一种砌体墙监测加固一体化条带的制作方法

本发明涉及一种砌体墙监测加固一体化条带，属于砌体结构监测加固。

背景技术：

1、砌体结构是一种历史悠久的建筑结构形式，其在广大农村地区房屋建筑中广泛应用，但砌体墙承载力较低，存在较大的安全隐患，一旦结构发生坍塌，将会造成严重的人员伤亡和财产损失。为了提升砌体墙的抗震性能，许多科研人员开发了多种加固技术，如条带加固法等。

2、目前，在智能损伤监测领域，对于砌体墙的实时损伤监测提出了许多新的发展。如果能够在条带加固法的基础上实现墙体的实时监测，将极大提高结构的安全性能。基于此，本研究提出了一种砌体墙监测加固一体化条带的创新方法。

3、本研究采用了自感知复合材料，该材料是在原混凝土的基础组分中添加钢渣和钢纤维材料制备的。这种复合材料具有优异的压阻敏感性能，可以用于监测结构裂缝和受力等损伤情况。因此，本研究实现了传感元件与结构构件的功能融合，具有出色的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的核心是一种砌体墙监测加固一体化条带。它基于条带加固法，使用自感知混凝土技术进行损伤监测，本发明旨在解决现有监测技术与砌体墙之间相容性差、易损坏及寿命短、操作繁琐等问题。该创新方法将监测系统与结构构件紧密结合，避免了传感元件的添加对墙体自身性能的影响。通过使用自感知混凝土技术，监测系统可以实时监测砌体墙的损伤情况，如裂缝等。同时，该技术具备较高的相容性，避免对砌体墙的结构稳定性和强度产生不利影响。

2、为实现上述技术目标，本发明提供了一种砌体墙监测加固一体化条带，该条带包括铜网电极(1)、导线(2)、钢渣、钢纤维复合材料(3)、钢绞线(4)、钢绞线拉紧器(5)和膨胀螺栓(6)；具体而言：条带整体使用钢渣、钢纤维复合材料(3)进行浇筑，在监测区域两端布置铜网电极(1)，以实现信号传递。铜网电极(1)垂直于墙体与条带方向，镶嵌进均匀分散的钢渣、钢纤维复合材料(3)组成传感主体；因钢渣、钢纤维复合材料(3)试验中峰值应力下的灵敏度达0.53％/mpa，故能够及时监测裂缝发展情况。为了保证监测功能正常运行，铜网电极(1)与钢绞线(4)不能接触，并对穿过监测区域内钢渣、钢纤维复合材料(3)的钢绞线(4)做绝缘处理，以不影响监测功能为准，例如，可以对钢绞线(4)进行环氧树脂涂覆处理。随后，进行钢渣、钢纤维复合材料(3)的浇筑，凝固成型后，形成监测加固一体化条带。

3、该条带监测加固系统主要用于监测混凝土墙体的应力和应变情况。通过监测裂缝的发展、变形的程度和应力的变化，可以提前发现结构的变形和破坏，进而采取针对性的维修和加固措施。

4、监测原理：当墙体发生应力应变时，钢渣、钢纤维复合材料(3)作为传感主体，对应力变化产生灵敏响应。铜网电极(1)与导线(2)连接，构成一个电路监测结构。通过测量电路中的电阻、电流或电压变化，可以获取墙体应力应变的信息。

5、与现有技术相比，本发明具有以下显著区别。一体化设计：本发明将监测和加固功能集成于一个条带中，与传统的监测和加固方式相比，更加简化和高效；使用钢渣、钢纤维复合材料(3)：钢渣、钢纤维复合材料(3)具有较高的灵敏度和强度，能够在监测和加固过程中提供更准确和可靠的数据支持；绝缘处理：本发明通过对钢绞线进行绝缘处理，有效避免了铜网电极(1)与钢绞线(4)的干扰，确保监测功能的稳定性和准确性。

6、进一步地，所述钢渣、钢纤维复合材料(3)的组分配比为：钢纤维(直径为0.2mm，长径比为30)掺量为复合材料体积的2％；钢渣(粒径为2mm)含量为除钢纤维外总质量的36.92％，聚羧酸型减水剂掺量为1.54％，硅灰、硅粉掺量分别为水泥的5.54％、9.23％，且水胶比为19.05％。

7、所述的一种监测加固一体化条带，其制备步骤为：用膨胀螺栓(6)将穿过钢绞线拉紧器(5)的钢绞线(4)两端分别固定在梁的腰腹位置，并用钢绞线拉紧器(5)将钢绞线(4)拉紧至目标受力；为了保证监测功能正常运作，应确保铜网电极(1)不能与钢绞线(4)接触，并对穿过目标监测区域钢渣、钢纤维复合材料(3)的钢绞线(5)进行绝缘处理，以保持监测功能的正常运行；此外，为避免铜网电极(1)与导线(2)的结点受到其他影响，还需要对结点进行绝缘处理；根据条带位置，在合适的位置布置模具，并浇筑钢渣、钢纤维复合材料(3)。在两个铜网电极(1)之间，钢渣、钢纤维复合材料(3)应呈现规则的多边形柱体状，以便计算其体电阻率ρ。

