[发明专利]基于长度变形型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FRP筋界面剪应力状况的监测领域,特别是一种基于长度变形型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测量构件剪应力。然而，应变片粘贴面积较大而且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，提供一种基于长度变形型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置及方法，快速监测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：一种基于长度变形型PZT的FRP筋界面剪应力监测装置，在FRP筋材外覆盖混凝土，在所述混凝土内的FRP筋材表面沿埋长方向固定多个用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片和多个用作驱动器的压电陶瓷片；所有压电陶瓷片上均涂有防水层，且所有压电陶瓷片与所述FRP筋材之间均设有绝缘层；所述多个用作压电陶瓷传感器的压电陶瓷片分别通过导线与高频信号采集系统连接，所述高频信号采集系统接入计算机；所述多个用作驱动器的压电陶瓷片均与任意信号函数发生器连接。

本发明的压电陶瓷为长度变形型。该类型PZT极化方向为垂直其表面，当PZT受到电压发生改变时，其将产生沿长度方向的轴向振动形变。

所述多个用作驱动器的压电陶瓷片与所述任意信号函数发生器之间连接有高压放大器。

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

所述任意信号函数发生器产生的信号的频率为500Hz～10KHz。

本发明提供了一种FRP筋界面压电陶瓷传感器的制作方法，该方法为：

1）用无水酒精将压电陶瓷片的表面清洁干净,静置，待压电陶瓷片自然干燥后，在压电陶瓷片上焊接导线；

2）对FRP筋表面预粘贴处进行打磨光滑处理，在打磨光滑后的预粘贴处均匀涂上环氧树脂绝缘层；

3）将经步骤1）处理后的压电陶瓷片粘贴在FRP筋表面上，引出导线；

4）使用防水层对粘贴稳定后的压电陶瓷片进行封装，封装后在室温环境下固化一天。

本发明还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）计算压电陶瓷片表面产生的电荷量Q_z：

Qz=d31E1ϵ~xAe;]]>

其中，为压电陶瓷片的平均轴向应变；d₃₁为压电应变常数；E₁为压电陶瓷片的弹性模量；A_e为压电陶瓷片表面积，单位为mm²；

2）计算压电陶瓷片两极板上的输出电压V：

V=QzCp=d31E1ϵ~xAeCp;]]>

其中，C_p为压电陶瓷片两极板间的电容量；

3）计算压电陶瓷片的平均轴向应变