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一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法。所述方法包括：制作混凝土试件，所述混凝土试件内部设置第一压电骨料和第二压电骨料；对所述第一压电骨料加载第一电压，所述第一电压恒定不变；对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数‑应力曲线；所述应力波参数包括：波速、幅值和\频谱面积；获取待测混凝土构件的应力波参数；根据所述应力波参数‑应力曲线和所述应力波参数得到所述待测混凝土构件的工作应力。本发明提供的混凝土结构的工作应力监测装置和方法，提高了混凝土结构的工作应力检测精度。

Description

一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构工作应力监测领域，特别是涉及一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法。
背景技术
传统的混凝土结构工作应力监测是将应变传感器埋入混凝土中，根据测得的应变乘以混凝土弹性模量得到混凝土的工作应力。但由于应变传感器采用金属外壳，埋入混凝土后会改变测点局部应力场，且由于传感器与混凝土相容性差，界面容易分离失效。同时由于规范中混凝土弹性模量只是应力为1/3抗压强度时得到的，而实际弹性模量是随应力变化的。这就导致了混凝土工作应力测试值与实际值不符。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法，用来提高混凝土结构的工作应力检测精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种混凝土结构的工作应力监测装置，所述装置包括：
信号发生器，用于产生电压信号；
第一压电骨料，设置于混凝土结构中，与所述信号发生器连接，用于将所述信号发生器的电压信号转化为信号波，所述第一压电骨料中内置压电陶瓷片；
第二压电骨料，设置于混凝土结构中，用于接收经过混凝土结构变化后的波信号；所述第二压电骨料中内置压电陶瓷片；
示波器，与所述第二压电骨料连接，用于将所述变化后的波信号转换为电压信号。
可选的，所述装置还包括：
功率放大器，分别与所述信号发生器和所述第一压电骨料连接，用于对所述电压信号进行功率放大并传送给所述第一压电骨料。
本发明还提供了一种混凝土结构的工作应力监测方法，所述方法包括：
制作混凝土试件，所述混凝土试件内部设置第一压电骨料和第二压电骨料；
对所述第一压电骨料加载第一电压，所述第一电压恒定不变；
对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线；所述应力波参数包括：波速、幅值和\频谱面积；
获取待测混凝土构件的应力波参数；
根据所述应力波参数-应力曲线和所述应力波参数得到所述待测混凝土构件的工作应力。
可选的，所述对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线，具体包括：
对所述混凝土试件加载第三压力，所述第三压力根据设定的固定时间而规律性变化；
实时获取第二压电骨料的第二电压；
逐渐增大所述第三压力；
当所述第二电压为零时，停止对所述混凝土试件加载所述第三电压；
记录不同加载压力情况下所述第二电压；
对所述第二电压进行信号处理，获取不同第三压力下的应力波参数；
根据所述应力波参数制作所述应力波参数应力波参数-应力曲线。
可选的，在所述获取待测混凝土构件的应力波参数之前，还包括：
在所述待测混凝土构件中设置第一压电骨料和第二压电骨料；
对所述第一压电骨料加载所述第一电压。
可选的，所述固定时间为15分钟。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提出一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法。所述方法首先通过实验标定出应力波参数随应力的变化，然后收集混凝土结构工作状态下应力波参数，最后根据标定曲线反推出混凝土结构中的工作应力。与原有技术相比，压电骨料与混凝土相容性好，不会引起应力场改变，检测精度高；且造价低，适合大面积埋设。同时，避免了原有技术复杂的弹性模量测量过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明混凝土结构的工作应力监测装置的实施例1的结构图；
图2为本发明混凝土结构的工作应力监测装置的实施例2的结构图；
图3为本发明混凝土结构的工作应力监测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种混凝土结构的工作应力监测装置和方法，用来提高混凝土结构的工作应力检测精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种混凝土结构的工作应力监测装置，图1为本发明混凝土结构的工作应力监测装置的实施例1的结构图，为受压试件的工作应力监测装置；图2为本发明混凝土结构的工作应力监测装置的实施例2的结构图，为拉压试件的工作应力监测装置。如图1和图2所示：
所述装置包括：
信号发生器4，用于产生电压信号；
第一压电骨料2，设置于混凝土结构1中，与所述信号发生器4连接，用于将所述信号发生器4的电压信号转化为信号波，所述第一压电骨料2中内置压电陶瓷片。压电骨料如图，为两块大理石(水泥浆块也行，主要起保护PZT的作用，因为PZT质脆直接放入混凝土中会坏，而用石材封装后，PZT被保护不易损坏，可作为一个石子放入混凝土中)和环氧树脂胶水封装PZT(压电陶瓷片)组成，这里压电材料指的是PZT压电陶瓷片。
