[发明专利]基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及厚度切变型压电陶瓷PZT以及FRP筋界面剪应力等监测领域,基于厚度切变型压电陶瓷PZT的FRP筋界面剪应力监测装置及方法。

背景技术

FRP筋作为主要承受拉力的构件，其中筋材界面剪应力可削弱构件的受力性能。目前，主要在筋材表面被测点粘贴电阻应变片通过测试筋材表面的轴向应力，然后再理论推导转换成筋材界面的剪应力。上述方法中不能直接测试FRP筋界面的剪应力，且应变片粘贴面积较大，对操作人员的技术水平有较高要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置及方法，能快速直接监测FRP筋界面剪应力状况，精确地确定FRP筋界面剪应力大小。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于厚度切变型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，在FRP筋材外覆盖混凝土，将混凝土内的FRP筋材表面沿埋长方向开设多个凹槽，在两个以下所述凹槽内固定用作驱动器的厚度切变振动型压电陶瓷片，在其余所述凹槽内各固定一个用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片；所述用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片和用作驱动器的厚度切变振动型压电陶瓷片上均涂有防水层，且所有厚度切变振动型压电陶瓷片与所述凹槽之间均设有绝缘层；所述用作传感器的厚度切变振动型压电陶瓷片通过导线与数据采集仪连接，所述数据采集仪接入计算机；所述用作驱动器的的厚度切变振动型压电陶瓷片中的一个与任意信号函数发生器连接。

所述翻边压电陶瓷片包括压电陶瓷基本体，所述压电陶瓷基本体上表面固定上表面银电极，所述压电陶瓷基本体下表面的银电极向上折弯引至所述压电陶瓷基本体上表面，两个银电极之间通过一条无镀银的隔离带隔离；所述翻边压电陶瓷片厚度为0.3mm，长度为13mm，宽度为5mm。

所述凹槽深度为0.5mm～0.6mm，所述凹槽横截面长度和宽度比压电陶瓷片长度和宽度分别大0.2mm～0.3mm。

每一个用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片与所述数据采集仪之间均接有电荷适配器。

所述绝缘防水层为一层均匀的环氧树脂绝缘层，且所述绝缘防水层厚度为0.08～0.12mm。

本发明还提供了一种FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，该方法为：

1）在FRP筋表面沿埋长方向开设多个凹槽，在打磨光滑后的凹槽表面均匀涂上环氧树脂绝缘层；

2）将压电陶瓷片打磨平整，用无水酒精将压电陶瓷片的表面清洁干净,静置自然干燥；

3）用胶将压电陶瓷片粘贴至FRP筋表面处，并采用塑料薄膜轻压压电陶瓷片，使其粘结密实；

4）进行导线的焊接,为了保证焊接点尽可能的小和平整,使用少量的焊锡膏来助挥以提高焊接质量，并测试压电陶瓷片的导电性能；

5）使用防水层对焊接好的压电陶瓷片进行封装,在保证其密封性的前提下,应使防水层尽可能薄,静置使其在室温环境下固化一天。

所述导线为带屏蔽线的电缆。

所述防水层材料为环氧树脂。

所述压电陶瓷片通过KH502胶粘贴在FRP筋凹槽内。

本发明提供了一种利用上述监测装置监测FRP筋界面剪应力的方法，该方法为：

1）计算任一用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片表面产生的电荷量q：q=d₁₅σ₅A₁；其中，d₁₅为压电应变常数；σ₅压电陶瓷片界面受到的剪应力；A₁为压电陶瓷片的表面积。

2）测量FRP筋未被张拉时上述用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片两极板上的输出电压初始值U₀，测量FRP筋被张拉后上述用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片两极板上的输出电压值U_i，得到输出电压改变量▽U；

3）利用上述输出电压改变量▽U计算压电陶瓷片界面受到的剪应力σ₅，即得到FRP筋界面剪应力τ：其中，C_p为压电传感器两极板间的电容量。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的监测装置灵敏度高、响应快、操作简便、价格低廉；本发明的方法实现了FRP筋材界面剪应力状况的直接快速监测，能精确地确定FRP筋界面剪应力大小。

附图说明

图1为本发明一实施例筋内开凹槽内粘贴PZT主视图；

图2为本发明一实施例筋内开凹槽内粘贴PZT剖视图；