CN107632069A - 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 - Google Patents
一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107632069A CN107632069A CN201710910674.9A CN201710910674A CN107632069A CN 107632069 A CN107632069 A CN 107632069A CN 201710910674 A CN201710910674 A CN 201710910674A CN 107632069 A CN107632069 A CN 107632069A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- signal
- concrete
- strengthening steel
- beams
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 66
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000009131 signaling function Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000036541 health Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 31
- 230000003862 health status Effects 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 6
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 claims description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 claims description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 3
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims description 3
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法，通过在待检测混凝土梁内部设置作为压电陶瓷驱动器的智能骨料，以及在智能骨料相应位置处的加固钢板外侧粘贴作为压电陶瓷传感器的压电陶瓷片，通过外加激励信号驱动压电陶瓷驱动器，同时记录下压电陶瓷传感器的接收信号，加固钢板与混凝土之间的剥离都可能给这个接收信号带来变化，通过峰值信号与信号函数发生器发射信号初始值进行对比从而得到待检测混凝土梁的内部情况，本发明具有传感灵敏、安全可靠、测量范围大的优点；同时实现了水平和竖直双向激励和采集信号的功能，实现了对加固钢板的剥离情况的主动监测，从而实现真正意义上的全寿命健康监测。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构健康检测领域，具体一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法。
背景技术
混凝土梁桥结构在桥梁结构占有重要地位，但是，由于使用荷载和各种突发性因素的共同影响，从服役开始就面临着结构损伤的问题，如混凝土梁跨中的竖向裂缝以及不同剪跨比的混凝土梁在剪弯区产生的各种斜裂缝，当损伤累积到一定程度会造成结构抗力的衰减，严重地降低结构的安全性、适用性和耐久性，极端情况下还会导致整个结构的破坏。
此外，对于出现损伤的梁桥结构，采取适当的加固处理措施，可使结构一定程度上恢复原有可靠度，并延长使用寿命，这样做无疑具有重大的社会效益和经济效益。从实际工程来看，加固梁的破坏由加固钢板与混凝土梁发生剥离，而导致加固梁的早期破坏，这类破坏具有脆性材料的破坏特点，破坏发生很突然，破坏前没有先兆，并且由于混凝土结构隐藏在粘贴钢板内部，所以当内部混凝土与粘贴钢板之间出现剥离等问题时是很难直接观察到的。
目前对加固钢板混凝土剥离检测的方法有光纤法和超声波法。然而光纤抗剪能力差，传感测试系统价格昂贵，而超声波检测需要耦合介质使声能透入被测物，对操作人员的技术水平有较高要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，包括置于待检测混凝土梁内部智能骨料以及固定在待检测混凝土梁底部的加固钢板，加固钢板两端通过U型箍板固定在待检测混凝土梁上，加固钢板下端设有压电陶瓷传感器，压电陶瓷传感器位于待检测混凝土梁内的智能骨料正下方，压电陶瓷传感器连接有信号采集模块，信号采集模块连接有信号处理模块，智能骨料通过高压信号放大器连接有信号函数发生器；信号函数发生器用于检测信号的发射，高压信号放大器用于检测信号的放大，信号采集模块用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示。
进一步的，待检测混凝土梁与加固钢板之间通过环氧树脂胶层粘结。
进一步的，U型箍板通过预埋在混凝土梁内的胶锚螺栓组固于混凝土梁上，胶锚螺栓组与U型箍板之间垫钢压条，胶锚螺栓组包括预埋在待检测混凝土梁内的螺栓和锁紧螺母。
进一步的，每个智能骨料正下方设有两个压电陶瓷传感器，两个压电陶瓷传感器分别与对应其正上方的智能骨料各组成一套监测系统。
进一步的，智能骨料包括L型压电陶瓷片，L型压电陶瓷片表面依次设有硅胶防水层和水泥砂浆层，L型压电陶瓷片外侧包覆有硅胶防水层，L型压电陶瓷片连接有屏蔽导线。
进一步的，信号发生器发射频率为100Hz-1MHz的高斯脉冲扫频信号，产生信号为扫频正弦波，扫频模式为线性扫频。
