本發(fā)明涉及水利工程測試技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于光纖光柵應(yīng)變感測技術(shù)的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(pccp)應(yīng)變測試方法。
背景技術(shù):
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(pccp管)由混凝土管芯、鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲和保護(hù)層砂漿組成。pccp管具有承載能力強(qiáng)、基本不漏水、不易腐蝕、可以便捷快速的安裝、通水能力強(qiáng)、對地基有良好的適應(yīng)性、抗震性強(qiáng)、具有豐富的配件和異型管等優(yōu)點(diǎn),在市政工程、核電、水電以及長距離大口徑的有壓輸水管線工程中得到廣泛使用。
pccp管的強(qiáng)度取決于纏繞在管芯上的預(yù)應(yīng)力鋼絲,預(yù)應(yīng)力鋼絲在混凝土管芯上產(chǎn)生均勻的預(yù)應(yīng)力,能夠抵償由內(nèi)壓和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。
為研究pccp管內(nèi)水壓或者外部荷載作用下的承載機(jī)理和破壞特征,需要對pccp管進(jìn)行原型試驗(yàn)。通過試驗(yàn)對pccp管各層結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓或者外部荷載持續(xù)作用下的應(yīng)變進(jìn)行連續(xù)測試,獲取混凝土管芯、保護(hù)層砂漿、鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼絲在不同荷載作用下的測試數(shù)據(jù),通過深入研究測試數(shù)據(jù),掌握pccp管各層結(jié)構(gòu)在壓力作用下的受載響應(yīng)規(guī)律,確定管體各層材料開裂和屈服荷載。
目前針對預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(pccp)原型試驗(yàn)測試技術(shù)是通過在鋼筒、鋼筒內(nèi)測管芯混凝土、鋼筒外側(cè)管芯混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲、保護(hù)層砂漿上粘貼電阻式應(yīng)變片進(jìn)行。然而,電阻式應(yīng)變片在pccp管制造過程中很容易損壞,且有穩(wěn)定性差和易發(fā)生零飄等無法克服的缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種耐久性好的pccp管的測試方法,本發(fā)明提供了一種基于光纖光柵感測技術(shù)的pccp應(yīng)變測試方法,包括下述步驟:
s1:測點(diǎn)布設(shè),在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁、鋼筒外壁、鋼筒外側(cè)管芯混凝土外表面、預(yù)應(yīng)力鋼絲以及保護(hù)層砂漿上均布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器,選擇大量程貼片式應(yīng)變計(jì),并且串聯(lián)光纖光柵應(yīng)變計(jì),其中,鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁及鋼筒外壁上的光纖光柵應(yīng)變計(jì)通過布設(shè)光纖引線實(shí)現(xiàn)串聯(lián);
s2:光纖引線線路集成,將全部的光纖引線端部引入到pccp管體的接線盒內(nèi),進(jìn)行光纖引線線路集成,并將集成的光纖引線引出pccp體外;
s3:膠灌封住接線盒,進(jìn)行防水處理。
其中,所述步驟s1中,所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)采取四個(gè)縱斷面、環(huán)向布設(shè)的方法布設(shè)。
其中,所述步驟s1中,在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁、鋼筒外壁、鋼筒外側(cè)管芯混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲以及保護(hù)層砂漿上各選取6-10個(gè)測試斷面,每個(gè)測試斷面上布設(shè)安裝四個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì);其中,在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁及鋼筒外壁的每個(gè)測試斷面上還布設(shè)一條光纖引線,用于串聯(lián)光纖光柵應(yīng)變計(jì)。
其中,各層測試斷面上的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)呈十字對稱布設(shè)。
其中,所述測試斷面的數(shù)目為7個(gè),分別位于pccp管體長度的0-20%、20%-35%m、35%-45%m、45%-60%、60%-70%、70%-90%及90%-100%處。
其中,在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)及光纖引線時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)的測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路;
s12:將測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路打磨光滑;
s13:使用酒精將測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路擦拭干凈;
s14:沿鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁縱向方向,將其中一個(gè)橫向方向上的測試點(diǎn)上點(diǎn)膠固定光纖光柵應(yīng)變計(jì),再沿同一個(gè)方向點(diǎn)膠固定光纖引線;
s15:對固定好的光纖光柵應(yīng)變計(jì)及光纖引線進(jìn)行涂膠保護(hù);
s16:在固定好的光纖光柵應(yīng)變計(jì)及光纖引線表面黏貼紙膠帶;
s17:12小時(shí)后,翻轉(zhuǎn)pccp管體,在另一個(gè)橫向方向上進(jìn)行步驟s14-步驟s16的操作,從而完成整個(gè)鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上光纖光柵應(yīng)變計(jì)及光纖引線的布設(shè)。
