CN108360743A - 内置h型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法，其中内置H型钢预应力混凝土梁包括混凝土及H型钢，H型钢包括上翼缘板、下翼缘板、腹板；上翼缘板上表面设有第一压电陶瓷片，下翼缘板下表面设有第二压电陶瓷片；上翼缘板上方的混凝土内设有第一压电智能骨料，下翼缘板下方的混凝土内设有第二压电智能骨料，压电陶瓷片和压电智能骨料均与数据传输线一端相连，数据传输线的另一端穿出混凝土；混凝土为工程纤维增强水泥基复合材料。本发明韧性好，抗压、抗拉强度高，抗剪承载能力高，耐腐蚀性和耐火性能强，抗震性能好，疲劳使用寿命长；梁滑移监测装置结构简单，成本低廉，使用方便快捷，可靠性和灵敏度高。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法。
背景技术
型钢混凝土组合结构是在已配有一定横向箍筋及纵向架立钢筋的混凝土构件中配置型钢，以减小构件截面尺寸，增大构件刚度与承载力的一种组合结构形式。在混凝土梁体的内置H型钢上翼缘板、下翼缘之间合理布置并张拉预应力筋，产生预定量值的等效荷载，使得梁截面实际受到的净荷载效应明显减小的新型梁称为内置H型钢预应力混凝土梁。
内置H型钢预应力混凝土梁融合了型钢混凝土结构与预应力混凝土结构的优点：内置H型钢能保证型钢混凝土结构具有良好的延性和耗能能力；对型钢混凝土梁施加预应力后，可提高型钢混凝土梁的截面承载力、降低结构高度，使建筑净空要求更易满足，同时也可控制型钢混凝土梁的挠度和裂缝宽度。
因此，内置H型钢预应力混凝土梁能非常有效地适应现代建筑超高性能、集约化的发展趋势，满足现代结构对大跨度及抗震性能等的要求。另外，内置H型钢预应力混凝土组合梁中钢结构的刚度、强度及其结构形式可改善组合梁的施工条件、节约施工成本和加快施工进度，在地震区的高层建筑、大跨度桥梁工程、地下建筑和海洋工程等领域得到了广泛的应用。
内置H型钢预应力混凝土梁中，H型钢与混凝土之间存在以下三种粘结力:
(1)混凝土中水泥凝胶体与H型钢表面的化学胶着力或粘结力；
(2)H型钢与混凝土接触面上的摩阻力；
(3)H型钢表面粗糙不平的机械咬合作用。
上述3种粘结作用使得H型钢与混凝土连接面上能实现应力传递，从而在H型钢与混凝土中建立起结构承载所需的工作应力使H型钢与混凝土结为整体而共同工作。
与钢筋混凝土结构相比，内置H型钢预应力混凝土梁的显著区别之一是：H型钢与混凝土之间的粘结作用远远小于钢筋(尤其是变形钢筋)与混凝土之间的粘结作用。国内外的试验研究表明:H型钢与混凝土之间的粘结作用只相当于光圆钢筋与混凝土之间粘结作用的45％。对于设置足够数量剪切连接件的实腹式H型钢预应力混凝土梁，从开始加载直到梁破坏，其整体工作基本都能得到保证；对于未设置剪切连接件的H型钢预应力混凝土梁，在荷载约达到其极限荷载的80％以后，H型钢与混凝土之间会产生较大的相对滑移，二者变形不能协调一致，且在梁端处H型钢上翼缘板与混凝土之间的滑移程度最大，在跨中位置处，下翼缘板滑移表现较明显，最大滑移量位于弯剪区距离支座一小段距离位置，临近梁支座一段距离的滑移量变化比较均匀平缓，并且这段区域的滑移量占整梁跨滑移量的比重最大。
内置H型钢预应力混凝土梁的结构、H型钢与混凝土之间的粘结滑移是影响内置H型钢预应力混凝土梁的受力性能、破坏形态、承载能力、裂缝、变形以及耐久性的主要因素。
现有内置H型钢预应力混凝土梁结构中，梁体都是使用普通混凝土浇筑，而传统的普通混凝土具有材料脆性大，抗压、抗拉强度低、抗剪承载力低，开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷，力学性能差。
