一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)，包括振動(dòng)臺(tái)（1）、波形發(fā)生器（2）、驅(qū)動(dòng)器（3）、傳感器（4）、數(shù)字化采集器（5）、數(shù)字濾波器（6）、待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體（7）以及多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)（8）；本實(shí)用新型對(duì)實(shí)現(xiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)具有重要意義，具有精度高、布設(shè)簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)成本低、工作效率高、工程適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特設(shè)計(jì)的多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)可一次進(jìn)行多組試驗(yàn)且可重復(fù)使用，并極大地提高了動(dòng)荷載試驗(yàn)的效率以及準(zhǔn)確性。
【專利說(shuō)明】一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)，屬于物料測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]裂縫是水工混凝土結(jié)構(gòu)老化和病變的主要反應(yīng)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害很大。其是水工混凝土結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的損傷病變，其產(chǎn)生和發(fā)展是結(jié)構(gòu)功能衰退的重要特征之一，對(duì)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性、耐久性、承載能力等具有重要影響，甚至?xí)鸾Y(jié)構(gòu)破壞失事。對(duì)于裂縫損傷的有效識(shí)別是水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和診斷的一項(xiàng)重要內(nèi)容，急切需要成熟的新材料及新技術(shù)的引入，達(dá)到對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷的實(shí)時(shí)、高效及準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)及控制。
[0003]壓電陶瓷傳感器具有頻響范圍寬、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，由其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠靈敏的感應(yīng)監(jiān)測(cè)到結(jié)構(gòu)損傷的存在和強(qiáng)度的變化情況。在水工混凝土結(jié)構(gòu)健康主動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，被作為傳感器和驅(qū)動(dòng)器，在一定程度上削弱了外界環(huán)境變化對(duì)壓電陶瓷片的影響，可以延長(zhǎng)壓電陶瓷片的使用壽命，保證結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的有效性和長(zhǎng)期性。
[0004]由于混凝土裂縫損傷的復(fù)雜性，確定損傷的敏感頻率非常困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]發(fā)明目的:本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供的一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)。
[0006]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，信號(hào)的幅值是對(duì)混凝土強(qiáng)度較為敏感的參數(shù)，故信號(hào)幅值可以作為損傷識(shí)別的重要特征參量；混凝土裂縫損傷給信號(hào)主頻帶來(lái)的影響較小，但變化時(shí)信號(hào)幅值的衰減程度具有明顯的影響，說(shuō)明信號(hào)主頻是影響信號(hào)對(duì)損傷敏感性的重要因素；建議采用掃頻信號(hào)作為損傷監(jiān)測(cè)信號(hào)，掃頻信號(hào)頻率具有一定的變化范圍，有助于提高信號(hào)對(duì)損傷的敏感性。
[0007]基于上述研究的啟發(fā)，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)損傷的動(dòng)荷載試驗(yàn)，通過(guò)在混凝土模型中成對(duì)埋設(shè)的混凝土壓電陶瓷機(jī)敏模塊(CPSM, Concrete PZT Smart Module),可以實(shí)現(xiàn)上述發(fā)現(xiàn)；
