加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混凝土及鋼筋等加固結(jié)構(gòu)的監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕、施工方便等特點，在混凝土及鋼結(jié)構(gòu)加固修復(fù)中已得到廣泛應(yīng)用。碳纖維剝離破壞是指碳纖維片材與混凝土或者鋼材之間的粘結(jié)遭到破壞而產(chǎn)生的一種危險的脆性剪切破壞，這種破壞會導(dǎo)致加固結(jié)構(gòu)局部發(fā)生承載力突然降低而使加固結(jié)構(gòu)整體發(fā)生破壞及失效。
[0003]目前，對加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警的方法，多為利用光纖光柵傳感器對加固結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)變的量測，這種測量方法直觀、簡單，但是由于成本原因，無法對各個構(gòu)件都進(jìn)行損傷檢測，因此，此種方法無法準(zhǔn)確給出損傷的位置，甚至造成損傷的漏判，留下安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種利用剪切型壓電陶瓷監(jiān)測加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)及方法，能夠有效地解決加固結(jié)構(gòu)由于碳纖維剝離造成的損傷監(jiān)測定位不準(zhǔn)、成本高的問題，易于在碳纖維加固結(jié)構(gòu)中大量推廣使用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括信號采集系統(tǒng)和若干個傳感器封裝體，若干個所述傳感器封裝體嵌設(shè)于加固結(jié)構(gòu)中碳纖維的連接面處；所述傳感器封裝體包括包封材料和設(shè)于所述包封材料內(nèi)的剪切型壓電陶瓷傳感器，所述壓電陶瓷傳感器與所述信號采集系統(tǒng)相連接；所述壓電陶瓷傳感器能夠產(chǎn)生對應(yīng)其上碳纖維剝離作用力的電荷脈沖信號，并傳輸給所述信號采集系統(tǒng)；所述信號采集系統(tǒng)能夠根據(jù)接收到的各壓電陶瓷傳感器的電荷脈沖信號，分析處理做出是否發(fā)生了碳纖維剝離及是否發(fā)出警報的判斷。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷傳感器的敏感元件為壓電陶瓷片；所述包封材料包括兩塊面積大于所述壓電陶瓷片的玻璃纖維板，所述壓電陶瓷片夾持于兩塊所述玻璃纖維板的中部，所述壓電陶瓷片四周、兩塊玻璃纖維板之間填充有環(huán)氧樹脂。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷片呈方形，面積為Icm2;所述玻璃纖維板呈方形，面積為2cm2，且長寬比與所述壓電陶瓷片相同，厚度為2mm。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有顯示報警裝置，所述顯示報警裝置與所述信號分析系統(tǒng)相連接。
[0010]一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警方法，包括如下步驟:
[0011]a.傳感器封裝，
[0012]制作若干個傳感器封裝體，每個傳感器封裝體包括包封材料和設(shè)于所述包封材料內(nèi)的剪切型壓電陶瓷傳感器；
[0013]b.傳感器測點的優(yōu)化布置，
[0014]對加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力初步分析，找出加固結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生碳纖維剝離破壞的區(qū)域，在容易發(fā)生碳纖維剝離破壞的區(qū)域布置傳感器封裝體陣列；
[0015]c.采集由于碳纖維剝離產(chǎn)生的電荷脈沖信號，
[0016]將各個傳感器封裝體與一信號采集系統(tǒng)相連，利用壓電陶瓷傳感器采集加固結(jié)構(gòu)中由于碳纖維剝離產(chǎn)生的電荷脈沖信號；
[0017]d.噪聲前處理及信號分析，
[0018]信號采集系統(tǒng)設(shè)置開始采集信號幅值的門檻值及相應(yīng)的觸發(fā)機(jī)制，使超過設(shè)定門檻幅值的電荷脈沖信號觸發(fā)信號采集系統(tǒng)，同時開始電荷脈沖信號采集，使小于設(shè)定門檻值的噪聲信號無法觸發(fā)信號采集系統(tǒng)，不予采集；
[0019]e.損傷的定位及預(yù)警，
[0020]信號采集系統(tǒng)設(shè)置碳纖維連接面的抗剪強(qiáng)度，分析處理采集到的電荷脈沖信號，利用損傷發(fā)生于產(chǎn)生電荷脈沖信號傳感器封裝體的周圍，判斷該電荷脈沖信號是否超過了碳纖維連接面的抗剪強(qiáng)度；如果超過了碳纖維連接面的抗剪強(qiáng)度，則認(rèn)為該傳感器封裝體處發(fā)生了碳纖維剝離，進(jìn)行報警。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷傳感器的敏感元件為壓電陶瓷片；所述包封材料包括兩塊面積大于所述壓電陶瓷片的玻璃纖維板，所述壓電陶瓷片夾持于兩塊所述玻璃纖維板的中部，所述壓電陶瓷片四周、兩塊玻璃纖維板之間填充有環(huán)氧樹脂。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電陶瓷片呈方形，面積為Icm2;所述玻璃纖維板呈方形，面積為2cm2，且長寬比與所述壓電陶瓷片相同，厚度為2mm。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)有顯示報警裝置，利用該顯示報警裝置顯示發(fā)生碳纖維剝離的位置和各個傳感器封裝體的工作狀態(tài)，并在發(fā)生碳纖維剝離時進(jìn)行報警。