目前，对内置H型钢预应力混凝土梁滑移监测的方法主要有光纤光栅(fiberBragg grating)传感技术、声学(acoustic)或超声(ultrasonic)损伤监测技术等。但这些监测技术都要求测试者具有扎实的知识基础和相当丰富的工作经验，且因存在监测过程复杂、操作繁琐等缺陷而受到很大的应用限制。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法，内置H型钢预应力混凝土梁韧性好，抗压、抗拉强度高，抗剪承载能力高，耐腐蚀性和耐火性能强，抗震性能好，疲劳使用寿命长；梁滑移监测装置结构简单，成本低廉，使用方便快捷，可靠性和灵敏度高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种内置H型钢预应力混凝土梁，包括混凝土及该混凝土内的H型钢，所述H型钢包括上翼缘板、下翼缘板、连接上翼缘板和下翼缘板的腹板；其结构特点是上翼缘板上表面设有位于上翼缘板纵向中心线上的多个第一压电陶瓷片，下翼缘板下表面设有位于下翼缘板纵向中心线上的多个第二压电陶瓷片；上翼缘板上方的混凝土内埋设有与第一压电陶瓷片一一对应的第一压电智能骨料，下翼缘板下方的混凝土内埋设有与第二压电陶瓷片一一对应的第二压电智能骨料，各第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第一压电智能骨料、第二压电智能骨料均与一对应的数据传输线一端相连，各数据传输线的另一端穿出混凝土。
智能骨料的发展为土木工程结构实现长期健康监测提供了新的途径，其中以压电陶瓷(PZT)为代表的压电智能材料具有集传感和驱动为一体的优越特性，既可以贴在结构表面也可以埋在结构内部，既是混凝土结构健康监测的智能元件又具有普通骨料的功能，很好地解决了压电传感器与主体结构相结合时出现的各种问题。而且由于其具有成本低廉、响应速度快、频响范围广以及线性关系好、稳定性和耐久性好、灵敏度高、易于加工成型等优点，使得其在长期实时主动监测领域实现了提高安全指数、减轻质量、降低能耗、提高结构性能等目标，因而在土木工程结构健康监测领域存在巨大的应用潜力。
本发明基于压电智能骨料对内置H型钢预应力混凝土梁的滑移进行实时监测，对结构的滑移损伤情况进行全过程的动态实时监控，实施起来简单快捷、成本低廉。
作为一种优选方式，所述混凝土为工程纤维增强水泥基复合材料。
工程纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Compsites，简称ECC)是一种具有高延性、高韧性和多缝开裂特征的纤维增强水泥基复合材料。它是由水泥、矿物掺合料以及平均粒径不大于0.15mm的石英砂作为基体，掺入乱向分布的高强和高弹模的短纤维材料做增韧材料复合而成。ECC克服了传统的普通混凝土材料脆性大、抗拉强度低、开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷，具有良好的力学性能：抗压、抗拉性能好(极限拉应变超过5％，几乎是普通混凝土的500倍，抗压应变较普通混凝土提高约50％～100％)；抗剪承载力高(比普通混凝土高出42.67倍)；由于使用了高弹、高韧的有机纤维做增强材，增强材料的粘结作用大大提高了其致密程度和抗裂性能，从而表现出良好的抗冻融性和抗渗性能；由于ECC内部还有部分未发生水化作用的水泥基体，且纤维在高温下溶解可形成水蒸气迁移通道，故还具有自愈合以及优异的耐火隔热性能；超高韧性使其有着优异的裂缝宽度控制能力，大大改善了水泥基材料的抗裂性能，从而使得ECC有望成为解决工程结构耐久性问题的新型建筑材料。ECC是一种性能卓越且具有重大技术突破的新型建筑复合材料，在抗震结构、大变形结构、抗冲击结构以及收缩、冻融、疲劳及潮湿环境下能表现出良好的性能。
进一步地，所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的表面均覆盖有防水绝缘层。
作为一种优选方式，所述防水绝缘层的厚度为0.2～0.5mm。
作为一种优选方式，所述防水绝缘层的材料为硅胶。
作为一种优选方式，所述H型钢的钢材型号为Q235。
作为一种优选方式，所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的材料均为PZT4压电材料。
作为一种优选方式，所述第一压电智能骨料位于对应的第一压电陶瓷片正上方20～30mm处，所述第二压电智能骨料位于对应的第二压电陶瓷片正下方20～30mm处。
作为一种优选方式，所述第一压电陶瓷片一一对应置于上翼缘板上表面纵向中心线上开设的多个凹槽内，所述第二压电陶瓷片一一对应置于下翼缘板纵向中心线上开设的多个凹槽内。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种内置H型钢预应力混凝土梁制备方法，包括步骤1).绑扎钢筋笼；步骤2).将H型钢置于钢筋笼内；步骤3).对钢筋笼浇筑混凝土，
