[發明專利]基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統

有效

• 申請號: 202011277605.7
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112483127B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王新定;代洪波;劉坦;周毅
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;H02J7/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

1.一種基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：包括位于隧道混凝土襯砌內可調節預應力大小的壓電預應力構件(1)、位于隧道路面上將隧道路面產生的機械能轉化為電能的壓電發電裝置(2)、用于儲存電能的儲能電路(3)、用于檢測壓電預應力構件預應力大小的B組應力傳感器(4)、與B組應力傳感器相連用于監控壓電預應力構件預應力大小的預應力監控系統(5)和控制中心(6)，該控制中心(6)與壓電預應力構件(1)、壓電發電裝置(2)、儲能電路(3)、B組應力傳感器(4)和預應力監控系統(5)相連；壓電發電裝置(2)將隧道路面產生的機械能轉化為電能并儲存于儲能電路(3)，儲能電路(3)儲存電能并將其儲電量傳輸至控制中心(6)；B組應力傳感器(4)將檢測的壓電預應力構件預應力大小傳輸至預應力監控系統(5)，預應力監控系統(5)將預應力大小反饋至控制中心(6)；控制中心(6)根據檢測的預應力大小和儲電量通過儲能電路(3)供電控制壓電預應力構件(1)兩端電壓調整壓電預應力構件的預應力大小。

2.根據權利要求1所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：還包括位于壓電預應力構件兩端用于控制壓電預應力構件兩端電壓的放電裝置(7)，控制中心(6)通過放電裝置(7)控制壓電預應力構件(1)兩端的電壓。

3.根據權利要求1所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：還包括與儲能電路(3)相連用于監控儲能電路儲電量的電量監控系統(8)以及與儲能電路相連接的外電網(9)，電量監控系統(8)將儲電量傳輸至控制中心(6)，當控制中心判定儲電量不足時控制儲能電路從外電網輸電。

4.根據權利要求3所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：所述儲能電路(3)包括蓄電池和變壓器，壓電發電裝置通過變壓器與蓄電池相連充電，蓄電池通過變壓器與放電裝置相連放電，且蓄電池與外電網連接充電。

5.根據權利要求1所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：還包括用于檢測隧道混凝土受拉區域受拉應力的A組應力傳感器(10)以及與A組應力傳感器相連用于監控受拉區域受拉應力的抗裂監控系統(11)，A組應力傳感器(10)和抗裂監控系統(11)分別與控制中心相連，A組應力傳感器(10)檢測的受拉區域的受拉應力傳輸至抗裂監控系統(11)，抗裂監控系統(11)將受拉應力反饋至控制中心，控制中心(6)根據檢測的預應力大小和受拉應力改變壓電預應力構件(1)兩端電勢差調整壓電預應力構件的預應力和混凝土受拉區域受拉應力。

6.根據權利要求5所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：所述A組應力傳感器(10)包括三個應力傳感器，分別位于襯砌的頂面和兩側。

7.根據權利要求5所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：所述A組應力傳感器(10)檢測隧道混凝土受拉區域受拉應力為σ_fd，B組應力傳感器(4)檢測壓電預應力構件預應力為σ_cond，其中σ_lf≥σ_fd-σ_cond，σ_lf為襯砌混凝土抗拉強度值。

8.根據權利要求1所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：所述壓電發電裝置(2)包括設置于隧道路面結構內的若干壓電材料，且壓電材料通過變壓器與儲能電路(3)相連。

9.根據權利要求1所述的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，其特征在于：所述B組應力傳感器(4)包括五個應力傳感器，分別位于壓電預應力構件的兩端、襯砌兩側和中點處。