第二压电骨料3，设置于混凝土结构1中，用于接收经过混凝土结构变化后的波信号；所述第二压电骨料3中内置压电陶瓷片；
示波器6，与所述第二压电骨料3连接，用于将所述变化后的波信号转换为电压信号。
可选的，所述装置还包括功率放大器5，分别与信号发生器4和第一压电骨料2连接，用于对所述电压信号进行功率放大并传送给第一压电骨料2。
信号发生器4，是产生电压信号的，功率放大器5能把电压信号放大，电压信号到达压电骨料时，压电片会因为逆压电效应发生变形，这个变形连续变化，就会产生波，波在混凝土中传播，当波传到另一压电骨料处会因为正压电效应而产生电压，电压变化可以用示波器显示出来。
混凝土试件不受力时，波经过混凝土，波参数不会变化，当混凝土试件受力以后，波参数就会变化。
本发明还提供了一种混凝土结构的工作应力监测方法，图3为本发明混凝土结构的工作应力监测方法的流程图。如图3所示，所述方法包括：
步骤310，制作混凝土试件，所述混凝土试件内部设置第一压电骨料和第二压电骨料；
步骤320，对所述第一压电骨料加载第一电压，所述第一电压恒定不变；
步骤330，对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线；所述应力波参数包括：波速、幅值和\频谱面积。试验机给试件加载力，混凝土内部就会发生变化，如弹性模量的变化，微裂缝的产生，这种变化会导致波在混凝土中传播时波参数变化如波速，幅值。
所述对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线，具体包括：
步骤331，对所述混凝土试件加载第三压力，所述第三压力根据设定的固定时间而规律性变化。可选的，所述固定时间为15分钟。
步骤332，实时获取第二压电骨料的第二电压；
步骤333，逐渐增大所述第三压力；
步骤334，当所述第二电压为零时，停止对所述混凝土试件加载所述第三电压；
步骤335，记录不同加载压力情况下所述第二电压；
步骤336，对所述第二电压进行信号处理，获取不同第三压力下的应力波参数；
步骤337，根据所述应力波参数制作所述应力波参数应力波参数-应力曲线。
步骤340，获取待测混凝土构件的应力波参数；
步骤350，根据所述应力波参数-应力曲线和所述应力波参数得到所述待测混凝土构件的工作应力。
可选的，在所述获取待测混凝土构件的应力波参数之前，还包括：
在所述待测混凝土构件中设置第一压电骨料2和第二压电骨料3；
对所述第一压电骨料2加载所述第一电压。
利用本发明的提供的混凝土结构的工作应力监测装置对待测混凝土构件进行测量，对第一压电骨料2加载和混凝土试件一样的电压，即第一电压。通过示波器获得所述待测混凝土构件在第一电压下的应力波参数。
本实施例提出一种混凝土结构的工作应力监测方法：首先通过实验标定出应力波参数随应力的变化，然后收集混凝土结构工作状态下应力波参数，最后根据标定曲线反推出混凝土结构中的工作应力。与原有技术相比，压电骨料与混凝土相容性好，不会引起应力场改变，检测精度高；且造价低，适合大面积埋设。同时，避免了原有技术复杂的弹性模量测量过程。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种混凝土结构的工作应力监测装置，其特征在于，所述装置包括：
信号发生器，用于产生电压信号；对第一压电骨料加载第一电压，所述第一电压恒定不变；
第一压电骨料，设置于混凝土结构中，与所述信号发生器连接，用于将所述信号发生器的电压信号转化为信号波，所述第一压电骨料中内置压电陶瓷片；
第二压电骨料，设置于混凝土结构中，用于接收经过混凝土结构变化后的波信号；所述第二压电骨料中内置压电陶瓷片；压电骨料为两块大理石和环氧树脂胶水封装组成；
示波器，与所述第二压电骨料连接，用于将所述变化后的波信号转换为电压信号。
2.根据权利要求1所述的工作应力监测装置，其特征在于，所述装置还包括：
功率放大器，分别与所述信号发生器和所述第一压电骨料连接，用于对所述电压信号进行功率放大并传送给所述第一压电骨料。
3.一种混凝土结构的工作应力监测方法，其特征在于，所述方法应用权利要求1或2所述的工作应力监测装置；
所述方法包括：
制作混凝土试件，所述混凝土试件内部设置第一压电骨料和第二压电骨料；
对所述第一压电骨料加载第一电压，所述第一电压恒定不变；所述信号发生器产生的电压信号到达第一压电骨料时，所述第一压电骨料的内置压电陶瓷片因为逆压电效应发生变形，变形连续变化产生波，当所述波传到所述第二压电骨料处，所述第二压电骨料的内置压电陶瓷片因为正压电效应产生电压，电压变化由示波器显示出来；
对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线；所述应力波参数包括：波速、幅值和\频谱面积；
获取待测混凝土构件的应力波参数；
根据所述应力波参数-应力曲线和所述应力波参数得到所述待测混凝土构件的工作应力。
4.根据权利要求3所述的工作应力监测方法，其特征在于，所述对所述混凝土试件进行加压实验，获得应力波参数-应力曲线，具体包括：
对所述混凝土试件加载压力，所述压力根据设定的固定时间而规律性变化；
实时获取第二压电骨料的第二电压；
逐渐增大所述压力；
当所述第二电压为零时，停止对所述混凝土试件加载所述压力；
记录不同加载压力情况下所述第二电压；
对所述第二电压进行信号处理，获取不同压力下的应力波参数；
根据所述应力波参数制作所述应力波参数应力波参数-应力曲线。
5.根据权利要求3所述的工作应力监测方法，其特征在于，在所述获取待测混凝土构件的应力波参数之前，还包括：
在所述待测混凝土构件中设置第一压电骨料和第二压电骨料；
对设置在所述待测混凝土构件中的第一压电骨料加载所述第一电压。
6.根据权利要求4所述的工作应力监测方法，其特征在于，所述固定时间为15分钟。
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