一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统的混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，将智能骨料预埋入待检测混凝土梁内，安装好加固钢板后，在对应待检测混凝土梁内的智能骨料的加固钢板下方贴设压电陶瓷传感器，
步骤2，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，由与压电陶瓷传感器连接的信号采集模块接收信号并传送至信号处理模块；
步骤3，信号处理模块将信号采集模块收集到的信号进行分析得到峰值信号，与信号函数发生器发射信号初始值作对比，如果得到的峰值信号小于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁处于失效状态，如果得到的峰值信号等于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁处于健康状态。
进一步的，步骤2中，通过TRM分析方法进行信号函数处理，
首先由信号函数发生器发出一个高斯脉冲x(t)到压电陶瓷驱动器，根据压电效应发出应力波，传至压电陶瓷传感器，
定义损伤识别检测系统的系统响应函数为h(t)，压电陶瓷传感器接收到的输入信号为y(t)，则其可以表示为：
其中为卷积运算符，t为时间；
将接收到的信号进行时间反演，其信号变为：
然后将经反演后的信号作为发射源，由压电陶瓷传感器传回压电陶瓷驱动器，由于压电陶瓷片的正逆压电效应，压电陶瓷传感器和压电陶瓷驱动器的功能可以进行互换，在时域上对所接受到的信号进行逆序操作，将目标声波或电磁波信号进行反转再发送，则得到其聚焦信号yf(t)，其表达式为：
式中，为系统响应的自相关函数，也成为时间反演算子；
由卷积与相关性原理可知，yf(t)也可以表达如下：
式中表示相关运算(同或运算符)，
因为脉冲信号通常是以时间轴对称的，因此x(t)＝x(-t)，所以yf(t)也可以被写为：
从上式可以看出，经时间反演处理的是自相关偶函数，可定义：
τ为随时变化的信号值，当t＝0时可变换为：
由上式可以看出，当t＝0时，函数达到其最大值，其最大值为信号的能量，且只和系统本身有关，因此其峰值具有良好的抗噪性。
进一步的，步骤3中，采用信号峰值能量峰值来定义表征结构损伤程度的损伤指数，采用信号峰值能量作为特征参量表征结构损伤程度可以提高损伤识别的灵敏度，采用“健康状态”作为压电智能混凝土结构主动健康检测的状态检测，“健康状态”是损伤进一步评判的基础。
结构的相对健康程度定义为：
式中，Eh为健康状态下的能量作为基准信号，Ei为结构处于某一损伤状态下的信号能量，Xi(n)和Xh(n)分别为结构健康状态和损伤状态下传感器采集到的离散信号；Hi的取值范围在0～1之间，当Hi＝1，表示待检测混凝土梁处于健康状态，当Hi＝0，表示待检测混凝土梁处于功能完全失效状态；
进一步的，利用Hi定义结构损伤指数Di，
Di数值越高，说明待检测混凝土梁损伤越严重。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法，通过在待检测混凝土梁内部设置作为压电陶瓷驱动器的智能骨料，以及在智能骨料相应位置处的加固钢板外侧粘贴作为压电陶瓷传感器的压电陶瓷片，通过外加激励信号驱动压电陶瓷驱动器，同时记录下压电陶瓷传感器的接收信号，加固钢板与混凝土之间的剥离都可能给这个接收信号带来变化，通过峰值信号与信号函数发生器发射信号初始值进行对比从而得到待检测混凝土梁的内部情况，本发明具有传感灵敏、安全可靠、测量范围大的优点；本发明结构形式简单，功率大，可以适用于监测不同剪跨比的混凝土梁中产生的各种斜向裂缝和跨中裂缝，同时实现了水平和竖直双向激励和采集信号的功能，实现了对加固钢板的剥离情况的主动监测，从而实现真正意义上的全寿命健康监测。
进一步的，加固钢板下端正对待检测混凝土梁内的智能骨料设有两个压电陶瓷传感器，两个压电陶瓷传感器分别与同一个智能骨料配套组成监测系统，对于损伤较大，需要进行加固的混凝土梁，在加固钢板外侧粘贴多个压电陶瓷传感器，并在加固钢板与传感器之间设有绝缘层，充分利用L型压电陶瓷同时具有水平和竖直双向激励和采集信号的功能，通过高频信号激励智能骨料,由高频信号采集系统采集加固钢板上传感器的输出信号并将该信号数据传至计算机分析系统，再次采用基于时间反演的信号分析方法，经损伤识别系统对加固钢板各个传感器所在位置的剥离状态进行评估。
附图说明
图1为本发明装置连接结构示意图。
图2为图1左视图。
图3为本发明剥离加固钢板结构示意图。
图4为本发明系统流程结构示意图。
其中，1、待检测混凝土梁；2、智能骨料；3、加固钢板；4、环氧树脂胶层；5、U型箍板；6、胶锚螺栓组；7、压电陶瓷传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1、图2所示，一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，包括置于待检测混凝土梁1内部作为压电陶瓷驱动器的智能骨料2以及固定在待检测混凝土梁底部的加固钢板3，待检测混凝土梁1与加固钢板3之间通过环氧树脂胶层4粘结，环氧树脂胶具有强度高、粘结力强、耐老化、线膨胀系数小又具有一定的弹性的特点，有强力的粘结性，加固钢板3两端通过U型箍板5固定在待检测混凝土梁1上，U型箍板5通过预埋在混凝土梁内的胶锚螺栓组6固于混凝土梁上，胶锚螺栓组6与U型箍板5之间垫钢压条8，胶锚螺栓组6包括预埋在待检测混凝土梁1内的螺栓和锁紧螺母，每个智能骨料2正下方设有两个压电陶瓷传感器7，两个压电陶瓷传感器7分别与对应其正上方的智能骨料2各组成一套监测系统，压电陶瓷传感器连接有信号采集模块，信号采集模块连接有信号处理模块，智能骨料作为压电陶瓷驱动器通过高压信号放大器连接有信号函数发生器；信号采集模块通过屏蔽导线与压电陶瓷传感器连接，信号函数发生器经高压信号放大器与压电陶瓷驱动器连接，信号函数发生器用于检测信号的发射，高压信号放大器用于检测信号的放大，信号采集模块用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示；
