[实用新型]一种水工混凝土结构损伤监测动荷载试验平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水工混凝土结构损伤监测动荷载试验平台，属于物料测量技术领域。

背景技术

裂缝是水工混凝土结构老化和病变的主要反应，对混凝土结构的危害很大。其是水工混凝土结构最常见的损伤病变，其产生和发展是结构功能衰退的重要特征之一，对结构的适应性、耐久性、承载能力等具有重要影响，甚至会引起结构破坏失事。对于裂缝损伤的有效识别是水工混凝土结构健康监测和诊断的一项重要内容，急切需要成熟的新材料及新技术的引入，达到对水工混凝土结构损伤的实时、高效及准确的监测及控制。

压电陶瓷传感器具有频响范围宽、响应速度快、结构简单、功耗少、成本低等优点，由其构成的结构健康监测系统能够灵敏的感应监测到结构损伤的存在和强度的变化情况。在水工混凝土结构健康主动监测过程中，被作为传感器和驱动器，在一定程度上削弱了外界环境变化对压电陶瓷片的影响，可以延长压电陶瓷片的使用寿命，保证结构健康监测的有效性和长期性。

由于混凝土裂缝损伤的复杂性，确定损伤的敏感频率非常困难。

实用新型内容

发明目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供的一种水工混凝土结构损伤监测动荷载试验平台。

发明人发现，信号的幅值是对混凝土强度较为敏感的参数，故信号幅值可以作为损伤识别的重要特征参量；混凝土裂缝损伤给信号主频带来的影响较小，但变化时信号幅值的衰减程度具有明显的影响，说明信号主频是影响信号对损伤敏感性的重要因素；建议采用扫频信号作为损伤监测信号，扫频信号频率具有一定的变化范围，有助于提高信号对损伤的敏感性。

基于上述研究的启发，根据混凝土结构损伤的动荷载试验，通过在混凝土模型中成对埋设的混凝土压电陶瓷机敏模块（CPSM，Concrete PZT Smart Module），可以实现上述发现；

在长久的试验过程中，提供动荷载的振动台不能很好地满足水工混凝土动荷载试验的需求，基于其实际应用的不足，研发了一种多功能混凝土结构体连接承台，本承台主要是用来连接水工混凝土试件与不同尺寸的振动台，其可以一次完成多组试验，且可自由拆卸，重复使用，提高了试验效率、增强了对比试验分析效果；极大避免了由于将试件粘贴到平台上的操作所带来的一系列的问题，提高了试验精度。

技术方案：本实用新型的水工混凝土结构损伤监测动荷载试验平台，包括振动台、波形发生器、驱动器、传感器、数字化采集器、数字滤波器、待测水工混凝土结构体以及多功能混凝土结构体连接承台；所述待测混凝土结构体通过多功能混凝土结构体连接承台连接到振动台；所述驱动器和传感器均为压电陶瓷机敏模块，所述驱动器和所述传感器分别埋入或粘贴在待测混凝土结构体的两端； 所述压电陶瓷机敏模块包括压电陶瓷片、硫化硅橡胶层、信号线和外包混凝土，所述硫化硅橡胶层包覆在所述压电陶瓷片的外围，包覆有硫化硅橡胶层的压电陶瓷片埋入在外包混凝土中；所述信号线的一端焊接在压电陶瓷片上，另一端穿过外包混凝土。

作为优选，所述多功能混凝土结构体连接承台包括承台，所述承台的底部具有掐扣用槽，所述掐扣用槽内卡装有底端固定掐扣；所述承台的顶部具有固定钢板用槽，所述固定钢板用槽内嵌入有工字型固定钢板，所述活动钢板平台通过竖向固定装置和水平向固定装置固定安装于工字型固定钢板的工字形凹口内。

压电陶瓷片为一种人工制作的压电材料，为铁电体一类的物质；压电陶瓷片的混凝土包层，其主要由水泥砂浆构成；信号线，一般是待压电陶瓷片的表面干燥后焊接而上的；单组分硫化硅橡胶质地柔软，防水性好，且能够较好的避免压电陶瓷片埋入混凝土中可能出现的应力集中现象，考虑到压电陶瓷片自身材质较脆，一般在压电陶瓷片外围覆盖一层单组分硫化硅橡胶以达到保护埋入混凝土中的压电陶瓷片的效果；应力、位移从压电陶瓷片向外层混凝土传递过程中沿极化方向上呈圆形等势面，所以压电陶瓷机敏模块对的体型一般可以使用圆柱体。 

利用压电陶瓷片作为主要传感器元件的结构健康监测与诊断中，基于本体结构的常见结合方式有两种，粘贴式和埋入式。具体采用何种方式主要取决于本体结构的材料特点及所采用的监测模式等。前一种方法是对压电陶瓷机敏模块与结构接触部位打磨和擦拭处理后，将压电陶瓷机敏模块直接粘贴在结构表面。后一种方法是将压电陶瓷机敏模块埋置在本体结构内部，故可在一定程度上削弱温度、湿度等外界环境变化对压电陶瓷机敏模块的影响，压电陶瓷机敏模块的有效封装是采取埋入式结合方式特别需要重视的关键技术。