一种混凝土板层间通缝的监测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种混凝土板层间通缝的监测方法和装置，所述方法将PZT型智能钢筋埋入施工时的混凝土板中同时作为结构承力构件或者分布钢筋；PZT型智能钢筋上设有一组或多组压电陶瓷片组相隔一定距离，每一组均设为信号发射传感器或信号接收传感器，发射用压电陶瓷片组、接收用压电陶瓷片组中的压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置；发射用压电陶瓷片组根据信号发生加载的超声电波产生超声应力导波，接收用压电陶瓷片组接收超声应力导波并转换成超声电波传回信号接收器，依据接收到的超声导波的信号幅值变化及波包峰到达时间的变化监测混凝土板中有无层间通缝损伤发生。本发明专利技术能够实现实时持续有效监测混凝土板层间缝隙。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混凝土缝隙检测
，具体地，涉及一种混凝土板层间通缝的监测方法和装置。
技术介绍
随着我国社会经济的不断发展，各种大型复杂工程的不断涌现，钢筋混凝土结构因其承载能力强，材料性能稳定，制造相对容易被用于各类大型重要建筑，如多层及高层民用建筑、桥梁、地铁、高铁、核电站等。随之结构的安全问题也受到了人们的广泛重视。在一些混凝土结构的浇筑过程中，需分层施工，层与层之间的结合部位成为整体结构相对薄弱的部位。在各种静力荷载和动力荷载的相互作用下，层之间很可能会发生层间通缝或者两层脱空。如用于高铁建设的无砟轨道，CA砂浆层调整层是位于轨道板和混凝土道床之间的结构层，起到支撑和调整承力和传力以及隔震和减震作用，根据国内无砟轨道损伤的研究显示，CA砂浆层与轨道板剥离与脱空是其常见的病害之一。结构分层之间的通缝使结构耐久性降低，结构的抗力随时间衰减，可靠度也相应地降低，使得混凝土结构在使用性和安全性上存在着极大的隐患。近年来，土木工程结构健康监测技术逐渐成为学术界的研究热点。智能材料结构在工程领域的成功应用，为实现真正意义上的结构健康监测提供了有效的途径。目前常用检测混凝土结构裂缝的方法主要有光纤监测、声发射监测与超声监测等。光纤传感器是近十多年来迅速发展起来的一种新型传感器。基本传感原理是当光波在光纤中传输时，表征光波的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)会由于被测量(如应变、位移、温度、压力、加速度、电场等)对光纤的作用而发生变化，从而引起光波的强度、干涉效应、偏振面发生变化，使光波成为被调制的信号，再经过光探测器和调制解调器后实现对建筑结构的监测。此外还有声发射与超声波法。声发射也称应力波发射，作为一种常用的无损监 测技术已经有30多年的历史。结构在受力过程中会释放出能量，一些损伤历程如结构开裂等都伴随着声能的释放，换能器可将接收到的声信号转换成电信号进行分析，通过监测和记录这种声波便可得到结构中的缺陷和裂缝损伤的发生及发展状况，并通过具体算法确定他们的所在位置。声发射法需要进行连续监测，易受环境噪音干扰。超声波方法是一种主动监测方法，利用超声波探头发射与接收超声波，利用超声波在混凝土中的波速变化等对混凝土的损伤进行判断，检测虽然简单方便，但是精确度不高。经检索，公开号为CN103575805A(申请号201210278485.1)的中国专利技术专利申请，该专利技术公开一种混凝土中钢筋锈蚀超声监测传感器及用法，该传感器设有钢筋，钢筋的一端设有发射用压电陶瓷柱，用于发射超声波，钢筋的另一端设有接收用压电陶瓷柱，用于接收超声波，且压电陶瓷柱和压电陶瓷柱的轴向方向与钢筋的轴向方向一致，发射用压电陶瓷柱和接收用压电陶瓷柱上分别设有发射用屏蔽引线和接收用屏蔽引线，发射用压电陶瓷柱和接收用压电陶瓷柱的外面分别设有树脂绝缘层及屏蔽层，使用时，将该传感器埋入建筑时的混凝土中，发射用屏蔽引线接信号发生器，产生超声波，另一端接收用屏蔽引线接信号接收器，接收超声波，依据接收超声波信号的变化监测钢筋在混凝土中的锈蚀情况。但是上述专利中的压电陶瓷片的配置方式不能减弱或抵消S波的产生，这使得信号分析过程更加繁琐，并且压电陶瓷柱传感器放在顶端，如果钢筋很长另一端的接收信号会很小，以至于不能很好的分析损伤。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种混凝土板层间通缝的监测方法和装置，能够实现实时持续有效监测混凝土板层间缝隙。根据本专利技术的一个方面，提供一种混凝土板层间通缝的监测方法，包括：在钢筋上设有多组压电陶瓷片组，相邻压电陶瓷片组相隔一定距离，每一组压电陶瓷片组均能设为信号发射传感器或信号接收传感器，发射用压电陶瓷片组、接收用压电陶瓷片组中的压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置；发射用压电陶瓷片组连接信号发生器，根据信号发生加载的超声电波产生超声应力导波，接收用压电陶瓷片组接收超声应力导波并转换成超声电波传回信号接收器，依据接收到的超声导波的信号幅值变化及波包峰到达时间的变化监测混凝土板中有无层间通缝损伤发生。优选地，所述的发射用压电陶瓷片组、所述的接收用压电陶瓷片组，均包括8片压电陶瓷片，8片压电陶瓷片分别沿PZT型智能钢筋横截面的周长方向对称布置，用以减弱或抵消S波的产生。