智能骨料包括L型压电陶瓷片，L型压电陶瓷片表面依次设有硅胶防水层和水泥砂浆层，L型压电陶瓷片外侧包覆有硅胶防水层，L型压电陶瓷片连接有屏蔽导线；
如图3、图4所示，一种用于混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，将智能骨料预埋入待检测混凝土梁内，安装好加固钢板后，在对应待检测混凝土梁内的智能骨料的加固钢板下方贴设两个压电陶瓷传感器，
步骤2，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，由压电陶瓷传感器接收；
步骤3，通过与压电陶瓷传感器连接的信号处理模块将收集到的信号进行分析得到峰值信号，与信号函数发生器发射信号初始值作对比，如果得到的峰值信号小于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁1处于失效状态，如果得到的峰值信号等于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁处于健康状态。
步骤2中，通过TRM分析方法进行信号函数处理，
首先由信号函数发生器发出一个高斯脉冲x(t)到压电陶瓷驱动器，根据压电效应发出应力波，传至压电陶瓷传感器，
定义损伤识别检测系统的系统响应函数为h(t)，压电陶瓷传感器接收到的输入信号为y(t)，则其可以表示为：
其中为卷积运算符，t为时间；
将接收到的信号进行时间反演，其信号变为：
然后将经反演后的信号作为发射源，由压电陶瓷传感器传回压电陶瓷驱动器，由于压电陶瓷片的正逆压电效应，压电陶瓷传感器和压电陶瓷驱动器的功能可以进行互换，在时域上对所接受到的信号进行逆序操作，将目标声波或电磁波信号进行反转再发送，则得到其聚焦信号yf(t)，其表达式为：
式中，为系统响应的自相关函数，也成为时间反演算子；
由卷积与相关性原理可知，yf(t)也可以表达如下：
式中表示相关运算(同或运算符)，
因为脉冲信号通常是以时间轴对称的，因此x(t)＝x(-t)，所以yf(t)也可以被写为：
从上式可以看出，经时间反演处理的是自相关偶函数，可定义：
τ为随时变化的信号值，当t＝0时可变换为：
由上式可以看出，当t＝0时，函数达到其最大值，其最大值为信号的能量，且只和系统本身有关，因此其峰值具有良好的抗噪性。
步骤3中，采用信号峰值能量峰值来定义表征结构损伤程度的损伤指数，采用信号峰值能量作为特征参量表征结构损伤程度可以提高损伤识别的灵敏度，采用“健康状态”作为压电智能混凝土结构主动健康检测的状态检测，“健康状态”是损伤进一步评判的基础。
结构的相对健康程度定义为：
式中，Eh为健康状态下的能量作为基准信号，Ei为结构处于某一损伤状态下的信号能量，Xi(n)和Xh(n)分别为结构健康状态和损伤状态下传感器采集到的离散信号；
Hi的取值范围在0～1之间。当Hi＝1，表示待检测混凝土梁处于健康状态，当Hi＝0，表示待检测混凝土梁处于功能完全失效状态。利用Hi定义结构损伤指数Di，Di数值越高，说明待检测混凝土梁损伤越严重。
信号发生器发射频率为100Hz-1MHz的高斯脉冲扫频信号，产生信号为扫频正弦波，扫频模式为线性扫频。
智能骨料同时具有水平和竖直双向激励和采集信号的功能，既可作为压电陶瓷驱动器，又可作为压电陶瓷传感器；既可实现对混凝土梁跨中裂缝的检测，又可实现对各种剪跨比的混凝土梁的剪弯区的斜裂缝的检测。
实施例
混凝土梁的截面尺寸为0.2m×0.4m，长度为3m，将事先预制好的智能骨料SA1、SA2、SA3、SA4、SA5、SA6埋入混凝土梁中，压电陶瓷传感器通过屏蔽导线与信号采集系统连接，该信号采集系统连接计算机分析系统，信号函数发生器经高压信号放大器与压电陶瓷驱动器连接。
为检验方法有效性，在浇筑混凝土前，在裂缝区域内粘贴一块薄泡沫板用以模拟损伤区域。
在智能骨料相应位置处的加固钢板外侧粘贴作为压电陶瓷传感器的压电陶瓷片，每个智能骨料相对应两个压电陶瓷片，在所述压电陶瓷片的粘贴位置预先涂有绝缘层，所述绝缘层为一层均匀的环氧树脂绝缘层。
信号函数发生器产生信号为扫频正弦波，信号的频率变化范围从100Hz至10kHz，扫频模式为线性扫频，由信号函数发生器激励智能骨料中的压电陶瓷驱动器，利用信号采集系统采集并记录各个压电陶瓷传感器的信号，可认为构件加载前的状态为健康状态，这时候采集的信号为健康基准信号。
待混凝土梁养护完成后，利用500KN手动液压千斤顶及横梁立柱反力架施加荷载，采用压力传感器控制加载的大小，记录下各个压电陶瓷传感器的信号能量，利用下式计算各位置处结构的损伤程度，
式中，Eh为健康状态下的能量作为基准信号，Ei为结构处于某一损伤状态下的信号能量，Xi(n)和Xh(n)分别为结构健康状态和损伤状态下传感器采集到的离散信号；Hi的取值范围在0～1之间，当Hi＝1，表示待监测混凝土梁处于健康状态，当Hi＝0，表示待监测混凝土梁处于功能完全失效状态。
利用Hi定义结构损伤指数Di，Di的意义与Hi相反，可以用它来表征结构损伤程度的量，
Di数值越高，说明待监测混凝土梁损伤越严重。
在出现较大损伤的混凝土梁底用环氧树脂胶粘贴4mm厚的Q235钢板，宽度为120mm，长度为2.5m，同时在加固钢板靠近端部处套有U型箍板，待加固完成后，利用500KN手动液压千斤顶及横梁立柱反力架施加荷载，采用压力传感器控制加载的大小，记录下各个压电陶瓷传感器的信号能量，采用基于时间反演的信号分析方法，对加固钢板各位置处的剥离情况进行分析。
本发明通过在智能骨料相应位置处的加固钢板外侧，粘贴作为压电陶瓷传感器的压电陶瓷片，通过外加激励信号驱动压电陶瓷驱动器，同时记录下压电陶瓷传感器的接收信号，加固钢板与混凝土之间的剥离都可能给这个接收信号带来变化，实现了对加固钢板的剥离情况的主动检测，从而实现真正意义上的全寿命健康检测。
Claims (10)