所述步骤2中还包括：在H型钢的上翼缘板上表面固设位于上翼缘板纵向中心线上的多个第一压电陶瓷片，在H型钢的下翼缘板下表面固设位于下翼缘板纵向中心线上的多个第二压电陶瓷片，在H型钢的上翼缘板上方固设与第一压电陶瓷片一一对应的第一压电智能骨料，在H型钢的下翼缘板下方固设与第二压电陶瓷片一一对应的第二压电智能骨料；将各第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片、第一压电智能骨料、第二压电智能骨料分别与一对应的数据传输线一端相连；
所述步骤3中，浇筑混凝土后，各数据传输线的另一端均穿出混凝土。
作为一种优选方式，所述步骤3中，浇筑的混凝土为工程纤维增强水泥基复合材料。
进一步地，所述步骤2中还包括：在第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片的表面覆盖防水绝缘层。
作为一种优选方式，所述步骤2中，将第一压电智能骨料设于对应的第一压电陶瓷片正上方20～30mm处，将第二压电智能骨料设于对应的第二压电陶瓷片正下方20～30mm处。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种所述内置H型钢预应力混凝土梁的滑移监测装置，包括任意波形发生器、信号采集器和计算机，各第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片均通过对应的数据传输线与任意波形发生器电连接，各第一压电智能骨料和第二压电智能骨料均通过对应的数据传输线与信号采集器的输入端电连接，信号采集器的输出端与计算机电连接。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种采用所述内置H型钢预应力混凝土梁滑移监测装置进行监测的方法，包括以下步骤：
步骤A.任意波形发生器发出正弦波周期信号，该正弦波周期信号激励各第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片产生应力波；
步骤B.应力波在被监测内置H型钢预应力混凝土梁内传播，并经由H型钢与混凝土的交界面到达对应的第一压电智能骨料和第二压电智能骨料；
步骤C.第一压电智能骨料和第二压电智能骨料将接收到的应力波信号转变成电信号，该电信号经由信号采集器采集后传送至计算机。
进一步地，还包括步骤D.计算机利用接收到的监测信号计算梁滑移程度损伤指标AVC并利用AVC定义内置H型钢预应力混凝土梁的滑移程度；其中，Ai为各第一压电智能骨料和第二压电智能骨料接收到的正弦信号的频域幅值，为各第一压电智能骨料和第二压电智能骨料接收到的正弦信号的频域幅值平均值，i为各第一压电智能骨料和第二压电智能骨料对应的编号，n为第一压电智能骨料和第二压电智能骨料的总数目。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用工程纤维增强水泥基复合材料作为H型钢的外包材料并张拉预应力筋，能够充分发挥其特有的韧性、抗压性能以及后张预应力筋的抗拉性能，同时通过H型钢改善预应力混凝土组合梁的延性，显著增强了结构的强度、韧性，提高了结构的耐腐蚀性和耐火性能以及高层结构的抗震性能、延长了结构的疲劳使用寿命；同时通过减轻自重和减少配筋数量，提高了型钢组合梁的跨越能力，从而使得型钢混凝土组合梁适应大跨、重载的发展前景。
(2)将压电陶瓷智能材料与内置H型钢预应力工程纤维增强水泥基复合材料组合梁相结合，并在加载受力时对结构的滑移损伤情况进行全过程的动态实时监控，监测装置具有及时预警、反馈结构健康状况的功效，实施起来简单快捷、成本低廉、可靠性和灵敏度高，具有工程实践意义和经济意义。
附图说明
图1为本发明内置H型钢预应力混凝土梁结构示意图。
图2为图1的横截面结构图。
图3为本发明监测装置结构示意图。
图4为本发明梁制作流程及滑移监测流程图。
其中，1为混凝土，2为H型钢，201为上翼缘板，202为下翼缘板，203为腹板，3为第一压电陶瓷片，4为第二压电陶瓷片，5为第一压电智能骨料，6为第二压电智能骨料，7为任意波形发生器，8为信号采集器，9为钢筋笼，901为架立钢筋，902为箍筋，10为计算机，11为波纹管，12为预应力筋。
具体实施方式
