[发明专利]建筑工程结构裂纹状态监测方法及应用该方法的监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程结构裂纹状态检测技术领域，尤其涉及一种建筑工程结构裂纹状态监测方法及应用该方法的监测系统。

背景技术

对于建筑工程结构来说，特别是大型建筑工程结构，应该采用何种有效的手段去监测其运营中内部的裂纹状态，以评估其是否安全运营，是一个世界性的科技难题，也是一个迫切要求解决的现实问题。

目前国际上发展的涡流仪、磁测试、X射线法试验、声发射、磁分子和磁漏、冲击反射和回弹锤、微波吸收以及中子射线照相等技术，属于有源检测技术，检测时，系统本身发射测试信号，信号作用于被测结构并在结构中传输，当遇到裂纹等被测结构内部缺陷时发生反射，通过分析这种反射信号判断被测结构内部的裂纹状态。但由于信号受到被测结构介质的吸收和散射的影响，强度衰减，传输距离受到影响，因而上述技术只能检测发生在接近检测点附近的结构的裂纹状况，一般在以检测点为中心半径0.2m，厚0.1m的范围内；且现有的检测为静态检测，即在某特定时刻的一次性检测，而不是连续跟踪的动态检测，即监测，不能达到安全防护的效果。采用光纤测试技术，可用于动态监测，而且测试范围大，但由于组成光纤的材料一般脆性大，在测试中不能进行大应变的测量，同时光纤测试系统结构复杂，系统成本高，因此光纤测试技术的实际应用也受到很大的限制。

近年，铁电陶瓷，如锆钛酸铅Pb(Ti_xZr_1-x)O₃(记作PZT)作为传感材料由于具有结构简单、响应速度快、频响范围宽、优良的近似线性的本构关系以及成本较低的特点而受到重视。但因其自身存在质地脆，应变量小，易损坏的力学问题不宜在工程中应用。目前，已研制出将NiTi形状记忆合金(记作NiTi SMA)以薄膜的形式沉积在PZT基体上下表面而制备出双面沉积NiTiSMA薄膜的PZT复合材料，这种复合材料具有较好的综合力学性能，而且保持了PZT的优越的力-电传感特性，如能将双面沉积NiTiSMA薄膜的PZT复合材料用于无源检测装置，应用到建筑工程结构裂纹状态检测，将会成为克服现有有源、无源检测装置缺陷的较理想的力-电转换信号探头。

发明内容

本发明的目的是提供出一种结构简单、成本低的建筑工程结构裂纹状态监测方法及应用该方法的监测系统，提高探头材料综合力学性能，实现在较大检测范围对建筑工程结构的裂纹状态连续动态跟踪监测，提高对建筑工程结构安全防护的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种建筑工程结构裂纹状态监测方法，其特征在于操作步骤如下：

(1).首先将由两侧端部分别带有连接引线的双面沉积NiTiSMA薄膜的PZT复合材料片构成的探头固定贴附在被检测的建筑工程结构的表面，直接感受建筑工程结构内部在环境载荷力作用下由裂纹状态变化产生的应力信号，并通过自身的力-电转换特性转换为荷电信号；然后，将荷电信号放大并转换为探头电压信号，经低通滤波去除环境噪音再进行A/D转换，最终数据存入计算机系统的数据库中，经执行应变-频率关系曲线绘制程序，计算机系统对存储的数据进行分析，进而输出反映所述探头的力-电转换特性的应变-频率关系曲线；

(2).以用步骤(1)的探头和方法测得的建筑工程结构无裂纹状态的应变-频率关系曲线为基准曲线，将随时由步骤(1)中获得的所述应变-频率关系曲线与基准曲线进行比较，根据应变-频率关系曲线特征峰结构特征的相对变化，判断建筑工程结构内部的裂纹状态：若特征峰位置移动且数量增多，说明建筑工程结构内部存在裂纹；如果特征峰位置、数量无变化，则说明在建筑结构内部无裂纹。

所述探头的厚度为0.1-0.3mm、底面积为10-100mm²。

应用所述建筑工程结构裂纹状态监测方法的监测系统，其特征在于包括由两侧端部分别带有连接引线的双面沉积NiTiSMA薄膜的PZT复合材料片构成的探头、用于荷电信号放大并转换为探头电压信号的荷电放大器、滤除环境噪音的低通滤波器、完成探头电压信号A/D转换的数据采集卡以及由内置应变-频率关系曲线绘制程序、数据库的计算机及其外部设备构成的计算机系统，所述探头的引线连至荷电放大器的信号输入端，荷电放大器的信号输出端连接低通滤波器的信号输入端，低通滤波器的信号输出端连接数据采集卡的数据输入端，数据采集卡的数据输出端连接计算机的数据输入端。

所述外部设备包括显示器、键盘及打印机。