空心板梁桥的体外预应力智能加固监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及桥梁建造工程技术领域，特别地，涉及一种运用内嵌光纤光栅应 变传感器的预应力FRP筋的空心板梁桥的体外预应力智能加固监测系统。
【背景技术】
[0002] 装配式空心板梁桥是我国梁式桥中应用较为广泛的一种类型，具有建筑高度小、 自重轻、施工方便、施工速度快、装配化程度高、桥梁纤细美观、结构断面受力合理等优点， 在我国公路交通组成中具有举足轻重的地位。早期建设的桥梁设计标准偏低，随着经济的 发展、重载交通量的增大、管理与养护的不足，桥梁耐久性差和年久老化等原因，钢筋混凝 土空心板不同程度的出现承载力不足、空心板铰缝纵向开裂，梁体出现裂缝、底板铰缝混凝 土酥松、剥落、渗水等现象。国内很多空心板梁桥在投入运营后出现了预制板之间铰缝破坏 的情况，严重的甚至出现"单板受力"，使空心板梁桥的承载能力大大下降。空心板横向连接 的主要方式有：铰接缝连接、施加横向预应力连接、普通钢筋连接、横隔板连接等。
[0003] 对于运营中的整体式装配式桥梁出现的病害，业内也相继采取了系列措施对病害 桥梁进行加固维修，比如目前的增大截面法、粘贴钢板法、粘贴纤维复合材料加固法、体外 预应力加固法、改变结构体系加固法五大类。增大截面加固法是采取增大混凝土结构或构 筑物的截面面积，来提高结构承载力和满足正常使用的一种加固方法，但该方法需要支模、 浇筑以及养护等施工步骤，加固施工周期长，且加大了构件截面，质量和刚度发生了变化， 使得结构的固有频率也随之改变，在很大程度上会引起结构在地震和风振中的共振现象。 粘钢加固法在一定程度上提升了结构的承载力，但其加固的有效性主要取决于粘结材料的 强度和耐久性。碳纤维加固法在不增加结构荷重的情况下达到高效的加固目的，且具有耐 化学腐蚀的优点。以上方法由于受到结构形式或材料特性的影响，这些传统方法均具有一 定的局限性。并且没有解决后期的维护、养护问题，不能实时对加固桥梁进行监测，不利于 对桥梁安全性能的判断。
[0004] 传统的体外预应力加固采用的预应力钢绞线或预应力钢筋易受环境腐蚀而失效， 为延长结构使用年限，体外预应力加固法是通过在桥梁板的底部增设体外预应力索对既有 梁体主动施加外力，改善原结构的受力状况的加固方法。
[0005] 中国专利CN203007856提供了空心板梁的体外预应力加固系统，采用预应力钢 绞线和预应力钢筋对空心板梁的上顶面和下底面进行加固，但采用材料的耐腐蚀性不强、 抗拉强度不高，也不能对桥梁的长期运营状况进行智能评估。
[0006] 中国专利CN102352606提供了公路铰接空心板桥横向体外预应力加固方法，其 利用加铺桥梁铺装层，提高铺装层钢筋强度，同时在桥跨中顶板以下设置横向预应力钢束 来达到桥梁加固的效果，但加铺混凝土层增加了桥梁的自重，预应力钢束也没有采用抗腐 蚀效果好的材料。
[0007] 中国专利CN103061271提供了空心板单板受力加固方法，在空心板的上表面和下 表面沿纵桥向间隔一定距离，横向粘贴条状钢板，同时对梁缝内的空洞进行压力注浆，顶面 植入抗剪钢筋，设置钢筋网。粘贴钢条的方法很大程度上取决于粘结剂的耐久性，施工程序 较复杂，施工周期长。
[0008] 中国专利CN 202247710提供了一种不中断交通加强既有桥梁空心板横向联系的 结构，在空心板的铰缝中填充粘结剂，空心板底板设置一个补强层，补强层为钢筋网砂浆补 强层，加强了桥梁的横向联系。此方法主要着手于空心板铰缝的处理，加固效果良好且养护 时间短。
[0009] 中国专利CN 103774565提供了一种空心板梁桥的纵向预应力加固方法，根据设 计的折线形预应力筋安装路线，利用转向器协接水平段和倾斜段的转角位置，体外预应力 筋选用钢绞线，在耐久性方面没有得到保证。
[0010] 综上，业内仍缺乏一种耐腐蚀性强、抗拉强度高，并能同时解决解决后期的维护、 养护问题的空心板梁桥加固方法。 【实用新型内容】
[0011] 本实用新型目的在于提供一种运用内嵌光纤光栅应变传感器的预应力FRP筋的 空心板梁桥的体外预应力智能加固监测系统，以解决空心板梁桥加固、维护、养护、监测的 技术问题。