[0008]在長(zhǎng)久的試驗(yàn)過(guò)程中，提供動(dòng)荷載的振動(dòng)臺(tái)不能很好地滿足水工混凝土動(dòng)荷載試驗(yàn)的需求，基于其實(shí)際應(yīng)用的不足，研發(fā)了一種多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)，本承臺(tái)主要是用來(lái)連接水工混凝土試件與不同尺寸的振動(dòng)臺(tái)，其可以一次完成多組試驗(yàn)，且可自由拆卸，重復(fù)使用，提高了試驗(yàn)效率、增強(qiáng)了對(duì)比試驗(yàn)分析效果；極大避免了由于將試件粘貼到平臺(tái)上的操作所帶來(lái)的一系列的問(wèn)題，提高了試驗(yàn)精度。
[0009]技術(shù)方案:本實(shí)用新型的水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)，包括振動(dòng)臺(tái)、波形發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、數(shù)字化采集器、數(shù)字濾波器、待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體以及多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)；所述待測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)體通過(guò)多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)連接到振動(dòng)臺(tái)；所述驅(qū)動(dòng)器和傳感器均為壓電陶瓷機(jī)敏模塊，所述驅(qū)動(dòng)器和所述傳感器分別埋入或粘貼在待測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)體的兩端；所述壓電陶瓷機(jī)敏模塊包括壓電陶瓷片、硫化硅橡膠層、信號(hào)線和外包混凝土，所述硫化硅橡膠層包覆在所述壓電陶瓷片的外圍，包覆有硫化硅橡膠層的壓電陶瓷片埋入在外包混凝土中；所述信號(hào)線的一端焊接在壓電陶瓷片上，另一端穿過(guò)外包混凝土。
[0010]作為優(yōu)選，所述多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)包括承臺(tái)，所述承臺(tái)的底部具有掐扣用槽，所述掐扣用槽內(nèi)卡裝有底端固定掐扣；所述承臺(tái)的頂部具有固定鋼板用槽，所述固定鋼板用槽內(nèi)嵌入有工字型固定鋼板，所述活動(dòng)鋼板平臺(tái)通過(guò)豎向固定裝置和水平向固定裝置固定安裝于工字型固定鋼板的工字形凹口內(nèi)。
[0011]壓電陶瓷片為一種人工制作的壓電材料，為鐵電體一類的物質(zhì)；壓電陶瓷片的混凝土包層，其主要由水泥砂漿構(gòu)成；信號(hào)線，一般是待壓電陶瓷片的表面干燥后焊接而上的；單組分硫化硅橡膠質(zhì)地柔軟，防水性好，且能夠較好的避免壓電陶瓷片埋入混凝土中可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，考慮到壓電陶瓷片自身材質(zhì)較脆，一般在壓電陶瓷片外圍覆蓋一層單組分硫化硅橡膠以達(dá)到保護(hù)埋入混凝土中的壓電陶瓷片的效果；應(yīng)力、位移從壓電陶瓷片向外層混凝土傳遞過(guò)程中沿極化方向上呈圓形等勢(shì)面，所以壓電陶瓷機(jī)敏模塊對(duì)的體型一般可以使用圓柱體。
[0012]利用壓電陶瓷片作為主要傳感器元件的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與診斷中，基于本體結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)結(jié)合方式有兩種，粘貼式和埋入式。具體采用何種方式主要取決于本體結(jié)構(gòu)的材料特點(diǎn)及所采用的監(jiān)測(cè)模式等。前一種方法是對(duì)壓電陶瓷機(jī)敏模塊與結(jié)構(gòu)接觸部位打磨和擦拭處理后，將壓電陶瓷機(jī)敏模塊直接粘貼在結(jié)構(gòu)表面。后一種方法是將壓電陶瓷機(jī)敏模塊埋置在本體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，故可在一定程度上削弱溫度、濕度等外界環(huán)境變化對(duì)壓電陶瓷機(jī)敏模塊的影響，壓電陶瓷機(jī)敏模塊的有效封裝是采取埋入式結(jié)合方式特別需要重視的關(guān)鍵技術(shù)。
[0013]基于壓電陶瓷的基本特性及工程實(shí)際情況，壓電陶瓷機(jī)敏模塊的制作流程為:①選擇壓電陶瓷片。由于壓電陶瓷機(jī)敏模塊需要兼有發(fā)射和接收超聲信號(hào)的能力，所以選擇壓電陶瓷片時(shí)須考慮發(fā)射功率和敏感性等因素切割陶瓷片。利用玻璃刀將壓電陶瓷片切割成固定規(guī)格的小壓電陶瓷片，并且用酒精除去表面的氧化膜焊接信號(hào)線及保護(hù)壓電陶瓷片。待表面干燥后焊接導(dǎo)線，在其外圍覆蓋一層單組分硫化硅橡膠達(dá)到保護(hù)埋入混凝土中的壓電陶瓷片用水泥砂漿進(jìn)行機(jī)敏模塊的澆筑。