其中,在所述鋼筒外壁上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)及光纖引線時(shí),所述步驟s1還包括:
s18:尾纖保護(hù)處理,在鋼筒外側(cè)焊接垂直于鋼筒表面的圓形鋼管,將靠近圓形鋼管處的光纖引線換接成鎧裝引線,接入到鋼筒外部預(yù)留保護(hù)。
其中,在所述鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在鋼筒外側(cè)管芯混凝土外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)的測試點(diǎn);
s12:在測試點(diǎn)位置鑿開預(yù)定的天窗,剝離砂漿使預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼筒外側(cè)管芯混凝土外露;
s13:將外露的鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲表面打磨光滑;
s14:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)貼合在鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲表面;
s15:涂抹樹脂覆蓋光纖光柵應(yīng)變計(jì);
s16:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)串聯(lián)。
其中,在所述保護(hù)層砂漿上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在所述保護(hù)層砂漿外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)的測試點(diǎn);
s12:將保護(hù)層砂漿測試點(diǎn)位置打磨光滑;
s13:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)貼合在打磨光滑的保護(hù)層砂漿表面;
s14:涂抹樹脂覆蓋光纖光柵應(yīng)變計(jì);
s15:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)串聯(lián)。
其中,還包括:
s4:在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁上布設(shè)光纖光柵滲壓計(jì),以同時(shí)實(shí)現(xiàn)管內(nèi)飽水壓力測試。
本發(fā)明提供的基于光纖光柵應(yīng)變計(jì)的pccp應(yīng)變測試方法,以光纖光柵傳感技術(shù)為基礎(chǔ),具有抗電磁干擾、耐久性好、精度高等特點(diǎn)。
附圖說明
圖1a:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的橫向截面示意圖;
圖1b:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的縱向截面示意圖;
圖1c:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的環(huán)向展開示意圖;
圖2a:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的橫向截面示意圖;
圖2b:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的縱向截面示意圖;
圖2c:本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的環(huán)向展開示意圖;
圖3:本發(fā)明的光纖引線線路集成測試示意圖;
圖4:本發(fā)明的鋼筒光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)示意圖。
附圖標(biāo)記說明
1光纖光柵應(yīng)變計(jì)
2光纖引線
3接線盒
4法蘭孔洞
5多芯通信光纜
6光纖解調(diào)設(shè)備
7鋼管。
具體實(shí)施方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果有更進(jìn)一步的了解,下面配合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案及其產(chǎn)生的有益效果。
圖1-圖2分別為本發(fā)明的pccp管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)及管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成示意圖,其中,圖1a為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的橫向截面示意圖,圖1b為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的縱向截面示意圖,圖1c為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的環(huán)向展開示意圖;圖2a為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的橫向截面示意圖,圖2b為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的縱向截面示意圖,圖2c為本發(fā)明的管體光纖光柵應(yīng)變計(jì)測線線路集成的環(huán)向展開示意圖。
如圖1-圖2所示,本發(fā)明提供了一種基于光纖光柵應(yīng)變感測技術(shù)的pccp應(yīng)變測試方法,包括下述步驟:
s1:測點(diǎn)布設(shè),在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁、鋼筒外壁、鋼筒外側(cè)管芯混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲以及保護(hù)層砂漿上均布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1,并且串聯(lián)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1,其中,鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁及鋼筒外壁上的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1通過布設(shè)光纖引線2實(shí)現(xiàn)串聯(lián);