1.一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，包括置于待检测混凝土梁(1)内部智能骨料(2)以及固定在待检测混凝土梁底部的加固钢板(3)，加固钢板(3)两端通过U型箍板(5)固定在待检测混凝土梁(1)上，加固钢板(3)下端设有压电陶瓷传感器(7)，压电陶瓷传感器(7)位于待检测混凝土梁(1)内的智能骨料(2)正下方，压电陶瓷传感器(7)连接有信号采集模块，信号采集模块连接有信号处理模块，智能骨料(2)通过高压信号放大器连接有信号函数发生器；信号函数发生器用于检测信号的发射，高压信号放大器用于检测信号的放大，信号采集模块用于通过压电陶瓷传感器进行信号采集，信号处理模块用于对信号采集模块采集的信号进行处理并将处理结果保存与公示。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，待检测混凝土梁(1)与加固钢板(3)之间通过环氧树脂胶层(4)粘结。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，U型箍板(5)通过预埋在混凝土梁内的胶锚螺栓组(6)固于混凝土梁上，胶锚螺栓组(6)与U型箍板(5)之间垫钢压条(8)，胶锚螺栓组(6)包括预埋在待检测混凝土梁(1)内的螺栓和锁紧螺母。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，每个智能骨料(2)正下方设有两个压电陶瓷传感器(7)，两个压电陶瓷传感器(7)分别与对应其正上方的智能骨料(2)各组成一套监测系统。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，智能骨料包括L型压电陶瓷片，L型压电陶瓷片表面依次设有硅胶防水层和水泥砂浆层，L型压电陶瓷片外侧包覆有硅胶防水层，L型压电陶瓷片连接有屏蔽导线。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统，其特征在于，信号发生器发射频率为100Hz-1MHz的高斯脉冲扫频信号，产生信号为扫频正弦波，扫频模式为线性扫频。
7.一种基于权利要求1所述的一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统的混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将智能骨料预埋入待检测混凝土梁内，安装好加固钢板后，在对应待检测混凝土梁内的智能骨料的加固钢板下方贴设压电陶瓷传感器，
步骤2，利用信号函数发生器产生的信号经由高压放大器对压电陶瓷驱动器进行激励，由与压电陶瓷传感器连接的信号采集模块接收信号并传送至信号处理模块；
步骤3，信号处理模块将信号采集模块收集到的信号进行分析得到峰值信号，与信号函数发生器发射信号初始值作对比，如果得到的峰值信号小于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁处于失效状态，如果得到的峰值信号等于信号函数发生器发射信号初始值，说明待检测混凝土梁处于健康状态。
8.根据权利要求7所述的混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，其特征在于，
步骤2中，通过TRM分析方法进行信号函数处理，
首先由信号函数发生器发出一个高斯脉冲x(t)到压电陶瓷驱动器，根据压电效应发出应力波，传至压电陶瓷传感器，
定义损伤识别检测系统的系统响应函数为h(t)，压电陶瓷传感器接收到的输入信号为y(t)，则其可以表示为：
<mrow>
<mi>y</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中为卷积运算符，t为时间；
将接收到的信号进行时间反演，其信号变为：
<mrow>
<mi>y</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
然后将经反演后的信号作为发射源，由压电陶瓷传感器传回压电陶瓷驱动器，由于压电陶瓷片的正逆压电效应，压电陶瓷传感器和压电陶瓷驱动器的功能可以进行互换，在时域上对所接受到的信号进行逆序操作，将目标声波或电磁波信号进行反转再发送，则得到其聚焦信号yf(t)，其表达式为：
<mrow>
<msub>
<mi>y</mi>
<mi>F</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mi>y</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CircleTimes;</mo>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
式中，为系统响应的自相关函数，也成为时间反演算子；
由卷积与相关性原理可知，yf(t)也可以表达如下：
式中⊙表示相关运算(同或运算符)，
因为脉冲信号通常是以时间轴对称的，因此x(t)＝x(-t)，所以yf(t)也可以被写为：
从上式可以看出，经时间反演处理的h(t)⊙h(t)是自相关偶函数，可定义：
<mrow>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mi>F</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Integral;</mo>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>&infin;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>+</mo>
<mi>&infin;</mi>
</mrow>
</munderover>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&tau;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&tau;</mi>
