一种基于电磁感应钢纤维混凝土复杂应力状态下剪应力无损检测方法

本发明涉及电磁领域，尤其涉及一种基于电磁感应钢纤维混凝土复杂应力状态下剪应力无损检测方法。

背景技术：

1、钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而成的可浇筑、可喷射成型的一种性能优良且应用广泛的新型复合材料。钢纤维在混凝土中主要起到阻断基体混凝土裂缝的开展，从而其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提升，其抗冲击、抗疲劳、劣后和耐久性也有较大改善，使原本脆性材料的混凝土变成具有一定塑性性能的复合材料。近些年来，钢纤维混凝土广泛应用于道路、桥梁、隧道、水利等各项工程中。

2、在实际工况中，钢纤维混凝土往往处在复杂应力状态下，其破坏模式十分复杂。其中剪切破坏是一种脆性破坏，危害极大，因此对于复杂应力状态下钢纤维混凝土应力监测就十分重要。可及时对钢纤维混凝土构件薄弱处进行加固，避免工程事故的发生。

3、目前，传统混凝土构件测量应力的方法往往采用贴应变片或直接采用应变计的方式。对于压应力方向比较明确的部位，可采用应力计直接测量混凝土内的压应力。而对于拉应力，通过在混凝土表面设置单只或成组应变计的方法，测量混凝土的应力应变，再运用混凝土徐变试验资料即可从应力应变计算出混凝土应力。而贴应变片工艺繁杂，需要选片、定位、贴片、焊接等操作。尤其是贴片环节，对技术要求较高，在日常实验中往往会出现贴应变片不当导致数据无效的情况，造成一定的经济损耗和效率降低。因此本方案提出了一种基于电磁感应原理无损检测钢纤维混凝土应力的方法。

4、钢纤维是一种铁磁性材料，当钢纤维混凝土在机械应力作用下，钢纤维形状尺寸会发生微小的变化，进而导致其磁性发生变化，即磁弹效应。主要是因为磁性材料内磁畴结构与其应力状态有密切关系。在应力作用下，材料内的畴壁将改变其位置。对于钢纤维混凝土，其内部应力的变化会导致其磁性发生变化。因此可通过试验标定方式，建立钢纤维混凝土应变与电磁信号之间的关系，从而实现钢纤维混凝土应力的无损检测。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于电磁感应复杂应力状态下钢纤维混凝土剪应力无损检测方法，该方法可以通过检测的电磁信号值来计算钢纤维混凝土应变大小，结合复杂应力状态下应力应变公式，得到钢纤维混凝土的应力状态。为工程中钢纤维混凝土结构受力情况的监测提供新的思路。

2、为解决上述问题，本申请提出了一种基于电磁感应复杂应力状态下钢纤维混凝土剪应力的无损检测方法，包括如下步骤：

3、步骤一：根据检测对象，选定适合的pcb矩形线圈尺寸，激励频率，组成矩形线圈阵列。将pcb线圈阵列与电感传感器进行连接，电感传感器通过ad接口与单片机相连，单片机控制电感传感器运算得到电感l。并通过串口通信将测量电感值发送到上位机进行显示，得到l-t关系曲线。

4、步骤二：建立单轴应力状态下钢纤维混凝土应变与电感信号关系曲线，在实验室制作检测对象足尺模型(如预制混凝土盖板，梁等构件)，对试件进行单向拉伸试验，时时记录电磁信号大小，拟合得到对应每种试件的应变与电磁信号关系曲线ε＝f(l)。

5、步骤三：将选定pcb线圈阵列贴近钢纤维混凝土表面。其中第一线圈，第三线圈呈直角，第二线圈与第一线圈，第三线圈呈45°。分别接通第一线圈、第二线圈、第三线圈线路。通过上位机观察，待所检测电感值无明显波动时，记录所测数据分别为l1、l2、l3。

6、步骤四：将所测电磁信号值l1、l2、l3分别代入实验室标定的钢纤维混凝土应变与电感信号值的关系ε＝f(l)，计算钢纤维混凝土沿着第一线圈、第二线圈、第三线圈方向所受应变大小ε1，ε2，ε3。ε1＝f(l1)；ε2＝f(l2)；ε3＝f(l3)。

7、步骤五：将ε1，ε2，ε3代入复杂应力状态下应变与应力公式，得到钢纤维混凝土检测区域最大主应力，最小主应力以及最大剪应力值。

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10、本发明的优点和有益效果：

11、本设计方案采用电磁感应的原理，实现了对复杂应力状态下钢纤维混凝土结构应力的无损检测。该方法简单、高效，同时避免了传统贴应变片方法因粘贴技术不当导致检测数据无效的问题。电磁感应原理早在金属缺陷识别领域得到了广泛应用，在工程实践中也取得了良好得到效果。本设计方案将电磁感应原理应用到钢纤维混凝土应力的无损识别中，能够很好的对钢纤维混凝土受力情况进行监测，根据检测情况及时对损伤区域进行修复，或对应力集中区域进行补强，且该方法为无损检测方法，具有方便，快捷的特点。技术人员只需稍加培训即可掌握该测量方法。

技术特征：

1.一种基于电磁感应复杂应力状态下钢纤维混凝土剪应力的无损检测方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于电磁感应复杂应力状态下钢纤维混凝土剪应力的无损检测方法，根据检测对象，选定适合的pcb矩形线圈尺寸，激励频率，组成矩形线圈阵列，如何选定请给出具体的方法。

3.根据权利要求2所述的基于电磁感应复杂应力状态下钢纤维混凝土剪应力的无损检测方法，所述建立单轴应力状态下钢纤维混凝土应变与电感信号关系曲线ε＝f(l)的方法是制作检测对象足尺模型，对试件进行单向拉伸试验，时时记录电磁信号大小，拟合得到对应每种试件的应变与电磁信号关系曲线。

技术总结
本发明涉及电磁领域，尤其涉及一种基于电磁感应钢纤维混凝土复杂应力状态下剪应力无损检测方法。包括如下步骤：将选定的多个PCB线圈组成阵列贴近钢纤维混凝土表面，分别接通三个线圈线路，通过上位机记录所测数据；将所测电磁信号值分别代入单轴应力状态下钢纤维混凝土应变与电感信号关系曲线，计算钢纤维混凝土沿着三个线圈方向所受应变大小；将其代入复杂应力状态下应变与应力公式，得到钢纤维混凝土检测区域最大主应力，最小主应力以及最大剪应力值。本发明将电磁感应原理应用到钢纤维混凝土应力的无损识别中，能够很好的对钢纤维混凝土受力情况进行监测，根据检测情况及时对损伤区域进行修复，或对应力集中区域进行补强。

技术研发人员：夏晋,施俊航
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16