[0012] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种空心板梁桥的体外预应力智能加固监测 系统，包括内嵌光纤光栅应变传感器的预应力FRP筋、连接光纤光栅应变传感器与光纤光 栅信号解调系统的数据传输光缆；
[0013] 所述预应力FRP筋分布在空心板的上顶面和下底面，分布方向与桥长度方向垂 直，分布位置为桥长度方向的跨中、1/4跨、3/4跨、1/8跨和7/8跨中的至少任意一种。
[0014] 优选的，每间隔2-5米的距离布设普通的预应力FRP筋。
[0015] 优选的，所述光纤光栅信号解调系统安装于边梁外翼缘底部。
[0016] 优选的，所述预应力FRP筋分布在空心板梁底板和空心板的上顶面、下底面，位于 空心板上顶面的预应力FRP筋通过膨胀螺栓固定于锚固角钢上，位于空心板下底面的预应 力FRP筋通过膨胀螺栓固定于锚固钢板上，位于空心板梁底板的预应力FRP筋采用粘结锚 栓固定。
[0017] 优选的，所述位于空心板上顶面的预应力FRP筋的间隔距离为2-3米，位于空心板 下底面的预应力FRP筋的间隔距离为0. 5-1米。
[0018] 本实用新型具有以下有益效果：
[0019] 针对普通钢筋或钢绞线在外部环境的作用下易腐蚀，影响结构的耐久性的问题， 本申请提出FRP筋代替普通钢筋或钢绞线，FRP筋具有抗拉强度高、质轻、耐腐蚀、抗疲劳的 特性，采用新型轻质高强度FRP筋能够有效防止风振效应引起的桥梁灾害，很大程度上提 高了桥梁的使用寿命。
[0020] 本实用新型在桥体外部横向固定具有优良力学性能的预应力FRP筋，使分离式主 梁变成箱型截面，增加了整个梁桥的横向刚度。且在桥梁的主控断面处的预应力FRP筋内 置光纤光栅应变传感器。光纤光栅应变传感器具有损耗低，抗电磁干扰和抗腐蚀性能，适合 于长距离传输和监控，采用光纤光栅应变传感器对加固筋的受力状况进行实时监测，便于 及时掌握桥梁加固后的工作性能。
[0021] 光纤光栅应变传感器连接光纤光栅信号解调系统，对预应力FRP筋的受力状况进 行实时监测，对桥梁的后期服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，在桥梁运 营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁的进一步维修、养护与管理决策提供依据和指导。
[0022] 并且，本申请的施工周期短，在桥梁加固改造中，几乎不降低原桥桥下净空高度， 同时也不要求原结构表面平整，不影响结构的外观。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优 点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的 示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图 中：
[0025]图1是本实用新型优选实施例的空心板梁桥的体外预应力智能加固监测系统的 全局布置不意图；
[0026] 图2是本实用新型优选实施例的预应力FRP筋在空心板梁的上顶面和下底面、以 及和光纤光栅信号解调系统连接的布置示意图；
[0027]图3是本实用新型优选实施例的横向预应力与铰缝底各应力分量最大值关系曲 线图；
[0028]图4是本实用新型优选实施例的光纤光栅信号解调系统的智能评估流程图；
[0029] 其中，1、预应力FRP筋，2、光纤光栅应变传感器，3、数据传输光缆，4、光纤光栅信 号解调系统，5、膨胀螺栓，6、锚固角钢，7、锚固钢板，8、粘结螺栓，9、空心板上顶面，10、空心 板下底面。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权 利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0031] 参见图1、图2,本申请提供了一种空心板梁桥的体外预应力智能加固监测系统， 包括内嵌光纤光栅应变传感器2的预应力FRP筋1、连接光纤光栅应变传感器2与光纤光栅 信号解调系统4的数据传输光缆3 ;所述预应力FRP筋分布在空心板上顶面9和空心板下 底面10,分布方向与桥长度方向垂直，分布位置为桥长度方向的跨中、1/4跨、3/4跨、1/8跨 和7/8跨中的至少任意一种。
[0032]其中，空心板上顶面的预应力FRP筋1通过膨胀螺栓5固定于锚固角钢6上，空心 板下底