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025]本發(fā)明提供了一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過將壓電陶瓷傳感器包封在包封材料內(nèi)形成傳感器封裝體，可以解決壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片質(zhì)脆，防水性差的問題，且壓電陶瓷傳感器相對現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵傳感器具有成本較低顯著優(yōu)勢。通過將若干個傳感器封裝體嵌設(shè)于碳纖維的連接面處，可以利用壓電陶瓷傳感器對碳纖維的連接面進(jìn)行實時監(jiān)測；通過信號采集系統(tǒng)連接各個傳感器封裝體，可以結(jié)合加固材料的破壞強(qiáng)度，進(jìn)行碳纖維剝離損傷的判斷、定位，從而實現(xiàn)利用壓電陶瓷傳感器對加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行碳纖維剝離破壞的監(jiān)測及預(yù)警，因此，本發(fā)明能夠有效地解決碳纖維加固結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測定位不準(zhǔn)、成本高的問題，易于在碳纖維加固結(jié)構(gòu)中大量推廣使用。
[0026]本發(fā)明提供了一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警方法，首先，根據(jù)加固結(jié)構(gòu)中易發(fā)生損傷的位置，在加固結(jié)構(gòu)與碳纖維的連接面處粘貼傳感器封裝體，當(dāng)碳纖維發(fā)生剝離時，傳感器封裝體中壓電陶瓷片會產(chǎn)生電荷脈沖信號，并由信號采集系統(tǒng)采集得到，針對嗓聲干擾設(shè)計信號采集系統(tǒng)的采樣門檻觸發(fā)值，將幅值較小的噪聲屏蔽，只采集發(fā)生損傷時較大幅值的信號，對傳感器封裝體陣列輸出的電荷脈沖信號進(jìn)行分析，判斷該電荷脈沖信號如果超過了碳纖維與膠層連接面的抗剪強(qiáng)度，則認(rèn)為發(fā)生了碳纖維剝離，此時進(jìn)行報警；最終實現(xiàn)損傷的定位及預(yù)警。本發(fā)明對加固結(jié)構(gòu)容易發(fā)生碳纖維剝離的剪切破壞進(jìn)行損傷定位及預(yù)警，將有效減少事故發(fā)生及人員傷亡。本發(fā)明相比其它監(jiān)測方法，可靠穩(wěn)定，成本低，易于實施，適用于量大面廣的土木工程加固的工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明中傳感器封裝體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警方法的工作原理圖；
[0030]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0031]I一一信號采集系統(tǒng)2—一傳感器封裝體
[0032]21——包封材料211——玻璃纖維板
[0033]212 環(huán)氧樹脂22 壓電陶瓷傳感器
[0034]221--壓電陶瓷片3--加固結(jié)構(gòu)
[0035]4一一碳纖維5—一顯示報警裝置
【具體實施方式】
[0036]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]如圖1所示，一種加固結(jié)構(gòu)中碳纖維剝離的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，包括信號采集系統(tǒng)I和若干個傳感器封裝體2，若干個所述傳感器封裝體嵌設(shè)于加固結(jié)構(gòu)3中碳纖維4的連接面處；所述傳感器封裝體包括包封材料21和設(shè)于所述包封材料內(nèi)的剪切型壓電陶瓷傳感器22，所述壓電陶瓷傳感器與所述信號采集系統(tǒng)相連接；所述壓電陶瓷傳感器能夠產(chǎn)生對應(yīng)其上碳纖維剝離作用力的電荷脈沖信號，并傳輸給所述信號采集系統(tǒng)；所述信號采集系統(tǒng)能夠根據(jù)接收到的各壓電陶瓷傳感器的電荷脈沖信號，分析處理做出是否發(fā)生了碳纖維剝離及是否發(fā)出警報的判斷。這樣，通過將壓電陶瓷傳感器包封在包封材料內(nèi)形成傳感器封裝體，可以解決壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片質(zhì)脆，防水性差的問題，且壓電陶瓷傳感器相對現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵傳感器具有成本較低顯著優(yōu)勢。通過將若干個傳感器封裝體嵌設(shè)于碳纖維的連接面處，可以利用壓電陶瓷傳感器對碳纖維的連接面進(jìn)行實時監(jiān)測；通過信號采集系統(tǒng)連接各個傳感器封裝體，可以結(jié)合加固材料的破壞強(qiáng)度，進(jìn)行碳纖維剝離損傷的判斷、定位，從而實現(xiàn)利用壓電陶瓷傳感器對加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行碳纖維剝離破壞的監(jiān)測及預(yù)警，因此，本發(fā)明能夠有效地解決碳纖維加固結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測定位不準(zhǔn)、成本高的問題，易于在碳纖維加固結(jié)構(gòu)中大量推廣使用。
[0038]優(yōu)選的，參見圖2，所述壓電陶瓷傳感器的敏感元件為壓電陶瓷片221 ;所述包封材料包括兩塊面積大于所述壓電陶瓷片221的玻璃纖維板211，所述壓電陶瓷片夾持于兩塊所述玻璃纖維板的中部