[发明专利]基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量测量方法

说明书

本发明公开一种基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量测量方法，目的在于寻找更为有效的混凝土弹性模量的测量的实现方案，其包括将预设的激励信号向粘贴在待测混凝土的表面的PZT激励器发送；使用PZT传感器阵列接收PZT激励器产生的测速信号，根据接收的测速信号得到瑞利波波速，其中测速信号为PZT激励器受到预设的激励信号激励产生的应力波；通过瑞利波波速得到混凝土弹性模量E。本发明通过粘贴在混凝土表面的PZT激励器和PZT传感器阵列进行瑞利波波速的测量，具有物理模型清晰、操作流程简易、经济高效的优势。

技术领域

本发明涉及混凝土结构健康监测领域，具体而言，本发明涉及一种基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量测量方法。

背景技术

混凝土在建筑、桥梁、大坝等土木工程中是一种应用非常广泛的结构材料。然而不合理的养护条件、恶劣的服役环境通常会导致混凝土结构的损伤和材料的退化，从而降低结构的安全性，引发各种安全事故。因此，建立一套实时、可靠的混凝土结构健康监测系统是非常重要且具有实际工程意义的。弹性模量是混凝土结构服役性能的一种重要力学评估参数，国内外的相关研究者提出了一系列的动态评估系统、测量方法。

波动法通过在混凝土中传播的应力波的波速与弹性模量的关系来计算混凝土的弹性模量，而应力波的激发工具主要有力锤和锆钛酸铅压电陶瓷(Piezoelectric CeramicTransducer，简称PZT)压电传感器。锤击法比较容易受环境噪声的干扰，且对操作者的技术和熟练程度要求较高。而PZT因为信号线性关系好、功耗低、可实时监测等优势，在混凝土结构健康监测中有更好的应用前景。

PZT传感器的放置方式分为内置和表面粘贴两种。内置PZT激发的弹性波为纵波和剪切波，但是内置式PZT失效后难以更换，制作安装过程相对表面粘贴式PZT更麻烦，且纵波和剪切波的幅值相对表面波的幅值较小，识别难度高，因此近期研究者开始研究基于表面粘贴式PZT的波动法。截至目前为止，基于表面粘贴式PZT的波动法的研究还很少。因此，提出一种系统的，具有物理意义的，基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量的测量方法是很有必要的。

发明内容

为了寻找更为有效的混凝土弹性模量的测量的实现方案，本发明提供了一种基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量测量方法，该基于表面粘贴式PZT的混凝土弹性模量测量方法包括如下步骤：

步骤S1：将预设的激励信号向粘贴在待测混凝土的表面的PZT激励器发送；

步骤S2：使用PZT传感器阵列接收所述PZT激励器产生的测速信号，根据所述接收的测速信号得到瑞利波波速C_R，其中所述测速信号为所述PZT激励器受到所述预设的激励信号激励产生的应力波；

步骤S3：通过所述瑞利波波速C_R得到混凝土弹性模量E，所述混凝土弹性模量E计算公式为：

其中ρ为所述待测混凝土密度，ν为泊松比。

优选地，所述PZT传感器阵列包括第一个至第M个PZT传感器，所述第一个至第M个PZT传感器沿所述待测混凝土表面的中心点轴向粘贴固定，所述M为大于1的自然数。

优选地，所述PZT激励器与所述第一个PZT传感器之间的距离至少是所述PZT传感器阵列中各个PZT传感器之间的距离的二倍大。

优选地，所述步骤S1之前包括：

将所述PZT激励器和所述PZT传感器阵列通过耦合剂粘贴于所述待测混凝土的表面，所述耦合剂为环氧树脂与固化剂按照2:1配比的混合物。

优选地，所述步骤S1之前包括如下步骤：

获取PZT激励器的动态响应参数；

根据动态响应参数调整预设的激励信号。