[发明专利]钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服状态监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土内部钢筋工作状态监测技术，尤其涉及一种钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服监测装置及方法。

背景技术

作为钢筋混凝土桥梁的主要组成部分，钢筋的工作性能直接决定了此类桥梁的受力性能和使用寿命；钢筋屈服，是钢筋开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。钢筋屈服与否是判断钢筋使用性能的重要临界指标，如果能对钢筋屈服进行实时监测，并在钢筋达到屈服状态临界点时实现预警，对保证结构安全稳定性具有重要意义。

现有技术中，针对既有的钢筋混凝土构件，只能根据荷载、材料的标准值，使用简化分析模型和多种假定来计算出钢筋混凝土构件整体的理论应力状态，这种理论应力状态只能对较大区域内的钢筋混凝土构件进行笼统、模糊地描述，并且其结果还受限于所设定的特定工况，既无法反应出钢筋混凝土构件的真实应力状态，也无法对局部区域进行详细、准确的描述，更加无法对钢筋应力是否达到屈服状态进行监测。

现有技术中，针对钢筋屈服的监测或监测手段目前还停留在理论研究阶段，缺乏可以实际应用的有效手段，如专利号为200420039785.5的中国专利文献提出了一种便捷式智能钢筋屈服状态监测仪，其手段是将待测钢筋外露，利用测定材料硬度的方法来测试固体材料的强度特征，其原理类似于用回弹法测混凝土强度，但在实施该方案时，需要凿除混凝土来使钢筋裸露出来，对构件破坏性较大，不适于在桥梁关键位置实施；论文“CERP预警传感器的研究”是利用碳纤维增强复合材料（CERP）的导电性和压电效应，根据碳纤维布断裂时所形成的电阻阶跃信号，来判定钢筋的屈服并实现预警，此方法需要在浇筑构件时就在钢筋上铺装碳纤维增强复合材料，无法应用于对成桥上的钢筋强度进行监测。

发明内容

本发明采用金属磁记忆技术来监测钢筋的屈服状态，其原理是：金属磁记忆技术是铁磁性材料在地磁场激励下，应力集中和变形区域会发生磁畴壁运动，并由于材料内耗产生不可逆的磁畴重新取向，从而使得漏磁信号会在应力集中或者变形区附近发生突变。当钢筋应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。由此可知，当钢筋达到屈服时，磁信号也会发生变化。

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服状态监测装置，其创新在于：所述钢筋混凝土内部钢筋屈服状态监测装置由支架、杜瓦瓶、蔽磁材料层和磁探头组成；所述蔽磁材料层设置于杜瓦瓶内储液腔的底部，所述杜瓦瓶内封装有液氮；所述磁探头设置于杜瓦瓶下方，磁探头位于蔽磁材料层覆盖的区域范围内；所述磁探头和杜瓦瓶通过支架连接为一体；所述蔽磁材料层采用钇钡铜氧。

桥梁结构内部钢筋外还包裹了一定厚度的混凝土层，若要实现无损监测，就不能破坏混凝土层，故探测装置与钢筋之间的间隔至少要等于混凝土层的厚度，另外，监测环境中充满了地磁场，地磁场与钢筋周围的磁场同时被探测装置所感应，再加上传感部无法与铁磁性材料直接接触，在现有的磁记忆检测技术条件下，根本无法将微弱的钢筋周围磁场从监测信号中剥离出来，也无法利用磁记忆技术实现对钢筋屈服状态的监测。本发明采用一种高温超导材料-钇钡铜氧，其超导转变温度高于液氮沸点，在液氮环境这种低超导条件下就能实现“超导”，而且在超导状态下，钇钡铜氧具有抗磁性，其内部磁通量为零，磁力线无法进入超导体。

在前述方案中，杜瓦瓶用于存储液氮，钇钡铜氧设置于杜瓦瓶内储液腔的底部，相当于浸泡在液氮中，通过液氮的低温使钇钡铜氧保持在超导状态，超导状态下的钇钡铜氧发挥其抗磁性，一方面，钇钡铜氧将来自上方的地磁场的磁力线阻挡在外，使地磁场无法进入磁探头监测区域内的气隙空间内，另一方面，钇钡铜氧将来自下方的钢筋周围的磁场也阻挡在外，迫使钢筋周围的磁场只能向磁探头处汇集，这就可以在现有的磁探测手段条件下，捕获到微弱的钢筋周围磁场，通过对钢筋周围磁场的特性进行分析，我们就能定性地掌握钢筋的当前强度状态。

优选地，所述磁探头的输出部和控制部以有线或无线方式与一计算机通信连接。采用此优选方案后，技术人员就能通过计算机远程遥控磁探头的动作并实时获取到监测信号，提高结构监测效率。

基于前述的钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋强度及屈服状态监测装置，本发明还提出了一种钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服状态监测方法，所涉及的硬件包括如前所述的钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服状态监测装置，具体的监测方法包括：1）将钢筋混凝土桥梁结构内部钢筋屈服监测装置设置于桥梁控制截面或钢筋所受应力较大处，磁探头表面与包裹在钢筋外的混凝土表面接触；