本實用新型專利技術公開了一種基于連續纖維復合型材的沉降分布監測系統，其中檢測系統包括子區域測量站，沉降計算模塊和監測控制中心，子區域測量站由縱向定位桿以及水平傳感桿組成；縱向定位桿由埋設入土體內錨固段、和土體外水平傳感桿連接的接合部以及和土表錨固片組成；在接合部的兩側分別通過鉸接和固接與水平傳感桿連接，在每個水平傳感桿沿軸向植入有一個應變傳感單元；各個子區域測量站通過數據傳輸線連接至所述沉降計算模塊和監測控制中心。本實用新型專利技術施工方便，成本低廉，可廣泛應用于隧道、斜面滑坡體、長距離軌道地基等大型建筑和巖土工程垂直沉降位移的測量和連接監測領域。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及了一種用于土建交通結構中健康檢測和監測的技術，尤其涉及了 一種適合鐵路、公路、隧道等長距離線型結構的大范圍沉降分布的實時遠程監測系統。
技術介紹
沉降監測是鐵路、公路和隧道等工程中的重要檢測和監測內容，關系到正常交通 運輸的運營和管理。此外，為了評價和預測沉降的危害和發展過程，需要掌握沿交通線上各 個路線的路基中各段土層沉降變化。目前，路基中多層沉降監測一般采用分段布設單點沉 降計，將單點沉降計固定在待測土體深度范圍內，人工或者自動采集壓縮層的沉降數據，通 過對數據進一步整合獲得待測深度土體的沉降值。對于長距離線型結構覆蓋范圍大，現有 的監測方法不適合于多點沉降監測。為了解決多點沉降的監測問題，工程上常采用一種基 于懸臂梁原理，通過測量懸臂梁應變變化計算撓度變化獲得沉降。由于懸臂梁原理的計算 方法簡單、思路清晰，適合用于遠距離沉降的計算。但該方法中，當作為傳力構件的懸臂發 生大變形后，局部容易出現不可恢復的塑性變形，因此影響到長期監測結果的準確性。此 外由于懸臂長期處于受彎變作用下，對材料本身具有很高的抗蠕變等長期性能要求。目前 在對于工程中常用的復合纖維材料的長期性能的研究中發現，碳纖維其蠕變破斷強度可以 保持在0. 75-0. 8,玄武巖是0. 55-0. 65,玻璃為0. 25-0. 35。為了保證測量結果的長期準確 性，須采用如碳纖維和玄武巖等無塑性變形、具有足夠彎曲剛度、優越抗蠕變性能的復合纖 維材料。目前，光纖等應變傳感技術越來越多的作為傳感元件，應用于沉降監測工程。但光 纖傳感器存在的諸如，易脆斷、滑移、耐久性差等問題，這些問題在實際應用影響到應變測 量的精度、靈敏度、長期性能等關鍵指標。專利CN1858548 A公開了一種利用等強度懸臂梁 上、下表面的差動式光纖Bragg光柵，來測量地表的沉降量。等強度懸臂梁的設計需要隨 著彎矩的大小相應地改變截面尺寸，在遠距離監測中需要有足夠端部寬度以保證測量的精 度，加之傳力過程懸臂兩端容易出現扭轉問題，因此難以實際應用于長距離線型結構的大 范圍沉降監測。此外光纖光柵等點式傳感元件只適合反應傳力構件局部的應變變化，在長 期監測中不均質材料以及外界環的影響造成的誤差，會在計算過程放大，導致沉降計算準 確性降低的問題。另外由于光纖等微小直徑的應變傳感元件只適合測量張拉應變，壓縮測 量時需預先提供足夠預張量。對于點式光纖傳感元件難以保證壓縮變形的測量精度。另外 一方面，一種新穎的長標距傳感器開始應用于大型結構的應變傳感技術中。長標距傳感器 是指測量標距長且測量結果能夠反映被測體一定特征區域被測物理量的傳感器，其中的標 距長度（指傳感器能夠進行有效測量部分的長度。相對于傳感標距短且測量結果只能反映 被測體局部某點被測物理量的點式傳感元件，長標距傳感器能夠反映被測結構一定區域或 特征尺度范圍內的物理量變化，適宜大型橋隧工程結構，特別是混凝土工程結構。長標距傳 感器可以根據端部剛度設計、耐久性設計和增敏設計，滿足不同條件的測量要求。最近有研 究發現，對于布里淵散射光技術和碳纖維傳感技術，由于通過封裝實現標距（或測量空間 分解能）內傳感元件的應變均勻，長標距傳感器適合于降低測量誤差、實現高精度動靜態 測量的目的。長標距傳感器可按照適當密度分布布設在結構的一定區域，從而達到對各類 橋隧工程結構的長距離大范圍區域的動靜態監測。 綜上所述，為了鐵路、公路、隧道等長距離線型結構的大范圍沉降分布的實時遠程 監測，可以通過結合懸臂梁傳力原理和長標距應變傳感技術，開發一種計算方便、且具有長 期穩定監測能力的監測系統。
技術實現思路
