智慧预制桩的制作方法

本发明涉及智慧预制桩。

背景技术：

预制桩的稳定性直接关系到上层建筑的安全，为了确保上层建筑的安全使用，必须对预制桩进行监测，以确定其健康状态。由于预制桩的病害主要表现在应力损伤和形变较大上，所以对预制桩进行全方位健康监测是十分必要的。

参考图1，公开号cn105155595a的专利文献中，公开了预制桩抗压检测方法：挖开地面后露出预制桩的顶部，在预制桩的顶部上放置顶升机构，顶升机构上方放置抗压预制件，抗压预制件与地面固定连接，启动顶升机构使顶升机构的两端分别顶紧抗压预制件和预制桩，继续对顶升机构施加起升的动力，当顶升机构的压力值达到预制桩的合格抗压值时预制桩未下沉，表明预制桩的抗压值合格，否则抗压值不合格。

公开号cn103215973a的专利文献中，公开了测量预制桩倾斜的方法：1、在预制桩上部设一槽口，预制桩在地基立稳后，将检测发送器挂在槽口上；2、检测发送器为长方体，在长方体内壁两个竖直面上分别装一个加速度计；3、打开检测发送器开关测量预制桩倾斜状态，打开与检测发送器配套的移动接收器开关，接收检测发送器发送的信息；4、三移动接收器接收检测发送器发送的数据，通过移动接收器上的表盘读出基桩倾斜方向θ，从显示器上读出基桩倾斜角ɑ；5、对预制桩纠斜后继续打入预制桩，在预制桩上挂的检测发送器快接触土体前将其取下，用于下一个预制桩施工检测。

可以看出现有的预制桩检测方法，普遍是预制桩打入地下前在地表进行检测，在后期施工过程和运营期达不到检测的目的。

技术实现要素：

本发明提供一种智慧预制桩，桩体内设有监测应变的混合式光纤，混合式光纤包括第一光纤和第二光纤。第一光纤紧贴在桩体内部钢筋上。第二光纤松弛地设置在第一光纤所紧贴的钢筋上，第二光纤走向与第一光纤一致，对温度引起的应变进行补偿。

在上述的智慧预制桩，第一光纤上刻有监测桩体水平挠度的光栅串。

在上述的智慧预制桩，所述扰度ω(x)为：ε(x)为应变，y为光栅串到预制桩中心轴距离。

在上述的智慧预制桩，桩体上设有定位器，可在复杂情况下对桩体进行定位，有利于预制桩在施工期和运营期的高效检测。

在上述的智慧预制桩，桩体的表面设有查询预制桩的材料结构信息的二维码。

本发明可以实现对预制桩在施工期和运营期的全方位检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1示出了预制桩的抗压检测装置结构图。

图2示出了本发明智慧预制桩中各个器件的分布图。

具体实施方式

图2出了智慧预制桩，所述预制桩的桩体1可为方桩或圆桩，并可在桩帽附近预留接线孔。桩体1上安装有定位器2，在复杂情况下对桩体1进行定位，有利于预制桩在施工期和运营期的高效检测，当桩体1埋入地下后可将定位器2拆除。预制桩内部钢筋结构上布置有混合式光纤3，混合式光纤3连接便携式解调仪对监测的数据进行解析，可以实现应变和位移的监测。解调仪解析的数据可传输到计算机。预制桩表面设有二维码4，二维码存储有预制桩的材料、结构等信息，用于现场技术人员、或检查人员扫码后即可获得预制桩的材料、结构等信息。

混合式光纤3包括监测桩体1内部应变的第一光纤31和第二光纤32，以及刻于第一光纤31上监测桩体1水平挠度的光栅串33。第一光纤31紧贴在钢筋结构上，处于紧绷状态，其所测得应变包含温度引起的应变。本发明在第一光纤31所紧贴的钢筋上设置第二光纤32。第二光纤32走向与第一光纤31一致，但只是将第二光纤32上若干有限个点绑扎在钢筋上，整体上处于一种松弛状态，以检测温度单独引起的应变。第一光纤31左右对称位置、距桩底和桩帽相等距离处共布设4个光栅串33。光栅串33由第一光纤31连接。

利用第一光纤31和第二光纤32计算预制桩应变值的方法如下：

第一光纤31所测应变值可由解调仪直接读出为εsi，同一位置温度引起的应变可由第二光纤32测出为εti，直接用第一光纤31所测数值εsi减去对应位置第二光纤32所测数值即为该点的应变值εi，εi＝εsi-εti(1)。

计算预制桩挠度的方法如下：

将预制桩简化为圆柱形刚体，其底端固定，顶端受集中荷载时桩体会存在三种应变变化：一是桩体受弯产生的应变εm；二是桩体受轴向力产生的应变εf；三是桩体受温度影响产生的应变εt。挠度与受弯产生的应变有关，所有只考虑εm。计算思路为：先计算弯矩和应变的关系式、弯矩和挠度的关系式，然后将弯矩消除后可得应变和挠度的关系式。具体计算过程如下：

应变定义：

式(2)中：ε为应变，ρ为曲率半径，y为光栅串到预制桩中性轴距离。

曲率半径与弯矩关系为：

式(3)中：m为弯矩，e为杨氏模量，i为截面惯性矩，ei为抗弯刚度。

通过公式(2)和公式(3)可得：

曲率半径公式为：

通过公式(3)和公式(5)可得：

式(6)中：当挠度很小时：tanθ≈θ≈0。

所以：

即：

对公式(8)二次积分即可得到挠度值：

式(9)中:ω(x)为预制桩的挠度，c为预制桩桩底的初始转角，d为预制桩桩底的初始位移。

基于预制桩的假设条件，预制桩桩底的初始转角和初始位移都为零，所以：

通过公式(4)和公式(10)可得：

式(11)中，ε(x)沿预制桩轴线方向线性分布，将应变公式代入公式(11)中可得到预制桩的挠度曲线。