一种基于压电波动法的预应力结构检测装置及检测方法

本发明属于预应力结构检测，具体涉及一种基于压电波动法的预应力结构检测装置及检测方法。

背景技术：

1、预应力混凝土结构广泛应用于工程建设领域，预应力混凝的原理是在构件使用前通过人为预先施加一个与构件自身内应力方向相反的应力，从而提高构件在使用过程抵抗位移和变形的能力。预应力混凝土结构能够有效缓解混凝土先天抗拉力的不足，但是由于精轧螺纹钢筋一般较短，在锚固时可能会产生较大的回缩损失；并且精轧螺纹钢筋在张拉时因人为操作不当或混凝土本身存在收缩徐变和钢筋的松弛等原因，也容易导致竖向预应力的损失甚至失效；在实际应用中预应力混凝土结构的竖向预应力不足导致的开裂问题影响了其发展和应用。

2、因此对竖向预应力的精确检测对预应力混凝土结构的可靠性具有重要意义，如果预应力混凝土结构的有效竖向预应力过高，则会出现实际值远大于理论值的情况，导致结构存在安全隐患；有效竖向预应力过低，则会导致竖向预应力筋性能过剩，不能完全发挥出其效果。然而，现有技术中缺乏一种快速并且准确的预应力混凝土结构竖向预应力检测方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏一种快速并且准确检测预应力混凝土结构竖向预应力的方法，限制了预应力混凝土结构可靠性，从而提供一种基于压电波动法的预应力结构检测装置及检测方法。

2、一种基于压电波动法的预应力结构检测装置，包括多组对应设置的应力波驱动器和应力波传感器；预应力筋设于构件内部并且端部伸出，多角螺母与所述预应力筋螺纹配合设置于所述预应力筋的端部，并将垫板固定于所述构件表面；所述多角螺母的每个面上设置固定有一个所述应力波驱动器，所述垫板外侧表面上一一对应所述应力波传感器固定设置有多个所述应力波传感器，所述应力波传感器设置于对应应力波驱动器所在多角螺母的面面对的方向。

3、进一步的，还包括采集仪，所述采集仪分别连接所述应力波驱动器和所述应力波传感器，用于向所述应力波驱动器发送激励信号并从所述应力波传感器获取反馈信号。

4、进一步的，还包括信号放大器，所述信号放大器分别连接所述采集仪和所述应力波驱动器，用于放大所述激励信号。

5、一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，包括以下步骤：

6、步骤s1：所述应力波驱动器发送应力波；

7、步骤s2：所述应力驱动器接收应力波并输出反馈信号；

8、步骤s3：分析所述反馈信号获取所述预应力结构的预应力损失程度。

9、进一步的，所述步骤s3包括：

10、步骤s3.1：对所述反馈信号进行小波包能量分析，得到平均小波包能量值；

11、步骤s3.2：根据所述平均小波包能量值计算损伤指标；

12、步骤s3.3：将所述损伤指标代入预设的理论模型，获得预应力损失率。

13、进一步的，所述步骤s3.1中，所述平均小波包能量值为每一组所述应力波驱动器和应力波传感器所得的反馈信号进行小波包能量分析获得的能量值的平均值。

14、进一步的，在所述步骤s3.2中，所述损伤指标的计算方法为：

15、

16、其中，fdi为损伤指标，其取值范围为(0～1)；el为有效预应力损失时的平均小波包能量值；ef为有效预应力为满载状态时的平均小波包能量值。

17、进一步的，在所述步骤s3.3中，所述理论模型为：

18、

19、其中，x为不同预应力采集的小波包能量的损伤指标；y为预应力的损失率；a、b、c为待定系数，需要根据历史实验数据确定系数的值；

20、所述预应力损失率的计算公式为：

21、

22、其中，ρ为有效预应力损失率，其取值范围为(0～1)；fmax为满载时的有效预应力(kn)；fi为损失后的有效预应力(kn)。

23、进一步的，还包括以下步骤：

24、步骤s4：根据每一组所述应力波驱动器和所述应力波传感器所得的反馈信号进行小波包能量分析获得每一组的小波包能量值；

25、根据平均小波包能量值设定小波包能量值的下限阈值和上限阈值；

26、根据所述下限阈值和所述上限阈值判断所述螺母的倾斜情况。

27、有益效果：本发明通过在预应力结构的多角螺母和垫板上设置对应的应力波驱动器和应力波传感器，应力波驱动器发送应力波，应力波在预应力结构内部传递，然后通过应力波传感器接收反馈信号，从而计算分析获得预应力结构内部的预应力损失情况。本发明公开的检测结构以及方法能够快速且准确地获得预应力结构内部的预应力损失情况，从而能够将预应力结构的内部预应力保持在合理范围内，避免预应力失效。

技术特征：

1.一种基于压电波动法的预应力结构检测装置，其特征在于，包括多组对应设置的应力波驱动器(11)和应力波传感器(12)；预应力筋(3)设于构件(2)内部并且端部伸出，多角螺母(4)与所述预应力筋(3)螺纹配合设置于所述预应力筋(3)的端部，并将垫板(5)固定于所述构件(2)表面；所述多角螺母(4)的每个面上设置固定有一个所述应力波驱动器(11)，所述垫板(5)外侧表面上一一对应所述应力波传感器(12)固定设置有多个所述应力波传感器(12)，所述应力波传感器(12)设置于对应应力波驱动器(11)所在多角螺母(4)的面面对的方向。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测装置，其特征在于，还包括采集仪(6)，所述采集仪(6)分别连接所述应力波驱动器(11)和所述应力波传感器(12)，用于向所述应力波驱动器(11)发送激励信号并从所述应力波传感器(12)获取反馈信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测装置，其特征在于，还包括信号放大器(7)，所述信号放大器(7)分别连接所述采集仪(6)和所述应力波驱动器(11)，用于放大所述激励信号。

4.一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，采用权利要求1～3任一项所述的装置，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，在所述步骤s3.2中，所述损伤指标的计算方法为：

8.根据权利要求7所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，在所述步骤s3.3中，所述理论模型为：

9.根据权利要求4所述的一种基于压电波动法的预应力结构检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

技术总结
本发明属于预应力结构检测技术领域，具体涉及一种基于压电波动法的预应力结构检测装置及检测方法。本发明通过在预应力结构的多角螺母和垫板上设置对应的应力波驱动器和应力波传感器，应力波驱动器发送应力波，应力波在预应力结构内部传递，然后通过应力波传感器接收反馈信号，从而计算分析获得预应力结构内部的预应力损失情况。本发明公开的检测结构以及方法能够快速且准确地获得预应力结构内部的预应力损失情况，从而能够将预应力结构的内部预应力保持在合理范围内，避免预应力失效。

技术研发人员：汪建群,彭晋,鲁奕斌,崔二江,王娟,黄博,张鹄志
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21