CN209704067U - 一种利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于分析检测技术领域，尤其涉及一种利用碳纤维阻值变化的结构健康监测装置。所述建筑结构包括建筑体、涂胶层、碳纤维板，所述涂胶层涂覆在建筑体的表面，所述碳纤维板粘合在涂胶层上。所述装置包括电极、接线柱、电压表、电源、标准电阻、开关和底座等；所述电极对称设置在底座的两侧，所述电极上设置有电压表；所述接线柱对称设置在底座的两侧，所述两组电极之间设置有由导线连接的直流电源、标准电阻，所述标准电阻的两端设置有电压表，所述导线上设置有开关。本实用新型克服了检测时建筑结构的变化导致的碳纤维板电阻变化的非线性问题引起的检测值不准确，不能真正反应建筑结构健康状况的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于分析检测技术领域，尤其涉及一种利用碳纤维阻值变化的结构健康监测装置。
背景技术
当今，人们对于重大工程的安全监测与监控越来越重视。大型结构和基础设施的损伤积累和灾变行为日益突出。建筑结构的使用过程中在各种灾变因素的作用下不可避免的导致结构的损伤累积和抗力衰减，从而导致结构发生破坏，甚至引发灾难性的突发事故。
目前混凝土是土木工程中应用最为广泛的结构材料，而对混凝土结构的监测一般都是用声、光、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能方面的物理量，推定混凝土的强度、密实性、均匀性、以及存在的缺陷等。一般的监测方法包括回弹法、超声波法、射线法和垂直反射法等，但这些方法都有一定程度上缺陷，回弹法只能用于监测混凝土表面的质量；超声波法测试的数据受耦合条件和钢筋影响较为明显；垂直反射法要求反射震源和接收检波器必须具有短余震特性，并要解决好高频与大功率之间的矛盾；雷达法回波信号的识别度受混凝土中钢筋的影响。
现将碳纤维用于建筑结构健康监测，碳纤维材料本身有良好的导电性，具有自己的导电网格，当材料本身发生损伤时，导电网格被慢慢破坏，从而导致自身的导电性能下降，就会使材料本身的电阻发生不可逆的上升。例如，专利文献201410051693.7公开了一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法，其在TRC制作的过程中在织物网中的碳纤维上粘贴电极；通过动态检测智能TRC电阻率的变化，对结构中各区域应力、应变状况及分布的监测。然而，这种检测方法存在一些问题，当结构长期受外界作用时，会发生变形，长宽比会发生变化，此时碳纤维布会发生分层破坏、断裂，导致其导电形式发生变化，电阻的变化不再随应变线性变化，从而导致不能准确反映结构断裂破坏时的情况。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型旨在于提供一种利用碳纤维阻值变化的结构健康监测装置。本实用新型不仅利用碳纤维电阻的变化来监测建筑结构的健康状况以及损伤的发展情况；而且克服了检测过程中由于电阻非线性变化所带来不能真正反应建筑结构健康状况的问题。同时，本实用新型采用的碳纤维板具有较好的强度和刚度，可同时对建筑结构起到补强的作用。
为实现上述目的，本实用新型公开了下述技术方案：
首先，本实用新型公开了一种适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构，包括建筑体、涂胶层和碳纤维板，所述涂胶层涂覆在建筑体的表面，所述碳纤维板粘合在涂胶层上；所述涂胶层为环氧树脂粘合剂。
进一步地，所述碳纤维板的材质包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或酚醛基碳纤维等。
本实用新型的这种建筑结构将碳纤维板利用胶状环氧树脂粘合剂粘贴在建筑上，能够防止检测过程中碳纤维板分层破坏，电阻值发生非线性变化，引起的检测值不准确，不能真正反应建筑结构健康状况的问题。因为现有技术中采用的直接将碳纤维布分多层贴合在建筑体上的方法，当结构发生破坏时，碳纤维布的阻值容易出现非线性变化，对结构的破坏分析容易造成影响。现有的TRC建筑结构，无论是制备工艺的复杂性、成本，还是施工的便捷性都不及本实用新型优势，本实用新型的这种建筑结构可以在现场根据需要，进行碳纤维板的布置，方便快捷的同时，能够保证建筑结构的变化与碳纤维板的变化之间的同步性，防止出现碳纤维板电阻变化的非线性问题，确保检测结果的准确性。另外，本实用新型的碳纤维板并未像TRC一样被包埋在建筑体内部，这样可以在后期的目视检查中直接检测两者之间的结合情况，如若出现有粘接脱落等现象，可以及时进行修补，避免建筑体和碳纤维板之间的同步性受到影响，从而导致检测结果不准确。
其次，本实用新型公开了一种利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置，包括电极、接线柱、第一电压表、直流电源、第二电压表、标准电阻、开关和底座。
所述电极为两组，对称设置在底座的两侧，所述电极上设置有第一电压表。检测时，所述两组电极分别与本实用新型所述的建筑结构中的碳纤维板的两端连通。
所述接线柱为两组，对称设置在底座的两侧，所述两组电极之间设置有由导线连接的直流电源、标准电阻，所述标准电阻的两端设置有第二电压表，所述导线上设置有开关。检测时，用导线将两组电极分别与所述的两组接线柱相连通。
再次，本实用新型公开上述利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的原理，包括如下步骤：
(1)首先将两组电极分别与本实用新型所述的建筑结构中的碳纤维板的两端连通，然后用导线将两组电极分别与所述的两组接线柱相连通，闭合开关，开始检测；
