基于螺旋分布式光纤传感的钢筋腐蚀长期监测新方法

发布时间：2020-10-21 06:13

　　 钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和可靠性的重要因素,是导致混凝土结构破坏的主要原因。因此,研究钢筋腐蚀的长期监测方法是非常必要且重要的。然而,既有钢筋腐蚀监测方法具有监测范围小、无法实现长期测量等问题,所以亟待建立一种钢筋腐蚀的长期监测新方法。分布式光纤传感技术以其体积小、柔软可绕、易与结构复合、耐腐蚀、分布式测量等不可比拟的优势,引起了国内外学术界与工程界的广泛关注。本论文在分析研究现有光纤应变传感技术的基础之上,以钢筋混凝土结构为研究对象,提出了基于螺旋分布式光纤传感的钢筋腐蚀长期监测新方法,研究了钢筋混凝土结构的膨胀破坏规律。主要的研究结果如下:(1)提出了基于螺旋分布式光纤传感的钢筋腐蚀监测原理。通过建立钢筋混凝土膨胀开裂的数学模型并对钢筋腐蚀膨胀过程进行了数值模拟,分析了环向应力的影响参数,提出了基于螺旋分布式光纤传感的钢筋腐蚀监测原理。(2)研制了用于监测钢筋腐蚀的螺旋分布式光纤传感器。通过弹性力学理论,对螺旋分布式光纤传感器的缠绕半径、螺距和螺旋角进行了理论分析,最终确立了螺旋分布式光纤传感器的结构设计参数及工艺,研制成功了螺旋分布式光纤传感器并对砂浆包裹的钢筋结构进行了腐蚀试验验证。(3)进行了钢筋腐蚀长期监测新方法的模型验证试验并研究以钢筋腐蚀膨胀的破坏规律。将螺旋分布式光纤传感器植入混凝土结构内部,通过加速腐蚀试验,搭建了钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀长期监测的模型试验平台,获得了钢筋腐蚀的时程变化规律,并阐明了混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀破坏的规律。
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU317
【部分图文】：

土结构以其自身耐久性、耐火性、就地取材及整体性木工程结构中，然而，多数钢筋混凝土结构不能满足计使用年限内，其结构的耐久性不足。钢筋腐蚀已成原因[1]。因为钢筋腐蚀会减小其有效截面积，降低其低。同时，混凝土结构中的钢筋发生腐蚀后钢筋自身的粘结性能也会降低，从而导致混凝土结构承载力能使钢筋体积膨胀(在原来体积的基础上膨胀 2-6 倍[3]见图 1-1、图 1-2)，影响了结构的整体性和安全性，最生破坏[4]。然而，由于钢筋所处环境的隐蔽性，当钢筋结构外观察钢筋腐蚀的情况，很容易造成结构的突然的安全隐患。因此，对钢筋的腐蚀监测显得尤为重要

图 1-2 混凝土表面裂纹情况用的钢筋腐蚀监测方法有半电池电位法、恒电量法、混凝土电阻法等[5]。上述方法均属于传统的电化需要必不可少的实验材料—参比电极，而参比电极等影响，使得电化学监测方法在工程应用中受到限所处的环境较为复杂，导致该类方法的应用困难，而、在线的长期监测。光纤传感技术作为现代通信技测量精度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀[10]等优势受了钢筋腐蚀的监测领域，显示出良好的应用前景。研究现状混凝土结构中钢筋腐蚀程度的监测已有多种监测手主要分为两大类，一类是传统的电化学监测方法，另监测方法。

按照腐蚀监测的原理又可将基于光纤传感的腐蚀监测方法分 类，分别为环境参数测量法和腐蚀膨胀法，其中腐蚀膨胀法依据传感的不同又可分为两类测试方法。.2.2.1 环境参数间接测量法环境参数间接测量法是对钢筋混凝土结构中环境参数变化的测量，对比，分析环境参数变化的情况进而反映混凝土中钢筋腐蚀的状况。土结构中的钢筋发生腐蚀之前会产生脱钝的现象，随着腐蚀时间的延钝前锋面会逐渐地向钢筋位置方向移动，浙江大学的干伟忠等人[31-33]于此设计出梯型腐蚀光纤传感器(见图 1-3)，在钢筋与混凝土表面之间内的不同深度处布设传感器，传感器之间的距离间隔相同，通过监测深度处传感器的腐蚀情况可以得到混凝土脱钝前锋面的位置，进而可断混凝土结构中的钢筋是否发生腐蚀。但是这种方法只能用于钢筋腐早期监测，当脱钝前锋面达到混凝土结构中钢筋所在的位置时该传感无法发挥作用，也达不到检测的目的。
【参考文献】

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本文编号：2849752