如图1和图2所示，内置H型钢预应力混凝土梁包括混凝土1及该混凝土1内的H型钢2，所述H型钢2包括上翼缘板201、下翼缘板202、连接上翼缘板201和下翼缘板202的腹板203；上翼缘板201上表面设有位于上翼缘板201纵向中心线上的沿跨径方向布置的多个第一压电陶瓷片3，下翼缘板202下表面设有位于下翼缘板202纵向中心线上的沿跨径方向布置的多个第二压电陶瓷片4；上翼缘板201上方的混凝土1内埋设有与第一压电陶瓷片3一一对应的第一压电智能骨料5，下翼缘板202下方的混凝土1内埋设有与第二压电陶瓷片4一一对应的第二压电智能骨料6，各第一压电陶瓷片3、第二压电陶瓷片4、第一压电智能骨料5、第二压电智能骨料6均与一对应的数据传输线一端相连，各数据传输线的另一端穿出混凝土1。
H型钢2的凹槽内粘贴并封装的第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4作为信号驱动器，梁体内的第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6作为信号传感器。
位于H型钢2上方的各对第一压电陶瓷片3和第一压电智能骨料5主要用于监测支座附近的滑移状况，位于H型钢2下方的各对第二压电陶瓷片4和第二压电智能骨料6主要用于监测跨中附近区域的滑移状况。
所述混凝土1为工程纤维增强水泥基复合材料。所述工程纤维增强水泥基复合材料通过三种粘结作用与H型钢2固定连接。
所述工程纤维增强水泥基复合材料的配比为：水泥586.0kg/m3；粉煤灰58.6kg/m3；高效减水剂3.9kg/m3；石英砂1458.0kg/m3；水232.0kg/m3；水胶比0.36；PVA体积掺量1.2％。其中胶凝材料由P.O42.5级普通硅酸盐水泥和I级粉煤灰组成，集料是细度模数为4.8、最大粒径0.6mm的洁净河沙，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，PVA纤维采用K-IIREC15型PVA纤维，长度12mm，直径0.039mm，抗压强度1620MPa，弹性模量42.8GPa，极限延伸率7％。
所述第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4的表面均覆盖有防水绝缘层。所述防水绝缘层的厚度为0.2～0.5mm。所述防水绝缘层的材料为硅胶，即第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4通过防水绝缘材料硅胶进行封装，硅胶层的厚度为0.2～0.5mm。
所述H型钢2的钢材型号为Q235，规格为H×B×t1×t2＝100mm×100mm×6mm×8mm。
所述第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4的材料均为PZT4压电材料。
所述第一压电智能骨料5位于对应的第一压电陶瓷片3正上方20～30mm(优选为25mm)处，所述第二压电智能骨料6位于对应的第二压电陶瓷片4正下方20～30mm(优选为25mm)处。
所述第一压电陶瓷片3一一对应粘贴并封装于上翼缘板201上表面纵向中心线上沿跨径方向开设的多个凹槽内，所述第二压电陶瓷片4一一对应粘贴并封装于下翼缘板202纵向中心线上沿跨径方向开设的多个凹槽内。
如图3所示，针对所述内置H型钢预应力混凝土梁的滑移监测装置包括任意波形发生器7、信号采集器8和计算机10，各第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4均通过对应的数据传输线与任意波形发生器7电连接，各第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6均通过对应的数据传输线与信号采集器8的输入端电连接，信号采集器8的输出端与计算机10电连接。
任意波形发生器7发出的正弦波激励信号的频率为6kHz、幅值为8V。
如图3和图4所示，内置H型钢预应力混凝土梁制备方法包括：
步骤1).绑扎钢筋笼9。具体地，绑扎由4根的架立钢筋901和的HPB235箍筋902组成的钢筋笼9。孔道成型采用内径为50mm的波纹管11，沿梁纵向固定好波纹管11的位置；支模版固定尺寸使得内置H型钢预应力混凝土梁全长2m，横截面尺寸b×h＝150mm×230mm。
步骤2).