<mo>+</mo>
<mi>t</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>d</mi>
<mi>&tau;</mi>
</mrow>
τ为随时变化的信号值，当t＝0时可变换为：
<mrow>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mi>F</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Integral;</mo>
<mrow>
<mo>-</mo>
<mi>&infin;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>+</mo>
<mi>&infin;</mi>
</mrow>
</munderover>
<mi>h</mi>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&tau;</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mi>d</mi>
<mi>&tau;</mi>
</mrow>
由上式可以看出，当t＝0时，函数达到其最大值，其最大值为信号的能量，且只和系统本身有关，因此其峰值具有良好的抗噪性。
9.根据权利要求8所述的混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，其特征在于，步骤3中，采用信号峰值能量峰值来定义表征结构损伤程度的损伤指数，采用信号峰值能量作为特征参量表征结构损伤程度可以提高损伤识别的灵敏度，采用“健康状态”作为压电智能混凝土结构主动健康检测的状态检测，“健康状态”是损伤进一步评判的基础；
结构的相对健康程度定义为：
式中，Eh为健康状态下的能量作为基准信号，Ei为结构处于某一损伤状态下的信号能量，Xi(n)和Xh(n)分别为结构健康状态和损伤状态下传感器采集到的离散信号；Hi的取值范围在0～1之间，当Hi＝1，表示待检测混凝土梁处于健康状态，当Hi＝0，表示待检测混凝土梁处于功能完全失效状态。
10.根据权利要求9所述的混凝土梁加固钢板剥离的检测方法，其特征在于，利用Hi定义结构损伤指数Di，
<mrow>
<msub>
<mi>D</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>H</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mi>&infin;</mi>
</munderover>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mi>&infin;</mi>
</munderover>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>X</mi>
<mi>h</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mn>100</mn>
<mi>%</mi>
</mrow>
Di数值越高，说明待检测混凝土梁损伤越严重。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710910674.9A CN107632069B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710910674.9A CN107632069B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107632069A true CN107632069A (zh) | 2018-01-26 |
| CN107632069B CN107632069B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=61103493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710910674.9A Active CN107632069B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107632069B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109142521A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-04 | 南京理工大学 | 基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法 |
| CN109557184A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-02 | 福州大学 | 用于桥墩不排水加固施工质量监测的传感器布设及方法 |
| CN113552220A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-26 | 同济大学 | 一种钢筋混凝土结构健康监测系统 |
| CN113640217A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-11-12 | 武汉地震工程研究院有限公司 | 一种粘钢法混凝土界面粘结状态监测系统 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001337077A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Shogo Tanaka | コンクリート構造物の剥離の非破壊検査方法 |