[0014]本承臺(tái)可以與室內(nèi)不同尺寸的振動(dòng)臺(tái)相連接，獨(dú)特設(shè)計(jì)的工字型固定鋼板，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了一次可同時(shí)進(jìn)行多組動(dòng)荷載試驗(yàn)的效果，而且可以極大地避免了以前試驗(yàn)過(guò)程中需要將試件粘接到振動(dòng)臺(tái)等弊端，大大地提高了試驗(yàn)效率，增強(qiáng)了試驗(yàn)分析的真實(shí)性以及可靠性。
[0015]使用時(shí)，利用上述水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷主動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的基本步驟為:
[0016](I)確定一次試驗(yàn)所需的試件個(gè)數(shù)，其直接決定著需要配置工字型固定鋼板的個(gè)數(shù)，其中兩個(gè)工字型固定鋼板之間固定一個(gè)水工混凝土試件，承臺(tái)上標(biāo)示有刻度，可以根據(jù)其標(biāo)距的長(zhǎng)度來(lái)確定工字型固定鋼板的安置位置。
[0017](2)將底端固定掐扣放置于掐扣用槽中，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)實(shí)際尺寸，拉動(dòng)底端固定掐扣將承臺(tái)固定于振動(dòng)臺(tái)面上，根據(jù)上述步驟所確定的試件個(gè)數(shù)來(lái)安置工字型固定鋼板，并將其放置于固定鋼板用槽中，然后將水工混凝土試件放置于工字型固定鋼板之間，使用水平螺栓以及水平螺栓帽將其水平固定。
[0018](3)使用豎向螺栓將水平連桿固定于承臺(tái)與活動(dòng)鋼板平臺(tái)之間，對(duì)水工混凝土試件實(shí)現(xiàn)豎向固定。
[0019](4)波形發(fā)生器發(fā)射正弦掃頻激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)壓電陶瓷機(jī)敏模塊驅(qū)動(dòng)器發(fā)射應(yīng)力波信號(hào)；應(yīng)力波信號(hào)在待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體中傳播，被設(shè)置在待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體中的壓電陶瓷機(jī)敏模塊傳感器接收，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)水工混凝土動(dòng)荷載的試驗(yàn)過(guò)程。
[0020]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:本實(shí)用新型可以利用混凝土壓電陶瓷機(jī)敏模塊(CPSM)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和診斷，并且本實(shí)用新型基于水工混凝土動(dòng)荷載試驗(yàn)中振動(dòng)臺(tái)裝置的缺陷之處，而特殊研制的多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)，其可以一次完成多組試驗(yàn)，且可以重復(fù)多次進(jìn)行，大大克服了實(shí)際試驗(yàn)中振動(dòng)試驗(yàn)的一些弊端，極大地?cái)U(kuò)寬了動(dòng)荷載試驗(yàn)的使用范圍，提高了試驗(yàn)效率以及準(zhǔn)確性；并且本實(shí)用新型基于水工結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和診斷的應(yīng)用環(huán)境及特點(diǎn)，確定了混凝土壓電陶瓷機(jī)敏模塊的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程，對(duì)壓電陶瓷片防護(hù)措施、外包材料組成和澆筑等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究。
[0021]進(jìn)而，最終設(shè)計(jì)了一套基于壓電陶瓷機(jī)敏模塊的混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有重要理論及實(shí)際意義。本實(shí)用新型的測(cè)試平臺(tái)對(duì)實(shí)現(xiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)具有重要意義，壓電陶瓷材料具有響應(yīng)快、主動(dòng)傳感、應(yīng)用簡(jiǎn)單、可以制成不同類形狀以及價(jià)格便宜的特點(diǎn)，多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)可以有效提高動(dòng)荷載試驗(yàn)各項(xiàng)效果，使得本測(cè)試平臺(tái)具有精度高、布設(shè)簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)成本低、工作效率高、工程適用性強(qiáng)等大量?jī)?yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)組成圖；