(2)通过记录碳纤维板的电阻值，绘制电阻的变化曲线，可以清晰的反映出结构发生变形破坏的过程，当电阻发生急剧的不可逆的上升时，说明结构已发生较严重的破坏。
对建筑结构的监测主要是结构受力作用下的弯折损坏情况。碳纤维板和建筑结构紧密结合，当结构在外界各种不可抗的因素下发生弯折损伤，出现裂缝等破坏时，同时也会导致碳纤维板同步的出现损伤，根据损伤的程度，使其导电网格出现不同程度的破坏，从而致使电阻增大。
最后，本实用新型公开了上述利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置在建筑工程领域中的应用。
与现有技术相比，本实用新型取得了以下有益效果：
(1)本实用新型的这种建筑结构将碳纤维板利用胶状环氧树脂粘合剂粘贴在建筑上，能够防止检测过程中建筑结构的变化所导致的碳纤维板电阻变化的非线性问题，引起的检测值不准确，不能真正反应建筑结构的健康状况的问题。
(2)碳纤维板不仅具有良好导电性性能，可用监测结构健康状况外，碳纤维板的强度和刚度还可对结构起到补强作用，延长结构使用寿命，且不改变结构的形状及重量。
(3)本实用新型通过将碳纤维板设置在建筑体的外部，在使用初期，可通过目视观察碳纤维板的外形，观察碳纤维板与结构的粘结情况；在结构损伤初期，碳纤维板出现轻微损伤，电阻值有小幅增加；当结构的损伤程度达到破坏，结构出现断裂时，则碳纤维板也会出现弯折，导电网格遭到严重破坏，电阻值大大增加，发生不可逆的上升，此时变形处于破坏状态。
(4)本实用新型利用碳纤维电阻值的变化监测建筑结构弯折的损伤情况，避开了传统方法的各种缺陷，不用收集大量样本数据，且监测结果不受结构内部钢筋等材料的干扰，外界条件的影响干扰也较小，结果精确，同时，本实用新型实现了对建筑结构的实时监测，可收集大量数据材料，为以后的结构优化、研究提供了可靠的数据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本实用新型适用于碳纤维阻值变化健康状况的建筑结构的结构示意图。
图2为本实用新型利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置的结构示意图。
附图中标记分别代表：1-建筑体、2-涂胶层、3-碳纤维板、4-电极、5-接线柱、6-第一电压表、7-直流电源、8-第二电压表、9-标准电阻、10-开关、11-底座、12-导线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，建筑结构的使用过程中在各种灾变因素的作用下不可避免的导致结构的损伤累积和抗力衰减，从而导致结构发生破坏，甚至引发灾难性的突发事故。因此，本实用新型提出了一种利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置及方法；现结合附图及具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。
实施例1
如图1所示，一种适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构，包括建筑体1、涂胶层2和碳纤维板3，所述涂胶层2涂覆在建筑体1的表面，所述碳纤维板3粘合在涂胶层 2上；所述涂胶2层为环氧树脂粘合剂。本实用新型的这种建筑结构将碳纤维板利用胶状环氧树脂粘合剂粘贴在建筑上，能够防止检测过程中建筑结构的变化导致的碳纤维板电阻变化非线性的问题，引起的检测值不准确，不能真正反应建筑结构的健康状况的问题。
实施例2
如图1所示，一种适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构，包括建筑体1、涂胶层2和碳纤维板3，所述涂胶层2涂覆在建筑体1的表面，所述碳纤维板3粘合在涂胶层 2上；所述涂胶2层为环氧树脂粘合剂。所述碳纤维板的材质包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或酚醛基碳纤维等。
实施例3
如图2所示，一种利用碳纤维阻值变化监测建筑结构健康状况的装置，包括电极4、接线柱5、第一电压表6、直流电源7、第二电压表8、标准电阻9、开关10和底座11。
所述电极4为两组，对称设置在底座11的两侧，所述电极上设置有第一电压表6。检测时，所述两组电极分别与实施例1所述的建筑结构中的碳纤维板3的两端连通。
所述接线柱5为两组，对称设置在底座11的两侧，所述两组电极之间设置有由导线连接的直流电源7、标准电阻9，所述标准电阻9的两端设置有第二电压表8，所述导线上设置有开关10。检测时，用导线12将两组电极分别与所述的两组接线柱相连通。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构，其特征在于，所述建筑结构包括建筑体、涂胶层、碳纤维板，所述涂胶层涂覆在建筑体的表面，所述碳纤维板粘合在涂胶层上；所述涂胶层为环氧树脂粘合剂。
2.如权利要求1所述的适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构，其特征在于，所述碳纤维板的材质包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维。
3.利用碳纤维阻值变化监测如权利要求1所述适用于碳纤维阻值变化监测健康状况的建筑结构健康状况的装置，其特征在于，所述装置包括电极、接线柱、第一电压表、直流电源、第二电压表、标准电阻、开关和底座；
所述电极为两组，对称设置在底座的两侧，所述电极上设置有第一电压表；
所述接线柱为两组，对称设置在底座的两侧，所述两组电极之间设置有由导线连接的直流电源、标准电阻，所述标准电阻的两端设置有第二电压表，所述导线上设置有开关。
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