首先，用无菌棉球蘸取无水酒精或者丙酮将压电陶瓷片PZT的表面清洁干净，静置，待压电陶瓷片自然干燥后，用适量导电胶均匀涂抹0.01mm厚的铜箔，并将其与PZT裸片粘贴完好，一根导线直接焊接在压电陶瓷片的正表面上、另一根导线焊接在外露的铜箔表面，焊点应尽量保持薄且平整，再在屏蔽线的另外一端连接好BNC接头。
然后，在型号为Q235、规格为H×B×t1×t2＝100mm×100mm×6mm×8mm的H型钢2上翼缘板201上表面、下翼缘板202下表面纵向中心线位置处沿梁的跨径方向开设多个与PZT片大小匹配的凹槽。将环氧树脂(粘接剂)和聚酰胺树脂(固化剂)按1:1比例调和，均匀涂抹在压电陶瓷片的铜箔反面，再将粘贴在一起的压电陶瓷片和铜箔片粘贴到H型钢2上提前开凿好的凹槽内，用手轻按，保证驱动器与结构的充分贴合，并压上合适重量的重物待环氧树脂固化。再在其表面均匀涂抹适当厚度(0.2mm～0.5mm)的硅胶作为防水层封装，并在自然环境中风干24～48h。
最后，将H型钢2置于钢筋笼9内；在钢筋笼9箍筋902内部沿内置H型钢预应力混凝土梁纵向中心线所封装的第一压电陶瓷片3正上方和第二压电陶瓷片4正下方25mm处用细钢丝固定用作传感器的压电智能骨料SA(Smart Aggregate)，引出所有信号传输线，并对第一压电陶瓷片3、第二压电陶瓷片4、第一压电智能骨料5、第二压电智能骨料6分别依次编号，做好记录。
步骤3).对绑扎钢筋笼9以及模板详细检查后按相关工艺制备并对钢筋笼9浇筑ECC混凝土1。具体地，先将水和减水剂充分融合，然后再将称量好的砂、胶凝材料(水泥和粉煤灰)倒入搅拌机内，混合低速干拌2～3min；然后加入融合后的减水剂和水，低速搅拌2min，待搅拌均匀后将PVA纤维沿着搅拌桶旋转的方向渐渐加入，纤维全部加入后先低速搅拌5min，之后再高速搅拌5min，直至纤维均匀分布，慢速将浆体注入备好钢筋笼9的模板中，浆体分两层进行浇筑，每浇筑一层应在高频振动台上振实30s，待装模完成后再振实30s。试件自然成型24h后拆模，送入标准养护室(温度20±2℃，相对湿度95％)至28天后养护完成。养护至指定天数之后，对梁体的预应力筋12采用后张法工艺进行张拉至指定的当量值并灌浆，在所灌的水泥浆达到要求强度之后，对锚固端进行封锚处理。其中，在H型钢2上翼缘板201与下翼缘板202之间布置的两根预应力筋12均采用抗拉强度标准值为fptk＝1860N/mm2的钢绞线。
浇筑混凝土1后，各数据传输线的另一端均穿出混凝土1。浇筑的混凝土1为工程纤维增强水泥基复合材料。
至此，H型钢2与混凝土1通过两者之间的三种粘结作用以及与预应力筋12的相互作用连成整体共同工作，组成一种基于压电陶瓷的内置H型钢-预应力工程纤维增强水泥基复合材料组合梁。
当对该组合梁进行滑移检测时，将粘贴于H型钢2上翼缘板201凹槽内的第一压电陶瓷片3、粘贴于H型钢2下翼缘板202凹槽内的第二压电陶瓷片4引出的屏蔽线通过BNC接头与任意波形发生器7相连，将第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6通过BNC接头与信号采集器8连接；同时将信号采集器8经由USB数据线连接到计算机10。
如图4所示，采用所述内置H型钢预应力混凝土梁滑移监测装置进行监测的方法，包括以下步骤：
步骤A.任意波形发生器7发出频率为6kHz、幅值为8V的正弦波周期信号，该正弦波周期信号激励各第一压电陶瓷片3和第二压电陶瓷片4产生应力波；
步骤B.应力波在被监测内置H型钢预应力混凝土梁内传播，并经由H型钢2与混凝土1的交界面到达对应的第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6；
步骤C.第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6将接收到的应力波信号转变成电信号，该电信号经由信号采集器8采集后传送至计算机10。