[0023]圖2為圖1中多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為圖2中承臺(tái)與活動(dòng)鋼板平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為圖2中工字型固定鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為圖2中底端固定掐扣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為圖2中水平向固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7為用于動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)健康診斷的dSPACE仿真模型圖；
[0029]圖8為重力壩模型試件幾何參數(shù)及CPSM布置示意圖；
[0030]圖9為CPSM的基本組成示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0032]實(shí)施例1:本實(shí)用新型裝置水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示，包括振動(dòng)臺(tái)1、波形發(fā)生器2、驅(qū)動(dòng)器3、傳感器4、數(shù)字化采集器5、數(shù)字濾波器6、被測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體7、多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)8 ;被測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體7設(shè)置在振動(dòng)臺(tái)I上，待測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)體7通過(guò)多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)8連接到振動(dòng)臺(tái)I上。
[0033]如圖2所示，多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)8包括承臺(tái)8-6，承臺(tái)8_6的底部具有掐扣用槽8-7，掐扣用槽8-7內(nèi)卡裝有底端固定掐扣8-3 ;承臺(tái)8-6的頂部具有固定鋼板用槽8-8，固定鋼板用槽8-8內(nèi)嵌入有工字型固定鋼板8-2，活動(dòng)鋼板平臺(tái)8-1通過(guò)豎向固定裝置8-4和水平向固定裝置8-5固定安裝于工字型固定鋼板8-2的工字形凹口內(nèi)。
[0034]如圖3所示，承臺(tái)8-6的上部開(kāi)有固定鋼板用槽8-8，下部留有掐扣用槽8_7，固定鋼板用槽8-8中還包含活動(dòng)鋼板平臺(tái)8-1。
[0035]如圖4所示，豎向螺栓8-4-1通過(guò)水平連桿8-4-2來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工字型固定鋼板8_2的豎向固定，且每一個(gè)工字型固定鋼板8-2對(duì)應(yīng)兩個(gè)豎向固定裝置8-4。
[0036]如圖5所示，底端固定掐扣8-3包括T型的連接部與連接于底部的L形固定部，在固定部上安裝有固定螺栓8-3-2，固定螺栓8-3-2的上方具有固定圓餅8-3-1。
[0037]如圖6所示，水平向固定裝置8-5主要通過(guò)水平螺栓8-5-1以及水平螺栓帽8_5_2來(lái)實(shí)現(xiàn)水平向固定的功能。
[0038]如圖7所示，其為通過(guò)MATLAB/Simulink建立的仿真模型，圖中MUX ADC為RTI模塊。
[0039]如圖8所示，在重力壩模型的壩踵和壩趾附近成對(duì)的預(yù)埋設(shè)壓電陶瓷機(jī)敏模塊，其中 ΡΖΤ-1-1、ΡΖΤ-2-1 為驅(qū)動(dòng)器，ΡΖΤ-1-2、ΡΖΤ-2-2 為傳感器。
[0040]如圖9所示，壓電陶瓷片10外圍包裹硫化硅橡膠層12，其埋入在外包混凝土 9中，在壓電陶瓷機(jī)敏模塊中，信號(hào)線11的一端焊接在壓電陶瓷片10上，另一端穿過(guò)外包混凝土90
[0041]測(cè)試時(shí)，將工字型固定鋼板8-2放置于固定鋼板用槽8-8中，兩個(gè)工字型固定鋼板8-2之間放置水工混凝土試件，使用水平螺栓8-5-1以及水平螺栓帽8-5-2將其水平固定，使用豎向螺栓8-4-1將水平連桿8-4-2固定于承臺(tái)8-6與活動(dòng)鋼板平臺(tái)8_1之間，對(duì)水工混凝土試件7實(shí)現(xiàn)豎向固定；波形發(fā)生器2對(duì)驅(qū)動(dòng)器3發(fā)出掃頻信號(hào)后，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器3產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在被測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體7中傳播被傳感器4接收，應(yīng)力波信號(hào)依次再經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器6、數(shù)字化采集器5 ;驅(qū)動(dòng)器3和傳感器4均為壓電陶瓷機(jī)敏模塊，驅(qū)動(dòng)器3和傳感器4分別埋入或粘貼在待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體7的兩端；壓電陶瓷機(jī)敏模塊包括壓電陶瓷片10、硫化硅橡膠層12、信號(hào)線11和外包混凝土 9，硫化硅橡膠層12包覆在壓電陶瓷片10的外圍，包覆有硫化硅橡膠層12的壓電陶瓷片10埋入在外包混凝土 9中；信號(hào)線11的一端焊接在壓電陶瓷片10上，另一端穿過(guò)外包混凝土 9與其他元器件連接。
[0042]對(duì)于待監(jiān)測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體采用重力壩模型來(lái)進(jìn)行測(cè)試，在混凝土重力壩模型中成對(duì)的埋設(shè)CPSM，振動(dòng)臺(tái)輸出信號(hào)為正弦掃頻信號(hào)；掃頻信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生器一Agilent33250A任意波形發(fā)生器；掃頻信號(hào)有一個(gè)初始頻率、結(jié)束頻率及掃頻時(shí)間等基本參數(shù)；為了保證采集的數(shù)據(jù)能夠較為精確地反映實(shí)際的信號(hào)情況，本實(shí)施例通過(guò)dSPACE采集信號(hào)的采樣頻率為最大采用頻率的10倍；濾波器采用高通濾波器，其截止頻率為120Hz，目的在于將振動(dòng)臺(tái)正弦信號(hào)和交流電的頻率過(guò)濾掉，以降低振動(dòng)臺(tái)信號(hào)對(duì)CPSM接收信號(hào)的影響。
[0043]通過(guò)上述構(gòu)建的測(cè)試裝置，該實(shí)用新型基于壓電機(jī)敏模塊的水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷測(cè)試流程如下:
[0044]步驟一、設(shè)計(jì)及制作混凝土被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)體。為了盡量減少對(duì)CPSM信號(hào)的干擾，提高CPSM的信號(hào)質(zhì)量，采用與混凝土壓電陶瓷機(jī)敏模塊相同的水灰比，本實(shí)施例中使用水:細(xì)砂:水泥=1:2.9:2.09，澆筑的混凝土重力壩模型見(jiàn)附圖8 ；
[0045]制備混凝土壓電機(jī)敏模塊:由于壓電陶瓷機(jī)敏模塊需要兼有發(fā)射和接收超聲信號(hào)的能力，故選擇壓電陶瓷片時(shí)必須考慮發(fā)射功率和敏感性等因素，本實(shí)施例中選用PCB公司的PIC151型壓電陶瓷片，利用玻璃刀將壓電陶瓷片切割成規(guī)格為長(zhǎng)度X寬度X厚度=10 mmX1 mmX Imm的小壓電陶瓷片，用酒精去除表面的氧化膜，待表面干燥后焊接導(dǎo)線，焊接完成再用酒精清洗，使用SD-5TC型號(hào)單組分硫化硅橡膠來(lái)保護(hù)埋入混凝土中的壓電陶瓷片，采用C32.5硅酸鹽水泥、細(xì)集料，以水、細(xì)集料、水泥的重量比為1:2.9:2.09的水泥砂漿進(jìn)行機(jī)敏模塊的澆筑，結(jié)構(gòu)如圖8所示。考慮到其他儀器配套以及對(duì)比分析，試驗(yàn)中將混凝土壓電陶瓷機(jī)敏模塊澆鑄成Φ 25mmX (25?30) mm的圓柱體，將壓電陶瓷機(jī)敏模塊放在水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱里養(yǎng)護(hù)28天后，壓電陶瓷機(jī)敏模塊中壓電陶瓷片外包混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可用于監(jiān)測(cè)。
[0046]步驟二、確定壓電陶瓷片與本體結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式。本實(shí)施例中將壓電陶瓷片埋置在本體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，故可在一定程度上削弱溫度、濕度等外界環(huán)境變化對(duì)壓電陶瓷片的影響，即在重力壩模型的澆筑過(guò)程中，在重力壩壩踵和壩趾附近成對(duì)的預(yù)埋設(shè)壓電陶瓷機(jī)敏模塊，如圖8所示。圖中，13表示壓電陶瓷機(jī)敏模塊(CPSM)，其中ΡΖΤ-1-1、ΡΖΤ-2-1為驅(qū)動(dòng)器，PZT-1-2、PZT-2-2 為傳感器；
[0047]步驟三、使用人造損傷的方法創(chuàng)建人工裂縫。重力壩模型的損傷模式采取人造損傷的方法，在重力壩壩踵部位人工切割出一道裂縫，此裂縫位于一對(duì)CPSM之間。試驗(yàn)中，模擬了三個(gè)深度(25mm、45mm、60mm)的裂縫,從而與健康狀態(tài)下的模型作比較。
