[實用新型]利用碳納米管碳纖維板加固并監測鋼構件疲勞性能的裝置

有效

• 申請號: 202020357145.8
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN212336780U
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 余倩倩;陳振宇;顧祥林
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04G23/02
• 分類號: E04G23/02;G01N27/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本實用新型涉及一種利用碳納米管碳纖維板加固并監測鋼構件疲勞性能的裝置，包括鋼構件、具有導電性的碳納米管碳纖維板和絕緣墊片，所述碳納米管碳纖維板布置在所述鋼構件的兩側表面，所述絕緣墊片設于所述碳納米管碳纖維板與鋼構件之間；所述碳納米管碳纖維板表面連接電極，所述電極通過導線與外部的檢測儀表相連接，并通過所述碳納米管碳纖維板上的電阻變化，監測所述鋼構件內部疲勞裂紋擴展狀況。本裝置用到的傳感器數量少，需處理的數據簡單，便于操作和實際應用，且碳納米管環氧樹脂材料對應變的敏感程度遠優于普通電阻應變片，能夠有效地監測裂縫的擴展情況。

技術領域

本實用新型涉及土木工程的維修加固與健康監測領域，具體涉及一種利用碳納米管碳纖維板加固并監測鋼構件疲勞性能的裝置。

背景技術

鋼結構被廣泛應用于航空航天、機械、車輛以及基礎建設領域。在服役荷載和環境介質的作用下，疲勞裂紋易于在應力集中處萌生擴展，從而縮短了鋼構件的使用壽命。碳纖維增強復合材料構件由于其優越的物理和力學性能，可用于鋼結構的加固，分擔構件遠端荷載，抑制裂紋張開，從而達到延緩疲勞裂紋擴展，提高鋼結構疲勞性能的目的。但加固后，損傷位置被加固材料覆蓋，較難進行后續結構性能評估。目前的監測手段是利用應變片、加速度傳感器，壓阻傳感器以及光纖傳感器等，測試結構實時的應變和振動頻率等參數，判斷結構服役情況，或采用X光等設備，對含損傷位置進行探測。此類方法對設備要求較高，且較難對局部裂紋情況做全面評估，因此有必要提出一種新的監測手段來探測此類加固體系中構件疲勞裂紋擴展情況。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了解決上述問題而提供一種利用碳納米管碳纖維板加固并監測鋼構件疲勞性能的裝置，通過利用碳納米管碳纖維板提升損傷鋼構件疲勞性能，并監測加固后疲勞裂縫的擴展情況。

本實用新型的目的通過以下技術方案實現：

一種利用碳納米管碳纖維板加固并監測鋼構件疲勞性能的裝置，包括鋼構件、具有導電性的碳納米管碳纖維板和絕緣墊片，所述碳納米管碳纖維板布置在所述鋼構件的表面兩側，所述絕緣墊片設于所述碳納米管碳纖維板與鋼構件之間；所述碳納米管碳纖維板表面連接電極，所述電極通過導線與外部的檢測儀表相連接，并通過所述碳納米管碳纖維板上的電阻變化，監測所述鋼內部疲勞裂紋擴展狀況。

鋼構件內部的疲勞裂紋如繼續擴展，會造成加固材料上應變的變化，而碳納米管碳纖維板具有優異的導電性能，碳納米管碳纖維板的電阻率會隨外部應變大致呈線性變化，通過利用碳納米管碳纖維板的這一特性來對經碳納米管碳纖維板加固的鋼結構進行疲勞裂紋監測。

進一步地，所述的碳納米管碳纖維板通過粘結或機械錨固的方式布置在所述鋼構件表面。

進一步地，所述的碳納米管碳纖維板為內部均勻分散有碳納米管的樹脂板材，板材具有導電性，經加工工藝制作而成。

進一步地，所述絕緣墊片為環氧樹脂板，具有良好的絕緣性能。

進一步地，所述電極為銅板。

進一步地，所述電極通過銅粉導電膠水粘結在所述碳納米管碳纖維板表面兩端。

進一步地，所述銅粉導電膠水的體積電阻率為10^-3～10^-4Ω·m，型號為DB2012，由武漢雙鍵化工有限公司生產。

進一步地，所述檢測儀表為能夠顯示阻值的萬用表，利用導線將萬用表接入碳納米管碳纖維板兩端的電極，取兩塊碳納米管碳纖維板輸出電阻的平均值，觀測輸出電阻的實時變化。

如加固后的鋼構件內部疲勞裂紋不繼續擴展，疲勞荷載相對較小，整個加固體系均處于彈性階段，碳納米管碳纖維板上的應變不改變，輸出的電阻保持不變；如果裂紋繼續擴展，碳納米管碳纖維板應變增加，輸出電阻改變。根據碳納米管碳纖維板的靜力試驗，對輸出電阻和應變關系先進行標定；再根據鋼構件疲勞裂紋與應變的數值關系，間接確定鋼構件疲勞裂紋的長度。