步骤D.计算机10完成对接收到的监测信号的滤波处理及存储分析，并利用监测信号进行统计分析，利用接收到的监测信号计算梁滑移程度损伤指标AVC并利用AVC定义内置H型钢预应力混凝土梁的滑移程度。其中AVC是基于信号频域幅值的变异系数缺陷识别指标。
其中，Ai为各第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6接收到的正弦信号的频域幅值，为各第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6接收到的正弦信号的频域幅值平均值，即，i为各第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6对应的编号，n为第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6的总数目。
当部分传感器(第一压电智能骨料5和第二压电智能骨料6)处于被测结构滑移位置时，其所接收到的正弦信号幅值将远远小于无滑移缺陷处的信号幅值，各传感器的信号幅值的离散性也会大大超过正常水平，AVC值也会明显偏大，由此可判断滑移缺陷的存在并对其进行定位。H型钢2与ECC之间未发生滑移时，AVC的值为0；发生滑移时，AVC的值随着H型钢2与ECC之间滑移程度的加剧而变大。
实际表明：可以以AVC值为10％作为界限，10％以内表示粘结情况良好，结构处于健康状况；当AVC的取值大于10％时，进入预警状态；当AVC的值大于45％时，表示结构完全失效。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内置H型钢预应力混凝土梁，包括混凝土(1)及该混凝土(1)内的H型钢(2)，所述H型钢(2)包括上翼缘板(201)、下翼缘板(202)、连接上翼缘板(201)和下翼缘板(202)的腹板(203)；其特征在于，上翼缘板(201)上表面设有位于上翼缘板(201)纵向中心线上的多个第一压电陶瓷片(3)，下翼缘板(202)下表面设有位于下翼缘板(202)纵向中心线上的多个第二压电陶瓷片(4)；上翼缘板(201)上方的混凝土(1)内埋设有与第一压电陶瓷片(3)一一对应的第一压电智能骨料(5)，下翼缘板(202)下方的混凝土(1)内埋设有与第二压电陶瓷片(4)一一对应的第二压电智能骨料(6)，各第一压电陶瓷片(3)、第二压电陶瓷片(4)、第一压电智能骨料(5)、第二压电智能骨料(6)均与一对应的数据传输线一端相连，各数据传输线的另一端穿出混凝土(1)。
2.如权利要求1所述的内置H型钢预应力混凝土梁，其特征在于，所述混凝土(1)为工程纤维增强水泥基复合材料。
3.如权利要求1或2所述的内置H型钢预应力混凝土梁，其特征在于，所述第一压电智能骨料(5)位于对应的第一压电陶瓷片(3)正上方20～30mm处，所述第二压电智能骨料(6)位于对应的第二压电陶瓷片(4)正下方20～30mm处。
4.如权利要求1或2所述的内置H型钢预应力混凝土梁，其特征在于，所述第一压电陶瓷片(3)一一对应置于上翼缘板(201)上表面纵向中心线上开设的多个凹槽内，所述第二压电陶瓷片(4)一一对应置于下翼缘板(202)纵向中心线上开设的多个凹槽内。
5.一种内置H型钢预应力混凝土梁制备方法，包括步骤1).绑扎钢筋笼(9)；步骤2).将H型钢(2)置于钢筋笼(9)内；步骤3).对钢筋笼(9)浇筑混凝土(1)，其特征在于，
所述步骤2中还包括：在H型钢(2)的上翼缘板(201)上表面固设位于上翼缘板(201)纵向中心线上的多个第一压电陶瓷片(3)，在H型钢(2)的下翼缘板(202)下表面固设位于下翼缘板(202)纵向中心线上的多个第二压电陶瓷片(4)，在H型钢(2)的上翼缘板(201)上方固设与第一压电陶瓷片(3)一一对应的第一压电智能骨料(5)，在H型钢(2)的下翼缘板(202)下方固设与第二压电陶瓷片(4)一一对应的第二压电智能骨料(6)；将各第一压电陶瓷片(3)、第二压电陶瓷片(4)、第一压电智能骨料(5)、第二压电智能骨料(6)分别与一对应的数据传输线一端相连；
