[发明专利]基于天线传感器的FRP加固钢结构胶层退化量化方法

说明书

技术领域

本发明涉及FRP加固钢结构领域，具体涉及一种基于天线传感器的FRP加固钢结构胶层退化量化方法。

背景技术

随着经济的发展，钢结构在国民经济中占有越来越重要的地位，各工业中大量使用钢结构，在设计、制造、施工和使用过程中，钢结构不可避免的存在各种缺陷和损伤，在载荷和环境等因素的作用下，钢结构材料的微细结构发生变化，使得材料宏观力学性能劣化，导致钢结构出现裂纹和破坏，造成工程事故的发生。

为了解决上述问题，现在一般采用FRP(纤维增强复合材料)加固钢结构技术进行结构修复，新型、高效且实用，与传统修复钢结构的方法相比，FRP加固钢结构具有明显的优势：FRP材料比强度和比刚度高，修复后基本不增加原结构的重量，且具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，不会产生新的应力集中，施工简便。

FRP加固钢结构技术成功的关键是确保FRP与钢结构之间的胶层粘接完好，使FRP和钢结构成为一个整体共同受力，但胶层在实际应用过程中，由于受热、水、光、氧及其它腐蚀介质的作用，会发生性能退化，使其强度下降，影响了FRP加固钢结构的效果，而现有研究主要集中在解决胶层在恶劣环境下的耐久性能，未见涉及FRP加固钢结构胶层退化的量化方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种基于天线传感器的FRP加固钢结构胶层退化量化方法，更方便的评估FRP加固钢结构胶层退化的程度，并具体量化。

为实现上述目的，本发明所设计的基于天线传感器的FRP加固钢结构胶层退化量化方法，包括以下步骤：

A)在钢结构上表面通过基质粘贴第一矩形微带贴片天线传感器，在FRP内部嵌入第二矩形微带贴片天线传感器，将所述FRP通过胶层粘贴在粘贴有所述第一矩形微带贴片天线传感器的所述钢结构上表面；

B)所述胶层固化后，分别测量所述第一矩形微带贴片天线传感器的谐振频率f₁和所述第二矩形微带贴片天线传感器的谐振频率f₂，计算所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的初始应变之比，即所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的谐振频率之比，记为m＝f₁/f₂；

C)根据三层结构应变传递方程，计算所述步骤B)中所述胶层未退化时在厚度方向中点的应变ε_z；

D)所述胶层随时间T推移力学性能退化，分别测量所述第一矩形微带贴片天线传感器的谐振频率f_1T和所述第二矩形微带贴片天线传感器的谐振频率f_2T，计算所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的检测应变之比，即此时测量的所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的谐振频率之比，记为n＝f_1T/f_2T；

E)根据所述步骤B)中取得的所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的初始应变之比m、所述步骤D)中取得的所述第一矩形微带贴片天线传感器和所述第二矩形微带贴片天线传感器的检测应变之比n及所述步骤C)中取得的所述胶层未退化时在厚度方向中点的应变ε_z，计算随时间T推移所述胶层在厚度方向中点的应变

F)根据所述胶层材料弹塑性特点，取得理想胶层弹塑体的梯形本构关系，得到随时间T推移的胶层损伤变量函数方程：

式中，d为损伤变量，ε₀和ε₁均为所述胶层梯形本构关系中由所述胶层材料失效准则确定的拐点，ε_f根据损伤扩展准则确定，ε_T为随时间T推移所述胶层在厚度方向中点的应变；

G)将所述步骤E)中随时间T推移所述胶层在厚度方向中点的应变ε_T代入所述步骤F)中所述胶层损伤变量函数方程中，取得所述胶层的损伤变量，从而对所述胶层退化的程度进行评估。

优选地，所述步骤C)包括以下步骤：

C1)基于所述钢结构、所述基质及所述第一矩形微带贴片天线传感器从下至上建立“钢结构-基质-第一矩形微带贴片天线传感器”三层结构，根据所述三层结构应变传递方程，取得所述第一矩形微带贴片天线传感器的应变ε_贴：