我院装配式智慧健康监测试验平台于2019年11月28日建成投入使用,主要包括装配式试验平台和智慧健康监测系统。装配式试验平台(图1)为预应力装配式简支铝桁梁桥,由主桁梁和横梁组成,主桁梁3米一个节段进行预制拼装而成。桥长22.54米,宽1.92米,高1.66米,采用钢化玻璃桥面和玻璃挡板,桥梁两侧安装景观灯供夜间照明,搭配装配式旋转楼梯(图2)。智慧健康监测系统(图3)由光纤光栅传感器、24通道光纤光栅解调设备、监测软件组成。通过105英寸LED显示屏(图4)实时显示软件数据及图表等。该试验平台充分体现快速装配化的特点,同时对结构使用状态下受力变化进行智慧化实时监测。

图1 装配式试验平台
图2 装配式楼梯
图3智慧健康监测系统
图4LED显示屏
(一)服务本科人才培养
装配式智慧健康监测试验平台主要服务于我院开设的《装配式建筑概论》、《装配式建筑工程造价》、《钢结构基本原理及设计》、《钢结构课程设计》、《土木工程结构试验》、《土木工程测试技术》和《结构有限元分析与SAP2000应用》等课程,以及《混凝土结构基本原理》和《混凝土结构设计》中的“预应力”相关知识点等;同时也是我院获批的广西住房和城乡建设厅“广西装配式建筑技术研发及人才培训基地”示范基地建设的重要组成部分。
(二)服务科学研究
图4预应力拉索图
1、自感知型预应力体系
自感知型预应力体系:自身具有感知受力功能的结构预应力体系。自感知钢绞线:在钢绞线中心丝表面开约0.5mm深小槽,将直径为0.1mm光纤光栅植入槽内与中心丝耦合在一起,制成感知受力功能的自感知钢绞线(图5)和自感知型预应力体系(图6)。

图5自感知钢绞线图6自感知型预应力体系
单根光纤可刻多个光栅,即单根自感知钢绞线纵向可包含多个测点(图7)。
图7光栅测点
光纤光栅传感优点:(1)抗电磁干扰:电磁辐射频率比光波低许多,光纤中传输的光信号不受电磁干扰影响;(2)耐腐蚀,化学性能稳定:制作光纤的材料一石英具有极高的化学稳定性,光纤传感器适用于恶劣环境;(3)传输及熔接损耗小:传输损耗约0.25dB/km,熔接损耗约0.2dB/点,适合远距离监测;(4)体积小、重量轻:适用特殊场合,便于与基材耦合成智能材料;(5)传输容量大:可实现多点分布式测量,单根光纤最大可串接20个光栅传感器;(6)电绝缘性能好:光纤由电介质构成,且无需电源驱动,适宜于在易燃易爆的环境中使用(图8)。

图8自感知钢绞线优点
2、监测系统
在线监测系统功能:实时索力显示功能;历史索力对比、实际索力与设计索力对比;安全预警;传感器异常检测;索力发展趋势预测(图9)。


图9在线监测系统