| JP2002195989A (ja) * | 2000-10-18 | 2002-07-10 | Shogo Tanaka | 構造物の非破壊検査方法 |
| US20080034884A1 (en) * | 2006-07-07 | 2008-02-14 | Gangbing Song | Piezoceramic-based smart aggregate for unified performance monitoring of concrete structures |
| CN102062747A (zh) * | 2010-11-15 | 2011-05-18 | 湖南大学 | 基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法 |
| CN102507655A (zh) * | 2011-10-24 | 2012-06-20 | 沈阳建筑大学 | 基于压电智能骨料的钢管混凝土结构密实性监测方法 |
| CN103675030A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-03-26 | 中建二局第一建筑工程有限公司 | 基于压电材料的钢管混凝土构件质量阻抗法监测施工工法 |
| CN105625197A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-06-01 | 武汉理工大学 | 一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土梁抗弯加固方法 |
| CN106351461A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-25 | 天津市建筑设计院 | 一种提高混凝土梁后锚固受剪承载力的加固方法及其结构 |
| CN106840477A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 长沙理工大学 | 一种长期监测psc结构预应力损失的装置及方法 |
| CN207198096U (zh) * | 2017-09-29 | 2018-04-06 | 长安大学 | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统 |
-
2017
- 2017-09-29 CN CN201710910674.9A patent/CN107632069B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001337077A (ja) * | 2000-05-30 | 2001-12-07 | Shogo Tanaka | コンクリート構造物の剥離の非破壊検査方法 |
| JP2002195989A (ja) * | 2000-10-18 | 2002-07-10 | Shogo Tanaka | 構造物の非破壊検査方法 |
| US20080034884A1 (en) * | 2006-07-07 | 2008-02-14 | Gangbing Song | Piezoceramic-based smart aggregate for unified performance monitoring of concrete structures |
| CN102062747A (zh) * | 2010-11-15 | 2011-05-18 | 湖南大学 | 基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法 |
| CN102507655A (zh) * | 2011-10-24 | 2012-06-20 | 沈阳建筑大学 | 基于压电智能骨料的钢管混凝土结构密实性监测方法 |
| CN103675030A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-03-26 | 中建二局第一建筑工程有限公司 | 基于压电材料的钢管混凝土构件质量阻抗法监测施工工法 |
| CN105625197A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-06-01 | 武汉理工大学 | 一种基于钢板-预应力碳纤维板的混凝土梁抗弯加固方法 |
| CN106351461A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-25 | 天津市建筑设计院 | 一种提高混凝土梁后锚固受剪承载力的加固方法及其结构 |
| CN106840477A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 长沙理工大学 | 一种长期监测psc结构预应力损失的装置及方法 |
| CN207198096U (zh) * | 2017-09-29 | 2018-04-06 | 长安大学 | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 李冰;许斌;: "钢管混凝土构件钢管与混凝土界面剥离损伤识别的试验研究", 建筑科学, no. 03 * |
| 蒙彦宇;阎石;孙威;马禄哲;何彬彬;: "压电混凝土梁主动健康监测试验", 沈阳建筑大学学报(自然科学版), no. 02 * |
| 许斌;李冰;宋刚兵;滕军;令狐延;: "基于压电陶瓷的钢管混凝土柱剥离损伤识别研究", 土木工程学报, no. 07, 15 July 2012 (2012-07-15) * |
| 邓海明;李彦贺;王鸿章;许斌;: "钢管混凝土柱断面界面剥离缺陷检测试验研究", 压电与声光, no. 01 * |
