CN108844820A - 一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环 - Google Patents

一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环 Download PDF

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鲁光涛
杨丹
王志刚
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Abstract

本发明公开了一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，包括锚环主体，所述锚环主体上设有安装槽，所述安装槽内设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上连接有引线，所述引线与阻抗仪连接。本发明的优点在于：其解决了传统钢筋预应力监测技术测量效率低，准确率差，以及无法实现实时在线监测的问题，不仅体积小、易于制造、操作简单，还能有效提高测量精度和效率，可以广泛用于钢筋预应力的在线监测中。

Description

一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体涉及一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环。
背景技术
在生产或者服役期间，由于土木结构发生各种损坏引起财产和生命安全损失的事件越来越多，为了确保土木结构在生产或者服役期间保持良好的健康状态，结构的健康监测必不可少。
预应力混凝土结构的预应力就是其中重要的检测指标之一，在生产过程中，由于钢筋预应力的损失得不到的监测致使生产出来的预应力混凝土结构强度不够，在使用中更易开裂和变形，危害人民的人身财产安全。
目前，钢筋预应力监测方法多采用局部探测加预测的方式，精度差而且不能实现对有效预应力的实时在线监测，因此研究更好的钢筋预应力监测方法和措施变得越来越重要。
发明内容
本发明针对传统钢筋预应力监测技术测量效率低，准确率差，以及无法实现实时在线监测的缺点，提供一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其装置体积小、易于制造、操作简单，能有效提高测量精度和效率，可以广泛用于钢筋预应力的在线监测中。
为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，包括锚环主体，所述锚环主体上设有安装槽，所述安装槽内设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片上连接有引线，所述引线与阻抗仪连接。
进一步地，所述安装槽内还设有AB环氧树脂胶，所述AB环氧树脂胶完全包裹压电陶瓷片和引线。
进一步地，所述安装槽上还设有盖板，所述盖板完全覆盖安装槽。
更进一步地，所述安装槽内还设有引线孔，所述引线穿过引线孔将压电陶瓷片与阻抗仪连通。
进一步地，所述阻抗仪上还连接有计算机。
作为优选项，所述盖板通过螺钉与锚环主体固定。
作为优选项，所述安装槽开口的一侧设有卡扣，所述盖板一端与卡扣卡接，另一端通过螺钉与锚环主体固定。
本发明的优点在于：其解决了传统钢筋预应力监测技术测量效率低，准确率差，以及无法实现实时在线监测的问题，不仅体积小、易于制造、操作简单，还能有效提高测量精度和效率，可以广泛用于钢筋预应力的在线监测中。
附图说明
图1为本发明的使用状态示意图；
图2为锚环主体的正剖示意图；
图3为锚环主体的俯视示意图；
图4为锚环主体的左视示意图；
图5为扫频范围为1MHz-5MHz时实验部件的电纳信号示意图；
图6为不同压缩载荷值时钢棒的压电导纳频谱变化示意图；
图7为承受不同压缩载荷值时钢棒的电导纳频谱示意图；
图8为谐振频率与压缩载荷的变化关系示意图。
图中：锚环主体1、安装槽2(其中：AB环氧树脂胶2.1、引线孔2.2、卡扣2.3)、压电陶瓷片3、引线4、阻抗仪5、盖板6、计算机7、夹片8、挡板9，钢筋10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1～4，一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，包括锚环主体1，所述锚环主体1上设有安装槽2，所述安装槽2内设有压电陶瓷片3，所述压电陶瓷片3上连接有引线4，所述引线4与阻抗仪5连接。所述阻抗仪5上还连接有计算机7。
