CN100445499C - 智能预应力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能预应力系统，包括锚具和预应力筋，所述预应力筋由形状记忆合金在低温马氏体状态下拉伸制成，预应力筋的两端与可调直流电源相连接。本发明利用形状记忆合金作为材料制成预应力筋，并由可调直流电源对预应力筋进行通电激励，使形状记忆合金产生回复力，利用形状记忆合金的回复力改变预应力构件的受力情况，从而控制预应力构件的应力和变形。本发明结构简单，并可以很方便地利用控制系统对其进行精确地控制。

Description

智能预应力系统

技术领域

本发明涉及一种可以智能控制的预应力系统。

背景技术

随着土木工程研究的深入，结构应力控制受到越来越多的重视。通过控制重要承重构件的应力状态，可以对整个结构的应力和变形加以控制，以应付可能出现的结构使用方式改变和突发性不利情况。形状记忆合金(简称SMA)作为一种重要的智能驱动材料，具有自感知特性和形状记忆效应。利用SMA的自感知特性，可以感应自身乃至结构内部的应变。形状记忆合金的形状记忆效应是指具有记忆并回复至它在奥氏体状态下的形状的能力。如果在低温马氏体状态下拉伸SMA并留下较大的塑性变形，那么将SMA加热至一定温度后，SMA将回复到它开始时的形状。如果在SMA回复过程中施加约束，那么SMA将会产生很大的回复力。利用这种回复力可以改变重要构件的受力情况，从而控制整个结构的应力和变形。

一方面现有的普通预应力筋和锚具并不能对结构实现智能控制，另一方面目前土木工程领域内国内外有关SMA智能结构的研究都还很少，应用仍为空白。过去的研究仅限于将形状记忆合金拉伸后埋置于混凝土构件之中，通过电流激励使其收缩，产生驱动力调节结构内力。这些已有的方式和装置，由于形状记忆合金必须和结构浇注在一起成为复合材料，由于两种材料的变形不同导致无法对结构进行大变形控制。而且形状记忆合金与混凝土粘结不足，且没有锚具之类的装置保证形状记忆合金和结构协同变形，从而使回复力很难完全发挥作用。同时激励时产生的热量使混凝土性能降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种智能预应力系统，可以根据实际情况调节结构的应力和变形，并具有较高准确度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种智能预应力系统，包括锚具和预应力筋，所述预应力筋由形状记忆合金在低温马氏体状态下拉伸制成，预应力筋的两端与可调直流电源相连接，所述锚具的固定端设有固定锚板，固定锚板的内侧设有绝缘板，所述锚具的张拉端设有垫板，垫板的内侧也设有绝缘板，垫板的外侧设有螺杆，螺杆上设有螺母，所述固定锚板、两块绝缘板、垫板、螺母和螺杆上均设有中心孔，所述的预应力筋依次贯穿上述固定锚板、两块绝缘板、垫板、螺母和螺杆的中心孔，所述的预应力筋的两端设有镦头。预应力筋的两端的镦头可以防止预应力筋从锚具中心孔中抽脱，张拉时旋紧螺母，使其紧压在垫板上，可以保持系统的预应力。

本发明利用形状记忆合金作为材料制成预应力筋，并由可调直流电源对预应力筋进行通电激励，使形状记忆合金产生回复力。本发明将形状记忆合金的记忆效应巧妙地应用于锚固装置中，利用形状记忆合金的回复力改变预应力构件的受力情况，从而控制预应力构件的应力和变形。本发明结构简单，并可以很方便地利用控制系统对其进行精确地控制。

另一种优选方案对可调直流电源的控制作了改进：该智能预应力系统还包括电脑和数据采集装置，所述数据采集装置与预应力筋相连接，并采集预应力筋的应变数据；所述数据采集装置还与电脑相连接，并将预应力筋的应变数据输入电脑；所述电脑还与可调直流电源相连接，并控制可调直流电源输出电流的大小。由电脑读取预应力筋的应变值，并控制可调直流电源的输出电流，由此控制预应力筋的回复力，并最终实现对预应力构件的应力和变形进行精确控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明智能预应力系统的示意图。