本技術的提供一種基于連續纖維復合型材的沉降分布監測系統，通過叉狀錨 固端和連桿將地基內沉降量傳遞到土表，此時固定在兩個連桿之間的水平傳感桿會出現應 變變化；通過鉸接和固接的水平傳感桿上的應變關系，實現該觀測點沉降判斷并計算沉降 量；再通過數據傳輸技術連接各個觀測點構成子觀測站，并進一步聯網建成觀測網絡。 -種基于連續纖維復合型材的沉降分布監測系統，其特征在于：包括子區域測量 站，沉降計算模塊和監測控制中心，所述子區域測量站由在沿交通線路分布的各個觀測點 位置打設的縱向定位桿以及連接在相鄰兩縱向定位桿之間的水平傳感桿組成；所述縱向定 位桿由埋設入土體內錨固段、和土體外水平傳感桿連接的接合部以及和土表錨固片組成； 在所述接合部的兩側分別通過鉸接和固接與所述水平傳感桿連接，在每個所述水平傳感桿 沿軸向植入有一個應變傳感單元；所述各個子區域測量站通過數據傳輸線連接至所述沉降 計算模塊和監測控制中心。 所述土體內錨固段為自分叉狀錨固端，該自分叉狀錨固端為由帶預留孔的剛性外 壁結構和柔性分叉芯線組成，所述預留孔沿所述剛性外壁結構外壁傾斜向下設置，所述柔 性分叉芯線上端鉸接在所述縱向定位桿的下端，所述柔性分叉芯線下端在所述縱向定位桿 向下移動時插入所述預留孔。 所述水平傳感桿的截面為方形、圓形或工字形纖維復合材料桿件。 所述應變傳感單元設置在所述水平傳感桿偏離形心位置，每個應變傳感單元在接 合部近旁包含一組或多組應變傳感器件。 所述應變傳感器件是光纖光柵、基于布里淵散射技術或連續碳纖維傳感技術的長 標距應變傳感器。 一種沉降分布監測方法，其當沉降發生時，土體內錨固段與土體一起變形，通過縱 向定位桿帶動水平傳感桿的一端下沉，以致應變傳感單元應變數值變化；根據所述子區域 測量站內各個監測點對應的水平傳感桿之間的張拉或壓縮應變關系，通過沉降計算模塊， 整合獲得該子區域測量站內沉降分布。 所述沉降計算模塊通過以下步驟獲得沉降分布： 步驟一：對各個子區域測量站內，從配置的基巖水準點近旁的觀測點開始，依次獲 得各個監測點的水平傳感桿的鉸接側和固接側的2組應變傳感單元的應變值，其中鉸接和 固接的兩個水平傳感桿的應變值分別定義為eil和ei2 ; 步驟二：根據eil和ei2的張拉和壓縮的分布關系，進行沉降分布判斷原則，并 計算沉降量。 沉降分布判斷原則包括： 變形判斷原則：如水平傳感桿的應變呈現增加趨勢時，該桿定義為受拉；如水平 傳感桿的應變呈現減少趨勢時，該桿定義為受壓；當水平傳感桿的無應變變化時，該桿定義 為無變形； 沉降位置判斷原則：從配置的基巖水準點近旁的觀測點開始，當出現首個發生受 拉變形的監測點i時，則判定該點出現沉降；如監測點i+1的ei2為受壓，且數值與ei2 一致，則判定監測點i+1無沉降；如監測點i+1的ei2為無變形，則判定監測點i+1與監測 點i同程度沉降；如監測點i+1的ei2為受拉，則判定監測點i+1發生沉降，且大于與監測 點i〇 沉降計算方法，包含以下步驟： 步驟一：將觀測站配置的基巖定義為參考水準點； 步驟二：從參考水準點開始依次對監測點進行沉降分布判斷，當監測點i出現受 拉變形時，根據該監測點上鉸接的水平傳感桿上應變單元測得應變分布平滑化處理獲得水 平傳感桿上應變變化e(il)，以及應變傳感單元的距離型心位置hl、型心距離中性軸高度 h2、截面高度H、水平傳感桿的長度L，結合懸臂梁理論，計算該監測點上鉸接側豎向位移： 再迭代上一步沉降量S(i-1)獲得該點沉降量S(i) =S(i-l)+x(i);本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于連續纖維復合型材的沉降分布監測系統，其特征在于：包括子區域測量站（16），沉降計算模塊（17）和監測控制中心（18），所述子區域測量站（16）由在沿交通線路分布的各個觀測點位置打設的縱向定位桿（1）以及連接在相鄰兩縱向定位桿之間的水平傳感桿（2）組成；所述縱向定位桿（1）由埋設入土體內錨固段（3）、和土體外水平傳感桿連接的接合部（4）以及和土表錨固片（5）組成；在所述接合部的兩側分別通過鉸接和固接與所述水平傳感桿（2）連接，在每個所述水平傳感桿（2）沿軸向植入有一個應變傳感單元（11）；所述各個子區域測量站（16）通過數據傳輸線連接至所述沉降計算模塊（17）和監測控制中心（18）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳智深，黃璜，
申請(專利權)人：鎮江綠材谷新材料科技有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32
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