8、具体计算如下：

9、

10、式中，r为材料电阻，s为多边形柱横截面积，l为多边形柱长度。

11、传感主体的传感功能是通过铜网电极(1)将电流导入钢渣、钢纤维复合材料(3)，在外力作用下，钢渣、钢纤维复合材料(3)发生变形，导致内部钢渣和钢纤维产生微小位移，从而导致构建的导电通路产生变化。这种变化通过电阻采集设备显现出来，即体现在电阻率的变化上，通过监测电阻率的变化可以判断混凝土的损伤情况。

12、进一步地，铜网电极(1)的具体尺寸与位置根据实际工程确定，其孔径和丝径比例不低于5；此外，为了确保铜网电极(1)与导线(2)的连接，需将铜网电极(1)的接触点延伸出钢渣、钢纤维复合材料(3)的外部。

13、本发明适用于对砌体墙进行加固监测。

14、本发明的技术方案基于设计的传感主体，在砌体墙发生应力应变情况下表现出高度敏感性，能够准确、可量化地采集相关信息，通过测量材料的电阻、电流或电压变化来实现对墙体破坏状态的监测，从而提供及早采取维修和加固措施的依据。而其一体化结构则能够与墙体及其他构筑物实现有效连接，保证监测功能的稳定性和可靠性。

15、与现有技术相比，本发明条带既可以作为传感元件，同时也是加固构件，可以有效地加固并监测砌体墙再次损伤的情况；其施工方便，操作简单，易于推广，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.本发明公开了一种砌体墙监测加固一体化条带，其特征在于：包含铜网电极(1)、导线(2)、钢渣、钢纤维复合材料(3)、钢绞线(4)、钢绞线拉紧器(5)、膨胀螺栓(6)；具体而言：条带整体使用钢渣、钢纤维复合材料(3)进行浇筑，在监测区域两端布置铜网电极(1)，以实现信号传递。铜网电极(1)垂直于墙体与条带方向，镶嵌进均匀分散的钢渣、钢纤维复合材料(3)组成传感主体；因钢渣、钢纤维复合材料(3)试验中峰值应力下的灵敏度达0.53％/mpa，故能够及时监测裂缝发展情况。

2.根据权利要求1所述的一种砌体墙监测加固一体化条带，其特征在于：所述钢渣、钢纤维复合材料(3)的组分配比为：钢纤维(直径为0.2mm，长径比为30)掺量为复合材料体积的2％；钢渣(粒径为2mm)含量为除钢纤维外总质量的36.92％，聚羧酸型减水剂掺量为1.54％，硅灰、硅粉掺量分别为水泥的5.54％、9.23％，且水胶比为19.05％。

3.根据权利要求1所述的一种砌体墙监测加固一体化条带，其特征在于：用膨胀螺栓(6)将穿过钢绞线拉紧器(5)的钢绞线(4)两端分别固定在梁的腰腹位置，并用钢绞线拉紧器(5)将钢绞线(4)拉紧至目标受力；为了保证监测功能正常运作，应确保铜网电极(1)不能与钢绞线(4)接触，并对穿过目标监测区域钢渣、钢纤维复合材料(3)的钢绞线(5)进行绝缘处理，以保持监测功能的正常运行；此外，为避免铜网电极(1)与导线(2)的结点受到其他影响，还需要对结点进行绝缘处理；根据条带位置，在合适的位置布置模具，并浇筑钢渣、钢纤维复合材料(3)。在两个铜网电极(1)之间，钢渣、钢纤维复合材料(3)应呈现规则的多边形柱体状，以便计算其体电阻率ρ。

4.根据权利要求1所述的一种砌体墙监测加固一体化条带，其特征在于：铜网电极(1)的具体尺寸与位置根据实际工程确定，其孔径和丝径比例不低于5；此外，为了确保铜网电极(1)与导线(2)的连接，需将铜网电极(1)的接触点延伸出钢渣、钢纤维复合材料(3)的外部。

5.一种砌体墙监测加固一体化条带，监测过程如下：根据权利要求1-4所述制备条带，基于设计的传感主体，在砌体墙发生应力应变情况下表现出高度敏感性，能够准确、可量化地采集相关信息，通过测量材料的电阻、电流或电压变化来实现对墙体破坏状态的监测，从而提供及早采取维修和加固措施的依据。而其一体化结构则能够与墙体及其他构筑物实现有效连接，保证监测功能的稳定性和可靠性。

技术总结本发明公开了一种砌体墙监测加固一体化条带，该条带包括铜网电极、导线、钢渣、钢纤维复合材料、钢绞线、钢绞线拉紧器、膨胀螺栓；将监测区域布置在条带两端及交叉位置上方，连接导线至数据采集系统，即可监测墙体损伤破坏程度。所述钢渣、钢纤维自感知混凝土主要包括以下原料组分：水泥、硅粉、硅灰、硅砂、钢渣、钢纤维。本发明适用于监测砌体墙的建筑损伤情况。与现有技术相比，本发明条带既可以作为传感元件，同时也是结构构件，可以有效地加固并监测砌体墙的再次损伤；其施工方便，操作简单，易于推广，具有广阔的应用前景。技术研发人员：周中一,张文明,王涛,赵宏升,魏章超,任志飞,寇泽众受保护的技术使用者：中国地震局工程力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17