[發(fā)明專利]在役結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力原位檢測系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103557973A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張奔牛;鄭博仁
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L1/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼筋的應(yīng)力檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于單線鐵磁材料中慢速電磁波傳輸特性的在役結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力原位檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有性能好、重量輕等優(yōu)點(diǎn)已成為如橋梁、大壩等建筑結(jié)構(gòu)的首選手段。預(yù)應(yīng)力梁承重性決定了這些結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)預(yù)應(yīng)力也是外化損傷的內(nèi)驅(qū)力，如由于內(nèi)部應(yīng)力變化，使得橋梁開裂，撓度變大甚至斷裂坍塌等，實(shí)時(shí)檢測橋梁等結(jié)構(gòu)中鋼筋的內(nèi)在應(yīng)力就變得特別重要，它能具體了解和實(shí)時(shí)監(jiān)測其內(nèi)在預(yù)應(yīng)力損失，感知橋梁內(nèi)在性能，也是長期監(jiān)測橋梁監(jiān)測健康狀況的重要手段。

目前檢測和監(jiān)測應(yīng)力的主要技術(shù)有聲傳感器技術(shù)、磁通量技術(shù)、微壓痕技術(shù)以及光纖傳感器技術(shù)等。聲傳感陣列檢測利用超聲波信號在材料中發(fā)射、衍射過程中出現(xiàn)的傳播速度、幅度、頻譜等變化，測試獲得結(jié)構(gòu)應(yīng)力、損傷等狀或利用聲檢測陣列元件拾取材料變化時(shí)產(chǎn)生的特征聲信息，確定聲源位置、大小，進(jìn)而確定預(yù)應(yīng)力束銹蝕與斷絲等，但是，聲陣列在測試精度上存在一定的問題，在實(shí)際測試時(shí)存在較大的難度，距離工程實(shí)際還有較大差距。壓痕陣列檢測使用顯微光學(xué)成像、電磁測深、力-位移檢測等手段，通過在微細(xì)剛性材料陣列壓入受測材料時(shí)，測定受測材料對微納陣列壓入的抵抗能力及反應(yīng)情況，確定受測材料各種力學(xué)性質(zhì)。但在預(yù)應(yīng)力鋼筋千兆帕級受力狀態(tài)下確定應(yīng)力狀態(tài)的壓痕測試方法及檢測理論嘗無確定結(jié)果，并且在測試過程中對結(jié)構(gòu)有一定的損傷。光纖傳感技術(shù)采用在建造預(yù)應(yīng)力梁時(shí)把布拉格光柵傳感器預(yù)埋進(jìn)預(yù)應(yīng)力仝內(nèi)部的方法來實(shí)現(xiàn)其檢測功能，該方法在橋梁建設(shè)初期能很好的檢測其橋梁的應(yīng)力變化，但隨著時(shí)間的推移，其傳感器老化加劇，測量的準(zhǔn)確性便會產(chǎn)生很大的變化；另外如果傳感器損壞，幾乎不能進(jìn)行更換和維修，同時(shí)由于傳感器建造在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，會對結(jié)構(gòu)體的一些特性形成破壞，這也增加了檢測結(jié)果的不確定性。鋼材在施工或使用過程中，其材性或受力狀態(tài)的變化必將導(dǎo)致其內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使其電磁效應(yīng)發(fā)生改變，利用鋼材的電磁效應(yīng)就可研究其實(shí)時(shí)應(yīng)力分布及損傷等與其電磁特性變化的一般規(guī)律。關(guān)于鐵磁構(gòu)件損傷和應(yīng)力的磁性無損檢測，目前取得了可信的研究成果，但這些研究集中在航空航天、機(jī)械、石油等領(lǐng)域，主要是針對均質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)鐵磁構(gòu)建損傷和應(yīng)力的磁性無損定性檢測，而在土木工程、橋梁工程領(lǐng)域，針對多股鋼絞線總體損傷和內(nèi)力分布的電磁無損檢測，研究甚少；另外當(dāng)前的拉索傾向去采用鋼保護(hù)套，這樣磁場穿透變差，測試效果變壞;同時(shí)該方法對于混凝土預(yù)應(yīng)力鋼梁中鋼筋受力，因體積過大無法加載磁性選全而無法采用;再次，對于在役預(yù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試,因結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝在指定位置，磁性線圈同樣無法加載而不能使用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種利用磁性材料的磁導(dǎo)率與受力具有直接的關(guān)系這一物理現(xiàn)象而提出的一種全新的基于單線磁性材料中電磁波在鋼筋上傳播形成駐波的特性來實(shí)現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力進(jìn)行直接檢測的檢測系統(tǒng)及檢測方法。

本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，在役結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力原位檢測系統(tǒng)，包括：可調(diào)信號源單元，與預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸入端連接，用于輸出不同頻率和相位的電磁波，以滿足不同長度不同粗細(xì)的預(yù)應(yīng)力鋼筋的阻抗要求；高輸入阻抗單元，與預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸出端連接，使鋼筋等效為開路狀態(tài)；峰值檢波單元，連接在高輸入阻抗單元的輸出端處，用于提取出輸出端的駐波峰值電壓；A/D轉(zhuǎn)換電路，將峰值檢波單元輸出的駐波峰值電壓轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；電壓測試處理顯示單元，把對應(yīng)的電壓值等效顯示成具體的受力大小；系統(tǒng)參數(shù)輸入單元，與電壓測試處理顯示單元連接，把對應(yīng)的鋼筋的物理尺寸與電參數(shù)輸入電壓測試處理顯示單元，用于計(jì)算獲得鋼筋所受應(yīng)力。

進(jìn)一步，所述電參數(shù)包括半徑大小、鋼筋的材料混合比例以及相因的未受力的節(jié)點(diǎn)常數(shù)、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。

進(jìn)一步，該檢測系統(tǒng)還包括放大單元，所述放大單元用于放大可調(diào)信號源單元輸出的信號并將可調(diào)信號單元輸出的信號導(dǎo)入到預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸入端。

進(jìn)一步，該檢測系統(tǒng)還包括阻抗匹配單元，所述阻抗匹配單元的輸入端與放大單元的輸出端連接，阻抗匹配單元的輸出端與預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸入端連接，用于使電磁波在預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸入端不發(fā)生反射。

進(jìn)一步，預(yù)應(yīng)力鋼筋的輸入端不發(fā)生反射包括信號源到鋼筋上，以及鋼筋輸出端反射回來的信號不再發(fā)生反射。

本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，使用在役結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力原位檢測系統(tǒng)進(jìn)行原位檢測的檢測方法，具體包括以下步驟：

S1:基本校驗(yàn)與標(biāo)定；

S11將阻抗匹配單元與鋼筋的一端連接，將高輸入阻抗單元與鋼筋的另一端連接；