所述步骤3中，浇筑混凝土(1)后，各数据传输线的另一端均穿出混凝土(1)。
6.如权利要求5所述的内置H型钢预应力混凝土梁制备方法，其特征在于，所述步骤3中，浇筑的混凝土(1)为工程纤维增强水泥基复合材料。
7.如权利要求5或6所述的内置H型钢预应力混凝土梁制备方法，其特征在于，所述步骤2中，将第一压电智能骨料(5)设于对应的第一压电陶瓷片(3)正上方20～30mm处，将第二压电智能骨料(6)设于对应的第二压电陶瓷片(4)正下方20～30mm处。
8.一种如权利要求1至4任一项所述的内置H型钢预应力混凝土梁的滑移监测装置，其特征在于，包括任意波形发生器(7)、信号采集器(8)和计算机(10)，各第一压电陶瓷片(3)和第二压电陶瓷片(4)均通过对应的数据传输线与任意波形发生器(7)电连接，各第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)均通过对应的数据传输线与信号采集器(8)的输入端电连接，信号采集器(8)的输出端与计算机(10)电连接。
9.一种采用如权利要求8所述内置H型钢预应力混凝土梁滑移监测装置进行监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A.任意波形发生器(7)发出正弦波周期信号，该正弦波周期信号激励各第一压电陶瓷片(3)和第二压电陶瓷片(4)产生应力波；
步骤B.应力波在被监测内置H型钢预应力混凝土梁内传播，并经由H型钢(2)与混凝土(1)的交界面到达对应的第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)；
步骤C.第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)将接收到的应力波信号转变成电信号，该电信号经由信号采集器(8)采集后传送至计算机(10)。
10.如权利要求9所述的内置H型钢预应力混凝土梁滑移监测监测方法，其特征在于，还包括步骤D.计算机(10)利用接收到的监测信号计算梁滑移程度损伤指标AVC并利用AVC定义内置H型钢预应力混凝土梁的滑移程度；其中，Ai为各第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)接收到的正弦信号的频域幅值，为各第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)接收到的正弦信号的频域幅值平均值，i为各第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)对应的编号，n为第一压电智能骨料(5)和第二压电智能骨料(6)的总数目。
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 410076 No. 45, Chi Ling Road, Tianxin District, Changsha, Hunan Applicant after: Changsha University of Sciences and Technology Address before: 410014 No. 960, Second Section of Wanjiali South Road, Yuhua District, Changsha City, Hunan Province Applicant before: Changsha University of Sciences and Technology |