图2是本发明智能预应力系统的一种控制系统框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的智能预应力系统包括锚具和预应力筋5，预应力筋5由形状记忆合金在低温马氏体状态下拉伸制成，预应力筋5的两端与可调直流电源8相连接。预应力筋5可根据实际需要设置为体外或体内两种形式，利用预应力筋5两端的锚具进行固定和张拉，锚具分为固定端和张拉端两部分，本实施例中，固定端设有固定锚板6，固定锚板6的内侧设有绝缘板4，张拉端设有垫板3，垫板3的内侧也设有绝缘板4，垫板的外侧设有螺杆1，螺杆1上设有螺母2，上述固定锚板6、两块绝缘板4、垫板3、螺母2、螺杆1上均设有中心孔，预应力筋5依次贯穿固定锚板6、两块绝缘板4、垫板3、螺母2、螺杆1的中心孔，并在两端形成镦头7。

本实施例中，预应力筋5以形状记忆合金NiTi合金为原料，直径为2~7mm，可由市场购买。形状记忆合金的相变温度要求范围为：A_s≥50℃(高于使用地点的最高气温)，M_s≤20℃(低于使用地点的最低气温)。预应力筋配套锚具可以在普通预应力锚具的基础上改装得到。螺母2可以沿螺杆旋紧顶在钢垫板3上，绝缘板4用固化后的环氧树脂制成。

使用配套的锚具时，分固定端和张拉端两种情况处理。在固定端将预应力筋5穿过固定锚板6和绝缘板4的中心孔，用专用镦头机将预应力筋的端头镦粗，形成镦头7。在张拉端，预应力筋5先后穿过绝缘板4、垫板3和螺杆1，螺杆1外面带有螺母2，穿过之后同样用镦头机做成镦头。用千斤顶张拉预应力筋5达到设计值后，将螺母2沿螺杆1旋紧顶在钢垫板3上，预拉力则通过螺杆1、螺母2、垫板3、绝缘板4传到结构构件的表面上。本发明的锚固装置不但适用于短小预应力混凝土构件，还能用简单的套筒加以接长，并能多次重复张拉与放松。

如图2所示，本发明的控制系统由数据采集装置、电脑、可调直流电源8及导线组成。数据采集装置与预应力筋5相连接，并采集预应力筋5的应变数据；数据采集装置还与电脑相连接，并将预应力筋5的应变数据输入电脑；可调直流电源8还与电脑相连接，并由电脑控制输出电流的大小。可调直流电源的基本参数为：电流强度0~50A，电压0~30V，可以按照需求手动或自动调节电流强度大小。

当预应力筋5的应变值达到设定值后，对形状记忆合金预应力筋5进行控制激励。进行主动控制激励的时候，打开可调直流电源8，控制电流强度缓慢增大，预应力筋收缩5，预应力值变大，应变值变小。通过电脑监控应变值的变化，当应变值达到预期效果之后，缓慢调低电流强度，直至停止通电激励。

Claims (2)

1.一种智能预应力系统，包括锚具和预应力筋，所述预应力筋(5)由形状记忆合金在低温马氏体状态下拉伸制成，预应力筋(5)的两端与可调直流电源(8)相连接，其特征在于：所述锚具分为固定端和张拉端，锚具固定端设有固定锚板(6)，固定锚板(6)的内侧设有绝缘板(4)，锚具的张拉端设有垫板(3)，垫板(3)的内侧也设有绝缘板(4)，垫板(3)的外侧设有螺杆(1)，螺杆(1)上设有螺母(2)，所述固定锚板(6)、两块绝缘板(4)、垫板(3)、螺母(2)和螺杆(1)上均设有中心孔，所述的预应力筋(5)依次贯穿上述固定锚板(6)、两块绝缘板(4)、垫板(3)、螺母(2)和螺杆(1)的中心孔，所述的预应力筋(5)的两端设有镦头(7)。

2.根据权利要求1所述的智能预应力系统，其特征在于：还包括电脑和数据采集装置，

所述数据采集装置与预应力筋(5)相连接，并采集预应力筋(5)的应变数据；

所述数据采集装置还与电脑相连接，并将预应力筋(5)的应变数据输入电脑；

所述电脑还与可调直流电源(8)相连接，并控制可调直流电源(8)输出电流的大小。

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