[0048]步驟四、為了便于敘述，選取I個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)，需要配置兩個(gè)工字型固定鋼板8-2，在承臺(tái)8-6中間刻度處，在兩個(gè)工字型固定鋼板8-2之間固定該重力壩模型試件，使用水平螺栓8-5-1以及水平螺栓帽8-5-2將其水平固定，使用豎向螺栓8-4-1將水平連桿8-4-2固定于承臺(tái)8-6與活動(dòng)鋼板平臺(tái)8-1之間，對(duì)該重力壩模型試件實(shí)現(xiàn)豎向固定。
[0049]步驟五、選用壓電波動(dòng)法進(jìn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷的監(jiān)測(cè)。本實(shí)施例中分別針對(duì)結(jié)構(gòu)完整狀態(tài)和裂縫深度25mm、裂縫深度45mm、裂縫深度60mm三種損傷狀態(tài)，設(shè)定振動(dòng)臺(tái)的等效加速度(1.0gU.2g、l.4g、l.6g、l.8g和2.0)作為動(dòng)荷載，其中振動(dòng)臺(tái)輸出信號(hào)為正弦信號(hào)，頻率為10Hz ;掃頻信號(hào)通過(guò)Agilent信號(hào)發(fā)生器；掃頻信號(hào)初始頻率為150Hz、結(jié)束頻率為1000Hz、掃頻時(shí)間為10s，在1.0g等效加速度下，結(jié)構(gòu)健康、裂縫深度25mm、裂縫深度45mm、裂縫深度60mm時(shí)CPSM (PZT-1-2)接收的掃頻信號(hào)的幅值在掃頻范圍內(nèi)(15(Γ?000Ηζ)隨著發(fā)射頻率的增大而增大；為了保證采集的數(shù)據(jù)能夠較為精確地反映實(shí)際的信號(hào)情況，本實(shí)施例中通過(guò)dSPACE采集信號(hào)的采樣頻率為最大采用頻率的10倍，即采用頻率10000Hz ;濾波器采用高通濾波器，其截止頻率為120Hz，目的在于將振動(dòng)臺(tái)正弦信號(hào)和交流電的頻率過(guò)濾掉，以降低振動(dòng)臺(tái)信號(hào)對(duì)CPSM接收信號(hào)的影響。
[0050]步驟六、實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)損傷的監(jiān)測(cè)。使用Agilent33250A波形發(fā)生器產(chǎn)生掃頻正弦信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該CPSM的驅(qū)動(dòng)，另一端的CPSM用于信號(hào)的接收，用于傳感的CPSM連dSPACE的A/D接頭，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)水工混凝土的動(dòng)荷載的試驗(yàn)過(guò)程。
[0051]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括:振動(dòng)臺(tái)(I)、波形發(fā)生器(2)、驅(qū)動(dòng)器(3)、傳感器(4)、數(shù)字化采集器(5)、數(shù)字濾波器(6)、待測(cè)水工混凝土結(jié)構(gòu)體(7)以及多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)(8);所述待測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)體(7)通過(guò)多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)(8)連接到振動(dòng)臺(tái)(I);所述驅(qū)動(dòng)器(3)和傳感器(4)均為壓電陶瓷機(jī)敏模塊，所述驅(qū)動(dòng)器(3)和所述傳感器(4)分別埋入或粘貼在待測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)體(7)的兩端；所述壓電陶瓷機(jī)敏模塊包括壓電陶瓷片(10)、硫化硅橡膠層(12)、信號(hào)線(11)和外包混凝土(9)，所述硫化硅橡膠層(12)包覆在所述壓電陶瓷片(10)的外圍，包覆有硫化硅橡膠層(12)的壓電陶瓷片(10)埋入在外包混凝土(9)中；所述信號(hào)線(11)的一端焊接在壓電陶瓷片(10)上，另一端穿過(guò)外包混凝土(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水工混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于:所述多功能混凝土結(jié)構(gòu)體連接承臺(tái)(8)包括承臺(tái)(8-6)，所述承臺(tái)(8-6)的底部具有掐扣用槽(8-7)，所述掐扣用槽(8-7)內(nèi)卡裝有底端固定掐扣(8-3);所述承臺(tái)(8-6)的頂部具有固定鋼板用槽(8-8)，所述固定鋼板用槽(8-8)內(nèi)嵌入有工字型固定鋼板(8-2)，所述活動(dòng)鋼板平臺(tái)(8-1)通過(guò)豎向固定裝置(8-4)和水平向固定裝置(8-5)固定安裝于工字型固定鋼板(8-2)的工字形凹口內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK203941136SQ201420271716
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】蘇懷智, 張楠, 楊孟, 張林海 申請(qǐng)人:河海大學(xué)