更优选地，所述的压电陶瓷片的极化方向与压电陶瓷片的厚度方向一致。本专利技术将压电陶瓷片粘贴在钢筋上，构成PZT型智能钢筋，以PZT(压电陶瓷)型智能钢筋作为监测元件，将PZT型智能钢筋埋入施工时的混凝土板中同时作为结构承力构件或者分布钢筋；本专利技术中，超声波在钢筋和混凝土中传播，由于多种介质的存在，导波在传播过程中会发生反射和折射，从而改变了应力波原有的传播路径并引起了波的散射；随着钢筋周围保护层厚度的增加，更多的应力波在混凝土中传播，通过散射消耗的波能增加，所以传感器的输出信号幅值随之减小；当混凝土板出现层间通缝时，钢筋周围的混凝土保护层厚度迅速减小，这样接收用压电陶瓷片组接收到的信号幅值会迅速增大。根据本专利技术的另一个方面，提供一种混凝土板层间通缝的监测装置，包括发射用压电陶瓷片组、接收用压电陶瓷片组、屏蔽引线和接地引线，其中：钢筋上设有两组以上压电陶瓷片组，一组用于发射超声应力导波，即发射用压电陶瓷片组；另外一组或多组用于接收接收超声应力导波，即接收用压电陶瓷片组；所述的压电陶瓷片组中的压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置；所述发射用压电陶瓷片组和接收用压电陶瓷片组上分别设有屏蔽引线，发射用压电陶瓷片组通过屏蔽引线与信号发生器的相应端口连接，接收用压电陶瓷片组通过屏蔽引线与信号接收器的相应端口连接；发射用压电陶瓷片组根据信号发生加载的超声电波产生超声应力导波，接收用压电陶瓷片组接收该超声应力导波并转换成超声电波传回信号接收器，依据接收到的超声导波。由于PZT型智能钢筋自身的导电性，所以只在其任意一端设置一根接地引线，分别与信号发生器及信号接收器的相应接地端口连接。本专利技术将压电材料作为基本元件，方便实用。因PZT具有响应速度快、线性关系好、频响范围宽、能耗低、易剪裁、造价低廉且易加工成型等优点而在工程结构健康监测方面存在着巨大的应用潜力；因此，在近年来，以其特有的传感和驱动动能成为土木工程界广泛研究和应用的智能材料之一。在本专利技术中，压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置，用以减弱或抵消S波的产生，使得检测需要的P波信号更加清晰，大大简化了信号的分析过； 并且在沿钢筋方向可根据需要埋置多组PZT片，可保证检测信号的强度。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术利用埋入混凝土板的钢筋作为超声导波传播的基础介质，克服了普通超声检测方法仅以混凝土作为传播介质的局限性。在施工过程中，将PZT型智能钢筋埋入混凝土中，能够对混凝土板的健康状况实时、长期的在线监测。本方法最大的优点在于PZT型智能钢筋既能作为结构元件承受各种荷载，又能够作为监测系统构件实时主动监测混凝土板的损伤，在沿钢筋方向可根据需要埋置多组PZT片，可保证检测信号的强度，而且各个位置的PZT均有发射和接收超声导波的作用，监测时可以根据想要检测的位置自由选择其作为发射器或接收器。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土板层间通缝的监测方法，其特征在于：在钢筋上设有多组压电陶瓷片组，相邻压电陶瓷片组相隔一定距离，每一组压电陶瓷片组均能设为信号发射传感器或信号接收传感器，发射用压电陶瓷片组、接收用压电陶瓷片组中的压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置；发射用压电陶瓷片组连接信号发生器，根据信号发生加载的超声电波产生超声应力导波，接收用压电陶瓷片组接收超声应力导波并转换成超声电波传回信号接收器，依据接收到的超声导波的信号幅值变化及波包峰到达时间的变化监测混凝土板中有无层间通缝损伤发生。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土板层间通缝的监测方法，其特征在于：在钢筋上设有多组压电陶瓷片组，相邻压电陶瓷片组相隔一定距离，每一组压电陶瓷片组均能设为信号发射传感器或信号接收传感器，发射用压电陶瓷片组、接收用压电陶瓷片组中的压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置；发射用压电陶瓷片组连接信号发生器，根据信号发生加载的超声电波产生超声应力导波，接收用压电陶瓷片组接收超声应力导波并转换成超声电波传回信号接收器，依据接收到的超声导波的信号幅值变化及波包峰到达时间的变化监测混凝土板中有无层间通缝损伤发生。2.根据权利要求1所述的一种混凝土板层间通缝的监测方法，其特征在于，所述的发射用压电陶瓷片组、所述的接收用压电陶瓷片组，每组均包括8片压电陶瓷片，8片压电陶瓷片分别沿钢筋横截面的周长方向对称布置，用以减弱或抵消S波的产生。3.根据权利要求2所述的一种混凝土板层间通缝的监测方法，其特征在于，所述的压电陶瓷片的极化方向与压电陶瓷片的厚度方向一致。4.一种根据权利要求1-3任一项所述的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，宋宁宁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31