纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统，涉及混凝土结构监测领域。本系统包括被测对象混凝土结构（1）和纤维增强复合材料（2）；设置有压电陶瓷（3）、阻抗分析仪（4）和计算机（5）；在混凝土结构（1）和纤维增强复合材料（2）的结合面设置有压电陶瓷（3）；压电陶瓷（3）、阻抗分析仪（4）和计算机（5）依次连接。本发明可以实现纤维增强复合材料与混凝土结构结合松动状态的长期在线实时监测；监测系统布设方便灵活快捷，压电陶瓷尺寸较小，不会影响和改变原有纤维增强复合材料和混凝土结构之间的粘结特性；监测方法操作简单易行，甚至在仅布置单一压电陶瓷的情况下，仍然可以实现被测结构的健康诊断。
【专利说明】
纤维増强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及混凝土结构监测领域，尤其涉及一种纤维增强复合材料加固混凝土结 构的结合面松动监测系统。
【背景技术】
[0002] 纤维增强复合材料作为一种高性能复合材料，具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好 和施工便捷等性能特点，以其优异的力学性能被广泛地应用于桥梁工程、各类民用建筑、海 洋工程和地下工程中。在纤维增强复合材料混凝土复合结构中，往往由于纤维增强复合材 料-混凝土界面强度不足导致混凝土结构界面被剥离而发生破坏；因此，纤维增强复合材 料-混凝土界面粘结性能问题成为工程应用的一个重点和难点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就在于解决现有技术存在的问题，提供一种纤维增强复合材料加固 混凝土结构的结合面松动监测系统。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：
[0005] -、纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统(简称系统）
[0006] 本系统包括被测对象混凝土结构和纤维增强复合材料；
[0007] 设置有压电陶瓷、阻抗分析仪和计算机；
[0008]在混凝土结构和纤维增强复合材料的结合面设置有压电陶瓷；
[0009]压电陶瓷、阻抗分析仪和计算机依次连接。
[0010]二、纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测方法(简称方法）
[0011]本方法包括下列步骤：
[0012]①测试激励频段的选择
[0013] 对于初始状态下的待测系统，利用阻抗分析仪首先对系统中预先布置的压电陶瓷 施加一个较大范围的扫频激励，并采集在此激励频率范围下的压电陶瓷的电导纳信号，而 后从中挑选出其导纳信号峰值所在频段，此频段即为针对该待测系统的阻抗测试频段；
[0014] ②初始状态系统电导纳信号采集
[0015] 当通过步骤①确定被测系统的导纳测试频段后，利用阻抗分析仪在此测试频段内 对被测系统的压电陶瓷施加扫频激励，采集此时激励频段内压电陶瓷的电导纳信号，将其 作为被测系统初始状态下压电陶瓷的电导纳信号Yk;
[0016] ③待测状态系统电导纳信号采集
[0017] 针对被测系统的某一时刻，利用阻抗分析仪在同样测试频段内对压电陶瓷传感器 进行扫频激励，采集此时系统中压电陶瓷传感器的电导纳信号，作为被测系统此监测状态 下的压电陶瓷电导纳信号Yk'；
[0018] ④系统松动监测指数求取
[0019] 当被测系统初始状态和某一时刻监测状态下的压电陶瓷传感器的电导纳信号Yk 和Yk'分别采集得到后，求取两种状态下的电导纳均方根值RMSD，作为步骤③中此监测状态 下的被测系统的结构松动指数；
[0020] ⑤系统松动状态监测
[0021] 重复步骤③和④，求取被测系统不同时刻不同监测状态下的松动指数RMSD，当被 测系统中纤维增强复合材料与混凝土结构结合没有出现松动时，RMSD趋于0,而一旦被测系 统结构结合出现松动，RMSD会出现一个比较明显的改变，此时即可认定被测系统纤维增强 复合材料与混凝土结构出现了结合松动。
[0022] 本发明具有下列有点和积极效果：
[0023] ①本发明可以实现纤维增强复合材料与混凝土结构结合松动状态的长期在线实 时监测，做到对结构健康状态的及时反馈，大大节省了人力物力投入；
[0024] ②监测系统布设方便灵活快捷，压电陶瓷尺寸较小，不会影响和改变原有纤维增 强复合材料和混凝土结构之间的粘结特性；
[0025]③监测方法原理明确，操作简单易行，甚至在仅布置单一压电陶瓷的情况下，仍然 可以实现被测结构的健康诊断。
【附图说明】
[0026]图1是本系统的结构方框图；
[0027]图2是本系统主体的结构示意图；
[0028]图3是图2的剖面图。
[0029]图中：
[0030 ] 1 一混凝土结构；
[0031] 2-纤维增强复合材料；
[0032] 3-压电陶瓷；
