[發明專利]基于長度變形型PZT的FRP筋界面剪應力監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410066502.4
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103792031A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 蔣田勇;宋鋼兵;安磊;肖華凌
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G06F19/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及FRP筋界面剪應力狀況的監測領域,特別是一種基于長度變形型PZT的FRP筋界面剪應力監測裝置及方法。

背景技術

FRP筋作為主要承受拉力的構件，其中筋材界面剪應力可削弱構件的受力性能。目前，主要在筋材表面被測點粘貼電阻應變片測量構件剪應力。然而，應變片粘貼面積較大而且對操作人員的技術水平有較高要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基于長度變形型PZT的FRP筋界面剪應力監測裝置及方法，快速監測FRP筋界面剪應力狀況，精確地確定FRP筋界面剪應力大小。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于長度變形型PZT的FRP筋界面剪應力監測裝置，在FRP筋材外覆蓋混凝土，在所述混凝土內的FRP筋材表面沿埋長方向固定多個用作壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片和多個用作驅動器的壓電陶瓷片；所有壓電陶瓷片上均涂有防水層，且所有壓電陶瓷片與所述FRP筋材之間均設有絕緣層；所述多個用作壓電陶瓷傳感器的壓電陶瓷片分別通過導線與高頻信號采集系統連接，所述高頻信號采集系統接入計算機；所述多個用作驅動器的壓電陶瓷片均與任意信號函數發生器連接。

本發明的壓電陶瓷為長度變形型。該類型PZT極化方向為垂直其表面，當PZT受到電壓發生改變時，其將產生沿長度方向的軸向振動形變。

所述多個用作驅動器的壓電陶瓷片與所述任意信號函數發生器之間連接有高壓放大器。

所述絕緣層為一層均勻的環氧樹脂絕緣層，且所述絕緣層厚度為0.08～0.12mm。

所述任意信號函數發生器產生的信號的頻率為500Hz～10KHz。

本發明提供了一種FRP筋界面壓電陶瓷傳感器的制作方法，該方法為：

1）用無水酒精將壓電陶瓷片的表面清潔干凈,靜置，待壓電陶瓷片自然干燥后，在壓電陶瓷片上焊接導線；

2）對FRP筋表面預粘貼處進行打磨光滑處理，在打磨光滑后的預粘貼處均勻涂上環氧樹脂絕緣層；

3）將經步驟1）處理后的壓電陶瓷片粘貼在FRP筋表面上，引出導線；

4）使用防水層對粘貼穩定后的壓電陶瓷片進行封裝，封裝后在室溫環境下固化一天。

本發明還提供了一種利用上述監測裝置監測FRP筋界面剪應力的方法，該方法為：

1）計算壓電陶瓷片表面產生的電荷量Q_z：

Qz=d31E1ϵ~xAe;]]>

其中，為壓電陶瓷片的平均軸向應變；d₃₁為壓電應變常數；E₁為壓電陶瓷片的彈性模量；A_e為壓電陶瓷片表面積，單位為mm²；

2）計算壓電陶瓷片兩極板上的輸出電壓V：

V=QzCp=d31E1ϵ~xAeCp;]]>

其中，C_p為壓電陶瓷片兩極板間的電容量；

3）計算壓電陶瓷片的平均軸向應變