所述安装槽2内还设有AB环氧树脂胶2.1，所述AB环氧树脂胶2.1完全包裹压电陶瓷片3和引线4。所述安装槽2上还设有盖板6，所述盖板6完全覆盖安装槽2。所述盖板6通过螺钉6.1与锚环主体1固定。所述安装槽2开口的一侧设有卡扣2.3，所述盖板6一端与卡扣2.3卡接，另一端通过螺钉6.1与锚环主体1固定。所述安装槽2内还设有引线孔2.2，所述引线4穿过引线孔2.2将压电陶瓷片3与阻抗仪5连通。
实际使用时：
测量时，预应力钢筋10上的载荷会以压缩载荷的形式传输到锚环主体1上，信号经过阻抗仪5和计算机7处理分析后即可实现钢筋应力的在线监测。
首先，形为六边形的锚环主体1，从某一侧面向下加工出两个矩形安装槽2，从锚环主体1左端面加工一个引线孔2.2；在锚环主体1下安装槽2的底面涂上环氧树脂胶水，并在胶水中平行放置两根光纤引线4，用于控制粘结层的厚度；然后将压电陶瓷片3置在涂有胶水的光纤引线4上面，轻轻按压，待胶水凝固后，将导线4别焊接在压电陶瓷片3正负两极，并从左侧的引线孔2.2引出，最后盖上盖板6，拧紧螺钉6.1，并做一定的密封处理。
将锚环主体1贴靠在设有通孔的挡板9上，加载钢筋10，钢筋10上的拉伸力载荷会通过夹片8施加到锚环主体1上，转化为对锚环主体1的不同压缩力载荷值，然后压电陶瓷片3会将锚环主体1的不同压缩应力状态以压电阻抗信号的方式通过引线4传输到压电阻抗仪5，经过压电阻抗仪5处理后的信号再传输到电脑7，处理分析后即可实现应力的在线监测。
本发明的压电阻抗特征频率偏移方法：
该方法通过粘贴于安装槽2内的压电陶瓷片3来实现应力的监测，其原理为：当锚环主体1压缩预应力增大时，由于锚环主体1刚度的减小会导致压电陶瓷片3电阻抗信号的特征频率成线性减小，利用压电陶瓷片3电阻抗信号的特征频率的变化就可以监测应力；
压电阻抗特征频率偏移方法将压电陶瓷片3电阻抗信号的谐振频率和反谐振频率作为特征频率，由于压电陶瓷片3敏感谐振的频率值很高，故扫描频率达到几兆赫兹。
实施例一：
如图5～7，测试以钢棒结构进行，钢棒长80mm，直径30mm，侧面铣出宽10mm的平面用于压电片的粘贴；压电片型号为PZT5，尺寸为35mm×7mm×1mm。选择阻抗仪的正弦交流激发电压为1V，扫频范围为1KHz-5MHz，结果如图5，发现试件的导纳虚部敏感频率在2MHz左右；
细化频率段为包含一对敏感峰值，结果如图6所示，实验证明：第一个敏感峰值频率为谐振频率，第二个敏感峰值频率为反谐振频率，而且当结构处于不同的压缩应力状态时，这两种敏感峰值变化趋势相同，即结构压缩应力越大，敏感峰值均像左偏移。
选择谐振频率为特征频率，细化频率范围取可以得到如图7所示结果。
对图8所示结果提取特征频率进行曲线拟合，建立曲线拟合公式。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：包括锚环主体(1)，所述锚环主体(1)上设有安装槽(2)，所述安装槽(2)内设有压电陶瓷片(3)，所述压电陶瓷片(3)上连接有引线(4)，所述引线(4)与阻抗仪(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述安装槽(2)内还设有AB环氧树脂胶(2.1)，所述AB环氧树脂胶(2.1)完全包裹压电陶瓷片(3)和引线(4)。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述安装槽(2)上还设有盖板(6)，所述盖板(6)完全覆盖安装槽(2)。
4.根据权利要求3所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述安装槽(2)内还设有引线孔(2.2)，所述引线(4)穿过引线孔(2.2)将压电陶瓷片(3)与阻抗仪(5)连通。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述阻抗仪(5)上还连接有计算机(7)。
6.根据权利要求5所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述盖板(6)通过螺钉(6.1)与锚环主体(1)固定。
7.根据权利要求6所述的一种基于压电阻抗特征频率偏移的钢筋预应力自检锚环，其特征在于：所述安装槽(2)开口的一侧设有卡扣(2.3)，所述盖板(6)一端与卡扣(2.3)卡接，另一端通过螺钉(6.1)与锚环主体(1)固定。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007144605A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Kazumasa Onishi 切削工具および機械加工装置
JP2008022378A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Epson Toyocom Corp 水晶振動片及びその製造方法
CN103041977A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 刘细宝 水密封装型超声清洗换能器