s2:光纖引線線路集成,將全部的光纖引線2端部引入到pccp管體的接線盒3內(nèi),進(jìn)行光纖引線線路集成,并將集成的光纖引線2引出pccp體外;
s3:膠灌封住接線盒3,進(jìn)行防水處理。
因此,本發(fā)明為針對預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(pccp管)原型試驗(yàn),提出的一種新的測試技術(shù)。新技術(shù)基于光纖光柵(fbg)傳感技術(shù),通過在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁、鋼筒外壁、鋼筒外側(cè)管芯混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲以及保護(hù)層砂漿上植入光纖光柵應(yīng)變計(jì)1,采用光纖光柵解調(diào)儀不間斷的采集應(yīng)變數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對pccp現(xiàn)場原型管內(nèi)壓承載力過程中應(yīng)變的測試。光纖光柵是利用激光曝光摻雜光纖,誘導(dǎo)其光敏性使其折射率發(fā)生周期性永久改變制成的寬窄濾波器,光纖光柵作為一種以光為載體、光纖為媒介的新型傳感技術(shù),具有抗電磁干擾、耐久性好、精度高等特點(diǎn),非常適合pccp原型試驗(yàn)的測試。
本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí),可結(jié)合pccp在受荷變形、斷絲變形等多種工況過程中的pccp結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù),結(jié)合pccp中各種結(jié)構(gòu)體的材料特點(diǎn),選擇多種不同類型的光纖光柵應(yīng)變計(jì),植入到pccp中,測試pccp的各結(jié)構(gòu)體的應(yīng)變大小,例如可以選擇裸光纖光柵應(yīng)變計(jì),直徑為0.125mm,纖細(xì)微小,易于植入,在其上涂抹環(huán)氧樹脂膠可以增加強(qiáng)度,提高成活率及測量精度,也可以選擇為其它光纖光柵應(yīng)變計(jì),本發(fā)明不加以限制。
需要說明的是,本發(fā)明圖1-圖2所示的示意圖,是以管體長度為6m的pccp為例,所選擇的測試斷面分別位于混凝土管體的0.75m、1.75m、2.5m、3.0m、3.5m、4.25m及5.25m處,但在具體實(shí)施時(shí),并不以此數(shù)值為限。
圖3為本發(fā)明的光纖線路集成測試示意圖,如圖所示,本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí),可通過多芯通信光纜5將接線盒3內(nèi)的光纖引線2熔接并接通電路,從混凝土管體上頂蓋預(yù)留的法蘭孔洞4將多芯通信光纜5引出,從而與相應(yīng)的光纖解調(diào)設(shè)備6連接。
本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí),可利用環(huán)氧樹脂膠灌封住接線盒3,以進(jìn)行防水處理。
較優(yōu)的,請繼續(xù)參閱圖1-圖2所示,所述步驟s1中,所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)1采取四個(gè)縱斷面、環(huán)向布設(shè)的方法布設(shè)。
較優(yōu)的,請繼續(xù)參閱圖1-圖2所示,所述步驟s1中,在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁、鋼筒外壁、鋼筒外側(cè)管芯混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲以及保護(hù)層砂漿上各選取6-10個(gè)(圖中以7個(gè)為例)測試斷面,每個(gè)測試斷面上布設(shè)安裝四個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1;其中,在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁及鋼筒外壁的每個(gè)測試斷面上還布設(shè)一條光纖引線2,用于串聯(lián)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1。
較優(yōu)的,請繼續(xù)參閱圖1-圖2所示,各層測試斷面上的所述光纖光柵應(yīng)變計(jì)1呈十字對稱布設(shè),也即,各層測試斷面上的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1在四個(gè)縱斷面上沿水平垂直十字對稱的方式布設(shè),在環(huán)繞混凝土管體的方向上,四個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1分別位于0°、90°、180°、270°位置處。
較優(yōu)的,所述測試斷面的數(shù)目為7個(gè),分別位于混凝土管體長度的0-20%、20%-35%m、35%-45%m、45%-60%、60%-70%、70%-90%及90%-100%處。
具體實(shí)施時(shí),在所述鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路;
s12:將測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路打磨光滑;可采用手持式磨光機(jī)進(jìn)行;針對長為6m的混凝土管體,例如可以在鋼筒外壁上打磨出寬約5mm,長約6cm的光滑面,以便后期固定光纖光柵應(yīng)變計(jì)1;
s13:使用酒精將測試點(diǎn)及對應(yīng)的光纖引線線路擦拭干凈,以避免油污影響布設(shè);
s14:沿鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁縱向方向,將其中一個(gè)橫向方向上的測試點(diǎn)上點(diǎn)膠固定光纖光柵應(yīng)變計(jì)1,再沿同一個(gè)方向點(diǎn)膠固定光纖引線2;(根據(jù)設(shè)計(jì)方案,可將每條光纖引線線路提前刻寫好光纖光柵串,保證每條光纖引線線路測試點(diǎn)的數(shù)量和距離一定);
