[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

本發明公開了一種基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，包括壓電預應力構件、壓電發電裝置、儲能電路、B組應力傳感器、預應力監控系統和控制中心，該控制中心與壓電預應力構件、壓電發電裝置、儲能電路、B組應力傳感器和預應力監控系統相連；壓電發電裝置將隧道路面產生的機械能轉化為電能并儲存于儲能電路，儲能電路儲存電能并將其儲電量傳輸至控制中心；B組應力傳感器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和控制中心；控制中心根據檢測的預應力大小和儲電量通過儲能電路供電控制壓電預應力構件兩端電壓調整壓電預應力構件的預應力大小。本發明通過對壓電預應力構件兩端電壓的控制，實現對預應力大小的智能化調節。

技術領域

本發明涉及混凝土襯砌，尤其涉及一種基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統。

背景技術

隧道結構作為穿越山區和江河湖海的重要交通組成部分，在公路交通發展中扮演著越來越不可替代的角色。預應力技術作為一種成熟的工程技術，已經廣泛應用土木工程各個領域，而將預應力技術應用于隧道混凝土襯砌的研究和實踐也越來越多。

同時，隨著預應力技術在土木工程中的廣泛應用，其由于自身結構特性、材料特性、制造工藝等而產生的工程缺陷就逐漸顯現出來。首先，由于生產工藝、材料特性等原因，預應力筋的應力值從張拉、錨固到安裝使用的整個過程中都在不斷降低。這種預應力鋼筋的預應力損失來源具體包括：(1)錨具變形和預應力內縮引起的預應力損失；(2)預應力筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失；(3)混凝土加熱養護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的損失；(4)預應力筋松弛引起的預應力損失；(5)混凝土收縮和徐變引起的預應力損失；(6)混凝土局部擠壓引起的預應力損失等六項損失。預應力損失現象的出現導致預應力鋼筋中的應力值不斷降低，隨著時間的推移會危害結構的安全。雖然設計階段設計人員會根據預應力損失設置一定的安全系數，但是使用過程中由于荷載的變化，可能會導致預應力過大或過小，從而導致結構的不利變形，影響結構安全。

綜上所述現有的預應力技術由于材料、張拉工藝等技術限制，其預應力荷載都是一次成型的，在不計損失的情況下是不可以改變的，并不具備應對外界環境的自適應能力。換言之，就是不能根據實際需求的變化而自我調節。

因此，亟待解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種可調節預應力大小增強結構自適應能力的的基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統。

技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種基于壓電材料的智能預應力隧道混凝土襯砌系統，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、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、用于儲存電能的儲能電路、用于檢測壓電預應力構件預應力大小的B組應力傳感器、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和控制中心，該控制中心與壓電預應力構件、壓電發電裝置、儲能電路、B組應力傳感器和預應力監控系統相連；壓電發電裝置將隧道路面產生的機械能轉化為電能并儲存于儲能電路，儲能電路儲存電能并將其儲電量傳輸至控制中心；B組應力傳感器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，預應力監控系統將預應力大小反饋至控制中心；控制中心根據檢測的預應力大小和儲電量通過儲能電路供電控制壓電預應力構件兩端電壓調整壓電預應力構件的預應力大小。

其中，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，控制中心通過放電裝置控制壓電預應力構件兩端的電壓。

優選的，還包括與儲能電路相連用于監控儲能電路儲電量的電量監控系統以及與儲能電路相連接的外電網，電量監控系統將儲電量傳輸至控制中心，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。

再者，所述儲能電路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。