[0033] 4-阻抗分析仪；
[0034] 5 一计算机。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和实施例详细说明。
[0036] -、系统
[0037] 1、总体
[0038]如图1、2、3，本系统包括被测对象混凝土结构1和纤维增强复合材料2;
[0039]设置有压电陶瓷3、阻抗分析仪4和计算机5;
[0040]在混凝土结构1和纤维增强复合材料2的结合面设置有压电陶瓷3;
[0041]压电陶瓷3、阻抗分析仪4和计算机5依次连接。
[0042] 2、功能块
[0043 ] 1)混凝土结构1
[0044] 混凝土结构1可以为任意结构。
[0045] 2)纤维增强复合材料2
[0046] 纤维增强复合材料2是一种通用的建筑材料。
[0047] 3)压电陶瓷3
[0048] 如图2,压电陶瓷3是一种通用件。
[0049] 将压电陶瓷3直接粘贴于纤维增强复合材料1的表面，并在其表面涂覆硅胶进行防 水处理；
[0050] 压电陶瓷3分布的形状与数量:根据混凝土结构1的尺寸与形状进行确定；图中，d 是压电陶瓷3的水平间距，h是压电陶瓷3的垂直间距。
[0051] 4)阻抗分析仪4
[0052]阻抗分析仪4是一种通用的仪器。
[0053] 5)计算机5
[0054]是一种通用的计算机。
[0055] 3、工作机理
[0056] 本发明是利用压电阻抗效应来检测纤维增强复合材料加固混凝土结构结合面松 动情况。当纤维增强复合材料2与混凝土结构1的结合面出现松动后，结构的电导纳和谐振 频率会发生改变，并利用电导纳的均方根值来表征纤维增强复合材料与混凝土结构结合的 松动情况，电导纳均方根值表示为：
[0058] 式中：
[0059] Y'k为监测状态下压电陶瓷的电导纳信号，
[0060] Yk为初始状态下压电陶瓷的电导纳信号，
[0061] N为压电陶瓷的数量，
[0062] η为电导纳信号的采集点数。
[0063]当纤维增强复合材料2与混凝土结构1表面结合面粘合完好时，电导纳的均方根值 趋近于〇;当纤维增强复合材料2与混凝土结构1表面结合面部分脱落或完全脱落时，电导纳 均方根值均会有一个明显的增大，其均方根值的变化可反映纤维增强复合材料1与混凝土 结2表面粘合情况。
【主权项】
1. 一种纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统，包括被测对象混凝 土结构（1)和纤维增强复合材料(2); 其特征在于： 设置有压电陶瓷(3)、阻抗分析仪(4)和计算机(5); 在混凝土结构（1)和纤维增强复合材料(2)的结合面设置有压电陶瓷(3); 压电陶瓷(3)、阻抗分析仪(4)和计算机(5)依次连接。2. 按权利要求1所述的结合面松动监测系统的监测方法，其特征在于包括下列步骤： ① 测试激励频段的选择 对于初始状态下的待测系统，利用阻抗分析仪首先对系统中预先布置的压电陶瓷施加 一个较大范围的扫频激励，并采集在此激励频率范围下的压电陶瓷的电导纳信号，而后从 中挑选出其导纳信号峰值所在频段，此频段即为针对该待测系统的阻抗测试频段； ② 初始状态系统电导纳信号采集 当通过步骤①确定被测系统的导纳测试频段后，利用阻抗分析仪在此测试频段内对被 测系统的压电陶瓷施加扫频激励，采集此时激励频段内压电陶瓷的电导纳信号，将其作为 被测系统初始状态下压电陶瓷的电导纳信号Y k; ③ 待测状态系统电导纳信号采集 针对被测系统的某一时刻，利用阻抗分析仪在同样测试频段内对压电陶瓷传感器进行 扫频激励，采集此时系统中压电陶瓷传感器的电导纳信号，作为被测系统此监测状态下的 压电陶瓷电导纳信号Yk'； ④ 系统松动监测指数求取 当被测系统初始状态和某一时刻监测状态下的压电陶瓷传感器的电导纳信号Yk和Yk' 分别采集得到后，求取两种状态下的电导纳均方根值RMSD，作为步骤③中此监测状态下的 被测系统的结构松动指数； ⑤ 系统松动状态监测 重复步骤③和④，求取被测系统不同时刻不同监测状态下的松动指数RMSD，当被测系 统中纤维增强复合材料与混凝土结构结合没有出现松动时，RMSD趋于0,而一旦被测系统结 构结合出现松动，RMSD会出现一个比较明显的改变，此时即可认定被测系统纤维增强复合 材料与混凝土结构出现了结合松动。
【文档编号】G01N27/02GK106093128SQ201610604770
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月28日 公开号201610604770.6, CN 106093128 A, CN 106093128A, CN 201610604770, CN-A-106093128, CN106093128 A, CN106093128A, CN201610604770, CN201610604770.6
【发明人】冯谦, 宋钢兵, 王浩
【申请人】中国地震局地震研究所, 武汉地震工程研究院有限公司