在此步驟中,針對光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的固定,在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁,可通過快干膠將光纖光柵應(yīng)變計(jì)1固定在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁上;在鋼筒外壁,可光纖光柵應(yīng)變計(jì)1平鋪在磨光點(diǎn)位上,并用電焊機(jī)以“定點(diǎn)”的方式將光纖光柵應(yīng)變計(jì)1固定在鋼筒外壁上;而針對光纖引線2的固定,均可通過快干膠實(shí)現(xiàn);
s15:對固定好的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2進(jìn)行涂膠保護(hù);
具體可通過環(huán)氧樹脂膠以“全面粘貼”方式將固定好的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2進(jìn)行全面覆蓋,再使用電吹風(fēng)機(jī)熱化膠體,使用毛刷涂抹均勻膠體;
s16:在固定好的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2表面黏貼紙膠帶;也即,將紙膠帶黏貼在環(huán)氧樹脂表面,避免環(huán)氧樹脂流動(dòng);
s17:12小時(shí)后,翻轉(zhuǎn)pccp管體,在另一個(gè)橫向方向上進(jìn)行步驟s14-步驟s16的操作,從而完成整個(gè)鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁或鋼筒外壁上光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2的布設(shè)。
較優(yōu)的,請參閱圖4所示,為本發(fā)明的鋼筒光纖光柵應(yīng)變計(jì)布設(shè)的立體結(jié)構(gòu)示意圖,在所述鋼筒外壁上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1及光纖引線2時(shí),所述步驟s1還包括:
s18:尾纖保護(hù)處理,在鋼筒外側(cè)焊接垂直于鋼筒表面的圓形鋼管7,將靠近圓形鋼管7處(可選擇距離約10cm處)的光纖引線2換接成鎧裝引線,接入到鋼筒外部預(yù)留保護(hù),以避免管芯混凝土(包括鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土及鋼筒外側(cè)管芯混凝土)澆筑破壞光纖引線2。
具體實(shí)施時(shí),在所述鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在鋼筒外側(cè)管芯混凝土外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的測試點(diǎn);
s12:在測試點(diǎn)位置鑿開預(yù)定的天窗(例如可以為長寬均為10cm),剝離砂漿使預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼筒外側(cè)管芯混凝土外露;
s13:將外露的鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲表面打磨光滑;
s14:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)1貼合在鋼筒外側(cè)管芯混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼絲表面;
s15:涂抹樹脂覆蓋光纖光柵應(yīng)變計(jì)1;本發(fā)明中,可選擇環(huán)氧樹脂,并涂抹均勻;
s16:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)1串聯(lián)。
本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí),所述步驟s16中,可通過熔接機(jī)將布設(shè)的光纖光柵應(yīng)變計(jì)1環(huán)向串聯(lián)成3-4條線路進(jìn)行測試。
保護(hù)層砂漿處于pccp最外層,其光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的布設(shè)工藝與鋼筒外側(cè)管芯混凝土以及預(yù)應(yīng)力鋼絲一致,也即,在所述保護(hù)層砂漿上布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1時(shí),所述步驟s1包括:
s11:在所述保護(hù)層砂漿外壁上標(biāo)示出需要布設(shè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的測試點(diǎn);
s12:將保護(hù)層砂漿測試點(diǎn)位置打磨光滑;
s13:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)貼合在打磨光滑的保護(hù)層砂漿表面;
s14:涂抹樹脂覆蓋光纖光柵應(yīng)變計(jì)1;
s15:將光纖光柵應(yīng)變計(jì)1串聯(lián)。
本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí),還可在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁上布設(shè)光纖光柵滲壓計(jì),以同時(shí)實(shí)現(xiàn)管內(nèi)飽水壓力測試。
具體的,可在鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土內(nèi)壁布設(shè)2-3個(gè)光纖光柵滲壓計(jì),實(shí)現(xiàn)管內(nèi)飽水壓力實(shí)時(shí)測試。利用環(huán)氧樹脂膠,將滲壓計(jì)黏貼固定于鋼筒內(nèi)側(cè)管芯混凝土的上中下部位處,以測試pccp內(nèi)水壓力大小。
與光纖光柵應(yīng)變計(jì)1相似,光纖光柵滲壓計(jì)也可串聯(lián)連接,并最終將光纖光柵滲壓計(jì)引線引入到接線盒3內(nèi),進(jìn)行線路集成。
本發(fā)明提供的基于光纖光柵應(yīng)變計(jì)1的pccp應(yīng)變測試方法,以光纖光柵傳感技術(shù)為基礎(chǔ),具有抗電磁干擾、耐久性好、精度高等特點(diǎn)。
雖然本發(fā)明已利用上述較佳實(shí)施例進(jìn)行說明,然其并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍,任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi),相對上述實(shí)施例進(jìn)行各種變動(dòng)與修改仍屬本發(fā)明所保護(hù)的范圍,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。