型中可直接判定損傷。本專利技術的有益效果是: 1、利用自傳感FRP筋的高強力學性能對混凝土柱進行抗彎加固，實現了大量現有結構在鋼筋屈服后塑性變形的有效控制，也即實現了現有結構的穩定“二次剛度”，對中震或強震下結構的可恢復性實現了量化控制，是對我國現有抗震規范的有益發展。2、利用自傳感FRP筋的自傳感特性，形成加固結構的健康監測系統，實現對加固結構的正常工作狀態和地震荷載下的結構性態的監測，為準確評估結構的損傷和結構修復提供了量化的依據。3、加固和監測一體化，大大方便了施工、節約了成本，為大量基礎設施的安全運營和管養提供了技術支持，具有重要的社會和經濟效益。【附圖說明】圖1為本專利技術的自傳感FRP筋結構示意圖； 圖2為本專利技術的待加固混凝土柱結構示意圖； 圖3為本專利技術的混凝土柱縱向開槽結構示意圖； 圖4為本專利技術的自傳感FRP筋嵌入混凝土柱結構示意圖； 圖5為本專利技術的混凝土柱外包約束材料結構示意圖； 圖6為本專利技術的自傳感FRP筋串聯成結構監測系統結構示意圖。圖中標號說明:1、自傳感FRP筋，2、傳感光纖，3、端部轉向保護，4、柱身，5、基礎，6、縱筋，7、箍筋，8、混凝土保護層，9、槽，10、粘結劑，11、套管，12、約束材料，13、光纖引線，14、光纖解調儀。【具體實施方式】下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本專利技術。如圖1-6所示，一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱，包括自傳感FRP筋1和柱身4，所述自傳感FRP筋1內部設有傳感光纖2，所述傳感光纖2的一端且在所述自傳感FRP筋內部設有光纖引線13端部轉向保護3，所述自傳感FRP筋1安裝套管11，所述傳感光纖2與光纖引線13串聯，所述柱身4的內部和外側都固定有所述自傳感FRP筋1，所述柱身4上設有混凝土保護層8和基礎5，且所述混凝土保護層8和所述基礎5開有槽9，所述柱身4外圍包裹有約束材料12，所述柱身4上還設有縱6和箍筋7，所述槽9內用粘結劑10填充，所述光纖引線13還與光纖解調儀14連接。進一步的，所述自傳感FRP筋1的內置光纖傳感器采用商業單模裸光纖，傳感技術采用布里淵分布式光纖傳感技術(Brill1un Optical Time Domain Analysis, BOTDA)，其空間分辨率不低于0.lm ;所述自傳感FRP筋1的長度(該長度不包含端部轉向保護3的長度)不小于所述自傳感FRP筋1的80倍直徑與2倍的所述柱身4邊長或直徑的總和，其中，在所述基礎5內的埋置長度一般不小于所述自傳感FRP筋1的40倍直徑，在所述柱身4的布設長度一般不小于2倍的所述柱身4邊長或直徑與所述自傳感FRP筋1的40倍直徑的總和。進一步的，所述粘結劑10采用環氧樹脂、環氧砂漿或其它高性能砂漿。優選的，所述套管11采用鋁管，其外徑為1.5倍的所述自傳感FRP筋1的直徑，內徑為1.2-1.3倍自傳感FRP筋1的直徑，長度為1倍的所述柱身4的邊長或直本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用自傳感FRP筋加固的混凝土柱，其特征在于：包括自傳感FRP筋（1）和柱身（4），所述自傳感FRP筋（1）內部設有傳感光纖（2），所述傳感光纖（2）的一端且在所述自傳感FRP筋內部設有光纖引線（13）端部轉向保護（3），所述自傳感FRP筋（1）安裝套管（11），所述傳感光纖（2）與光纖引線（13）串聯，所述柱身（4）的內部和外側都固定有所述自傳感FRP筋（1），所述柱身（4）上設有混凝土保護層（8）和基礎（5），且所述混凝土保護層（8）和所述基礎（5）開有槽（9），所述柱身（4）外圍包裹有約束材料（12），所述柱身（4）上還設有縱筋（6）和箍筋（7），所述槽（9）內用粘結劑（10）填充，所述光纖引線（13）還與光纖解調儀（14）連接；一種利用自傳感FRP筋加固混凝土柱的方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1）在所述混凝土柱柱身（4）的所述混凝土保護層（8）和所述基礎（5）內開槽（9），酒精清洗、晾干后用所述粘結劑（10）填充，嵌入安裝了所述套管（11）的所述自傳感FRP筋（1）；步驟2）在所述混凝土柱柱身（4）外圍包裹所述約束材料（12），用以約束所述自傳感FRP筋（1）和混凝土；步驟3）利用所述光纖引線（13）串聯所述自傳感FRP筋（1）的所述傳感光纖（2），并與所述光纖解調儀（14）連接，形成監測系統，利用監測的所述自傳感FRP筋（1）的應變分析混凝土柱的變形和損傷。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐永圣，吳智深，吳剛，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32