| 阎石;马禄哲;: "CFRP加固混凝土结构剥离损伤识别试验研究", 土木工程与管理学报, no. 03, 15 September 2011 (2011-09-15) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109142521A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-04 | 南京理工大学 | 基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法 |
| CN109557184A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-02 | 福州大学 | 用于桥墩不排水加固施工质量监测的传感器布设及方法 |
| CN113552220A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-26 | 同济大学 | 一种钢筋混凝土结构健康监测系统 |
| CN113640217A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-11-12 | 武汉地震工程研究院有限公司 | 一种粘钢法混凝土界面粘结状态监测系统 |
| CN113640217B (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-21 | 武汉地震工程研究院有限公司 | 一种粘钢法混凝土界面粘结状态监测系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107632069B (zh) | 2024-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107561123A (zh) | 一种混凝土梁损伤监测系统及监测方法 | |
| CN102062747B (zh) | 基于压电陶瓷和小波包分析的钢管混凝土构件钢管壁剥离监测方法 | |
| CN103852492B (zh) | 基于压电陶瓷的预应力管道压浆密实性监测方法 | |
| CN107632069A (zh) | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统及检测方法 | |
| CN101539541B (zh) | 基于导向波的厚梁结构损伤检测方法 | |
| Perez et al. | Acoustic emission detection using fiber Bragg gratings | |
| CN101806778B (zh) | 金属材料疲劳早期损伤非线性超声在线检测方法 | |
| CN102393407A (zh) | 基于压电阻抗测量的钢管混凝土管壁界面剥离监测方法 | |
| CN103940893B (zh) | 一种拉索锚固段锈蚀缺陷监测装置及方法 | |
| Sadri | Application of impact-echo technique in diagnoses and repair of stone masonry structures | |
| Yan et al. | Interface monitoring of steel-concrete-steel sandwich structures using piezoelectric transducers | |
| CN201637722U (zh) | 金属材料疲劳早期损伤非线性超声在线检测装置 | |
| Salamone et al. | Health monitoring of prestressing tendons in posttensioned concrete bridges | |
| CN101694479A (zh) | 桥梁预应力孔道灌浆质量检测方法 | |
| CN207318399U (zh) | 一种混凝土梁损伤监测系统 | |
| CN207198096U (zh) | 一种混凝土梁加固钢板剥离检测系统 | |
| CN103852521B (zh) | 一种用超声波检测多层介质耦合质量的方法 | |
| Mirmiran et al. | Comparison of acoustic emission activity in steel-reinforced and FRP-reinforced concrete beams | |
| Cao et al. | Debonding detection in FRP-strengthened concrete structures utilising nonlinear Rayleigh wave mixing | |
| CN109142521A (zh) | 基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法 | |
| Carpinteri et al. | A fractal approach for damage detection in concrete and masonry structures by the acoustic emission technique | |
| Cao et al. | Study on non-destructive testing method of grouting sleeve compactness with wavelet packet energy ratio change | |
| CN116026921A (zh) | 一种内建环形超声波传感器阵列的智能灌浆套筒系统 | |
| Bayane et al. | Acoustic emission and ultrasonic testing for fatigue damage detection in a RC bridge deck slab | |
| CN107894443A (zh) | 一种用于监测锚固松紧的压电陶瓷系统及监测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |