CN109799266A - 一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用碳纤维布测定混凝土损伤部位及程度的方法，利用碳纤维的导电性和压阻效应，对表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝两端电极施加一定电压，与计算机连接后，得到起爆前后表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝中电流的变化情况，建立数据库。本发明的目的是通过测量混凝土构件上表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝上的电流在遭受爆炸、碰撞等冲击作用前后的变化，智能判断冲击作用位置、毁伤破坏范围和程度，实现对混凝土结构健康状态的智能评估。

Description

一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法

技术领域

本发明涉及混凝土结构损伤测试技术领域，具体涉及一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法。

背景技术

在现代工程中混凝土作为一种优良的传统建筑材料被广泛应用，而对于处在恶劣环境中的钢筋混凝土结构(如沿海建筑、桥梁结构等)则容易出现混凝土材料本身的老化与破坏，恐怖袭击和意外爆炸事件更是对混凝土结构造成巨大损伤，因此国内外出现了各种工程重大事故，造成了巨大的安全问题与经济损失。急切需要研发出能够监测识别混凝土结构损伤与安全程度的技术。

近年来，学者们主要利用现代化工业自动化控制、通信技术、计算机网络技术等，对混凝土结构的外部变形进行监测与评估。在实际建筑物的应用中，由于工作环境、结构特点等的特殊性，诸如光纤率定等许多技术问题尚待解决和改进。此外，混凝土结构在受到冲击时存在内部损伤，无法表现出外部明显变形，现存技术对结构内部的损伤识别和安全评价仍存在很大困难。

碳纤维以其轻质高强、高弹模、耐腐蚀等优点，在结构加固中已得到广泛应用。另一方面，碳纤维还具有导电性和压阻效应，压阻效应使碳纤维作为结构材料的同时，也具有潜在的自传感功能，可以对结构的工作状态进行预警，已有学者在这方面进行了研究。

中国专利公开号108612338A介绍了一种压电材料和碳纤维复合布式的土木结构加固和监测装置和方法，该专利利用碳纤维布料对结构进行应力波的检测，从而对结构安全进行评估。

中国专利公开号CN104297458A提供了一种碳纤维混凝土损伤-电阻率关联关系测量方法，能够测量静态载荷作用下碳纤维混凝土材料的损伤-电阻率关联关系，测量结果比较准确。不足之处是由于水下冲击波是连续而非静态的，该专利需要使用非金属超声波检测仪，在涉水建筑物的使用环境中会因水流的流动变化而测量失准。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，利用碳纤维的导电性和压阻效应，对碳纤维束丝两端电极施加一定电压，与计算机连接后，得到起爆前后碳纤维束丝中电流的变化情况，建立数据库。通过测量混凝土构件上碳纤维束丝上的电流在遭受爆炸、碰撞等冲击作用前后的变化，智能判断冲击作用位置、毁伤破坏范围和程度，实现对混凝土结构健康状态的智能评估。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土结构的表面形状编织裁剪相应形状的碳纤维布，碳纤维布由两组碳

纤维束丝编织而成，每组碳纤维束丝中包括多条相互平行设置的普通碳纤维束丝，两组碳纤维束丝垂直(x，y方向)交叉编织，x方向的普通碳纤维束丝与混凝土结构的主要受力方向一致；

步骤二、在每组碳纤维束丝中间隔设置多条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝与组中其余普通碳纤维束丝平行，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端伸出碳纤维布，并使表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝在碳纤维布交叉节点处与其余普通碳纤维束丝绝缘；

步骤三、在表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端固定电极；

步骤四、将表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端电极与计算机连接，并在两个电极间施加电压U，测量两电极间的电流I；

步骤五、根据起爆前后表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的电流变化得到混凝土结构的损伤部位及范围。

进一步的，所述表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝中的绝缘涂层为氯丁胶。

进一步的，所述电极通过夹具与所述表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝固定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，无需借助于专门的损伤识别方法和干扰信号处理方法，利用碳纤维的导电性和压阻效应，对表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝两端电极施加一定电压，与计算机连接后，得到起爆前后表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝中电流的变化情况，建立数据库。通过测量混凝土构件上碳纤维束丝上的电流在遭受爆炸、碰撞等冲击作用前后的变化，智能判断冲击作用位置、毁伤破坏范围和程度，实现对混凝土结构健康状态的智能评估，实施起来经济便捷，对民生经济、国防安全等意义巨大。

2.本发明所述的一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，碳纤维布是一种柔性材料，适用范围广，形状多样，在一些特殊不规则结构上更能体现碳纤维的优势，这种材料的成型也很方便，可以适用各种结构、各种构件的任何部位，并且不影响结构的外观。

3.本发明所述的一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，在实现对混凝土结构损伤位置及损伤程度的确定的同时，利用碳纤维良好的力学性能、热容量较小和优秀的抗腐蚀性与辐射性，对混凝土结构进行加固，有效提高构件的承载力、抗腐蚀性、耐久性，且结构的自重不会有太多负担，有效保护混凝土结构的长期安全。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为利用碳纤维测混凝土结构损伤部位原理图。

其中：1、碳纤维布；2、表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝；3、普通碳纤维束丝；4、导线；5、计算机；6、混凝土结构；7、电极。

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。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明为一种利用碳纤维布测定混凝土损伤部位及损伤程度的方法。该方法利用碳纤维的导电性，通过碳纤维布1的两个垂直方向上的表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2形成的碳纤维网络实现混凝土损伤部位的定位，同时利用碳纤维优良的力学性能对混凝土结构起到防护加固作用，提高结构韧性、延性与耐久性。

如图1和图2所示，一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土结构6的表面形状编织裁剪相应形状的碳纤维布，碳纤维布1由两组碳纤维束丝编织而成，每组碳纤维束丝中包括多条相互平行设置的普通碳纤维束丝3，两组碳纤维束丝垂直(x，y方向)交叉编织，x方向的普通碳纤维束丝3与混凝土结构6的主要受力方向一致；

步骤二、在每组碳纤维束丝中间隔设置多条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2与组中其余普通碳纤维束丝3平行，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2的两端伸出碳纤维布1，并使表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2在碳纤维布1交叉节点处与其余普通碳纤维束丝3绝缘；

步骤三、在表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2的两端固定电极；

步骤四、将表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2的两端电极7与计算机5连接，并在两个电极间施加电压U，测量两电极间的电流I；

步骤五、根据起爆前后表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2中的电流变化得到混凝土结构6的损伤部位及范围。

本发明中，可将表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2用一定颜色标识出来，以便之后测量电流时能及时找到特定碳纤维束丝。表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2中的绝缘涂层为氯丁胶。电极7通过夹具与表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2固定。夹具可以是鳄鱼夹或U型叉。

多条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2间隔根据误差决定。本发明实施例中，根据混凝土结构6的表面形状编织裁剪相应形状的碳纤维布1并同时织入普通碳纤维束丝3和表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2，每组碳纤维束丝中每间隔5cm织入一条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2，碳纤维布1依照混凝土结构6的特定形状布置在其表面，多条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2同侧伸出端用导线5连接，以便对表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2形成的网络实时监控。

本发明的工作原理：当混凝土结构6受到损伤时，会对表层的碳纤维布1产生力的作用，造成束丝不同程度的损伤，或断裂或变形，由于碳纤维的导电性和压阻效应，碳纤维束丝的损伤变形会导致电阻产生变化，从而把混凝土结构6的损伤反映到电流变化上。在表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2的两端电极7上施加电压，得到起爆前后的电流大小，若无电流产生表明此条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2已完全断裂，因此在该列碳纤维布所处位置上存在混凝土结构6的损伤且处于爆炸损伤的核心位置，若存在电流但电流较起爆前明显减小表明此条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2上部分碳纤维断裂或变形，因此在该列碳纤维布所处位置上存在混凝土结构6的损伤且处于混凝土结构损伤范围的边缘位置；同样的方法得到垂直方向上表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝2的电流变化，测定该方向上混凝土的损伤位置及范围，由x、y两个方向的损伤范围交叉可大致得到混凝土结构的损伤部位及范围。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土结构的表面形状编织裁剪相应形状的碳纤维布，碳纤维布由两组碳纤维束丝编织而成，每组碳纤维束丝中包括多条相互平行设置的普通碳纤维束丝，两组碳纤维束丝垂直(x，y方向)交叉编织，x方向的普通碳纤维束丝与混凝土结构的主要受力方向一致；

步骤二、在每组碳纤维束丝中间隔设置多条表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝与组中其余普通碳纤维束丝平行，表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端伸出碳纤维布，并使表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝在碳纤维布交叉节点处与其余普通碳纤维束丝绝缘；

步骤三、在表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端固定电极；

步骤四、将表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的两端电极与计算机连接，并在两个电极间施加电压U，测量两电极间的电流I；

步骤五、根据起爆前后表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝的电流变化得到混凝土结构的损伤部位及范围。

2.根据权利要求1所述的利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，其特征在于：所述表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝中的绝缘涂层为氯丁胶。

3.根据权利要求1所述的利用碳纤维布来测定混凝土结构损伤的方法，其特征在于：所述电极通过夹具与所述表面带有绝缘涂层的碳纤维束丝固定。