CN103808436A (zh) * 2014-02-26 2014-05-21 长沙理工大学 基于厚度切变型pzt的frp筋界面剪应力监测装置及方法
CN103883076A (zh) * 2014-02-26 2014-06-25 长沙理工大学 基于压电陶瓷的智能混杂复合frp预应力筋及其制备方法
CN204919994U (zh) * 2015-08-21 2015-12-30 北京市巧力神液压机具厂 一种螺套调整式锚具
CN105804325A (zh) * 2016-03-24 2016-07-27 扬州大学 预应力钢筋锚具及钢筋有效预应力实时监测系统
CN205655946U (zh) * 2016-05-04 2016-10-19 江南大学 一种基于压电材料的数显卡尺的测力装置
CN106093128A (zh) * 2016-07-28 2016-11-09 中国地震局地震研究所 纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统
CN206035991U (zh) * 2016-09-29 2017-03-22 大连理工大学 一种用于监测螺栓连接动态受力状况的智能螺栓装置
CN107529614A (zh) * 2017-09-29 2018-01-02 长安大学 一种预制装配式钢筋套筒连接件的健康监测系统及方法
CN207147569U (zh) * 2017-08-31 2018-03-27 武汉海创电子股份有限公司 一种高可靠高稳定超声流量传感器
CN107991006A (zh) * 2018-01-17 2018-05-04 华侨大学 施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器及其标定方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007144605A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Kazumasa Onishi 切削工具および機械加工装置
JP2008022378A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Epson Toyocom Corp 水晶振動片及びその製造方法
CN103041977A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 刘细宝 水密封装型超声清洗换能器
CN103808436A (zh) * 2014-02-26 2014-05-21 长沙理工大学 基于厚度切变型pzt的frp筋界面剪应力监测装置及方法
CN103883076A (zh) * 2014-02-26 2014-06-25 长沙理工大学 基于压电陶瓷的智能混杂复合frp预应力筋及其制备方法
CN204919994U (zh) * 2015-08-21 2015-12-30 北京市巧力神液压机具厂 一种螺套调整式锚具
CN105804325A (zh) * 2016-03-24 2016-07-27 扬州大学 预应力钢筋锚具及钢筋有效预应力实时监测系统
CN205655946U (zh) * 2016-05-04 2016-10-19 江南大学 一种基于压电材料的数显卡尺的测力装置
CN106093128A (zh) * 2016-07-28 2016-11-09 中国地震局地震研究所 纤维增强复合材料加固混凝土结构的结合面松动监测系统
CN206035991U (zh) * 2016-09-29 2017-03-22 大连理工大学 一种用于监测螺栓连接动态受力状况的智能螺栓装置
CN207147569U (zh) * 2017-08-31 2018-03-27 武汉海创电子股份有限公司 一种高可靠高稳定超声流量传感器
CN107529614A (zh) * 2017-09-29 2018-01-02 长安大学 一种预制装配式钢筋套筒连接件的健康监测系统及方法
CN107991006A (zh) * 2018-01-17 2018-05-04 华侨大学 施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器及其标定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
洪水棕: "《现代测试技术》", 31 May 2002, 上海交通大学出版社 *
王迎军: "《新型材料科学与技术 无机材料卷（中册）》", 31 October 2016, 华南理工大学出版社 *

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