一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，该装置由PZT压电陶瓷片(1)、电磁信号屏蔽壳(2)、数据导线(3)、信号激发与采集装置(4)、环氧树脂粘结层(5)、多孔夹片式锚具(6)、PZT压电陶瓷传感器凹槽(7)组成。本实用新型专利技术可将由于预应力损失造成的应变变形微量转换为电信号，克服了传统预应力监测需要预先埋设传感器在混凝土构件中的缺陷，无需损伤构件内部即可实现对预应力损失的实时监测。时监测。时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具


[0001]本技术设计涉及一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，应用于建筑结构或者桥梁结构，属于土木工程领域。

技术介绍

[0002]预应力可改变钢筋混凝土构件开裂早、变形大、高强度钢筋无法使用的特点，被广泛地应用于桥梁及大型承重的构件中，因而预应力混凝土表现为良好的使用性能和显著的经济效果。而预应力损失严重地影响了预应力混凝土构件的使用性能，能否正确监测预应力损失并设法减少预应力的损失是保证预应力构件质量的关键。目前施工过程中所采用的方法大多不能准确得到预应力筋的应力损失值，无法对构件施工及长期服役状态下的安全性进行合理的评估。为了克服这些不足，本技术提出一种用于监测预应力构件两端预应力损失的压电夹片式智能锚具，其基本原理是锚具由于受到预应力构件两端的锚锭施加的张紧压力发生微小的机械变形，安装在锚具凹槽内的PZT压电陶瓷片受到高频电压信号的作用，产生压电效应将高频的电振动转换成机械振动，从而发射出超声波，超声波在锚具中传播一个来回后被压电陶瓷片接收重新转化为电压信号，连接至压电陶瓷片的信号激发与收集装置对信号进行分析处理，得到预应力作用下的应变变化微量，从而了解用于施加预应力的夹片式锚具上的预应力损失情况，作出相应的预防措施。但目前对预应力筋两端锚盘锚杯预应力损失的自动化测量装置大多是利用电阻、电感等机械接触法，主要表现为线性位移测量的形式。实际测得的距离是带角度的斜边距离，会影响测量精度。因此这种接触式的位移测量方式在精度上往往很难达到要求，导致对预应力筋伸长量的测量值与实际值偏差过大。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，主要解决现有预应力筋变形位移传感器测量精度不够，张拉过程中位移传感器测得的位移数值与实际位移数值偏差较大，位移传感器安装技术要求高等缺陷，同时具备结构简单、安装方便、对预应力损失变化的测量精度高优点，通过非接触式的无损检测方法来测量预应力损失情况，适用以预应力混凝土构件为代表的结构健康监测与警报。
[0004]本技术的技术方案：一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，由PZT压电陶瓷片(1)、电磁信号屏蔽壳(2)、数据导线(3)、信号激发与采集装置(4)、环氧树脂粘结层(5)、多孔夹片式锚具(6)、PZT压电陶瓷传感器凹槽(7)共同构成，其特征在于PZT压电陶瓷片(1)、电磁信号屏蔽壳(2)、数据导线(3)、环氧树脂粘结层(5)组成了一单元超声波传感器组件。其通过环氧树脂粘结层(5)安装在多孔夹片式锚具预先开好的直径大约为 1cm的PZT压电陶瓷传感器凹槽(7)内，凹槽的深度略大于PZT压电陶瓷片 (1)外的保护壳的厚度，大致在3mm左右。凹槽的数量为6个，以轴对称方式均匀排列在圆盘表面。
[0005]所述一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，其特征在于PZT压电陶瓷片(1)具有压电效应的物理性质，当在其正反两面施加交变电压时，压电陶瓷片将按其厚度方向做伸长和压缩的交替变化，即产生微小振动，其振动频率的高低与所加交变电压的频率相同，此时压电陶瓷片周围的介质上将产生相同频率的声波，如果所加的交变电压的频率是超声频率，则所发射的声波即为超声波。
[0006]所述一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，其特征在于利用数据导线(3)将位于锚具凹槽内电磁信号屏蔽壳(2)中的PZT压电陶瓷片(1) 的正负极与外部的信号激发与采集装置(4)对应的接口连接。
[0007]所述一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，其特征在于用作保护内部PZT压电陶瓷片(1)的电磁信号屏蔽壳(2)通过环氧树脂粘结层(5) 牢固粘接在夹片式锚具表面的凹槽内，并使之上表面刚好与夹片式锚具表面齐平。
[0008]本技术采用可分离结构，借助于PZT压电陶瓷受到外部高频电压的作用激发出超声波的原理，利用不同预应力状态下声波到达时间不同，测量出预应力作用下锚盘的应变变化微量，得出预应力的损失变化情况，以达到监测目的。
[0009]本技术克服了传统预应力监测方法的缺陷，具有如下的有益效果：
[0010]本技术的结构简单，安装固定方便。
[0011]对预应力损失变化的测量精度高，相比较传统的接触式测量装置，本技术无需在张拉时预留出传感器的安装位置，也不用在施工过程中注意保护压力传感器，因此可广泛运用于各种预应力构件的结构安全监测中。
[0012]由于压电陶瓷超声元件均设置在预应力构件表面，而不必设置在混凝土构件内部，因此可以利用表面波的检测方法真正地实现无损检测，而无需在待测构件中预埋传感器，从而可以方便地对构件内部进行预应力损失情况的无损检测。
附图说明：
[0013]图1是监测预应力损失的压电夹片式智能锚具的1
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1剖切面结构示意图；
[0014]图2是监测预应力损失的压电夹片式智能锚具的前视结构示意图；
[0015]图3是PZT压电陶瓷超声传感元件的结构示意图；
[0016]图4是附有环氧树脂粘结层的电磁信号屏蔽壳结构示意图。
[0017]在附图1～附图4中，1是PZT压电陶瓷片，2是电磁信号屏蔽壳，3是数据导线，4是信号激发与采集装置，5是环氧树脂粘结层，6是多孔夹片式锚具， 7是PZT压电陶瓷传感器凹槽。
具体实施方式：
[0018]为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式。
[0019]如图1
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图4所示，本技术提出一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具。该装置由PZT压电陶瓷片(1)、电磁信号屏蔽壳(2)、数据导线 (3)、信号激发与采集装置(4)、环氧树脂粘结层(5)、多孔夹片式锚具(6)、 PZT压电陶瓷传感器凹槽(7)共同构成。其特征在于PZT压电陶瓷片(1)具有压电效应的物理性质，当在其正反两面施加交变电压时，
压电陶瓷片将按其厚度方向做伸长和压缩的交替变化，即产生微小振动，其振动频率的高低与所加交变电压的频率相同，此时压电陶瓷片周围的介质上将产生相同频率的声波，如果所加的交变电压的频率是超声频率，则所发射的声波即为超声波。反之，当返回的超声波以外力的形式作用在压电陶瓷片的表面上使其发生振动变形，就会有相应频率的电信号输出，重新转化为可被信号采集装置读取的数据信息。压电陶瓷片采用
‑
具有显著的介电、压电和铁电特性的PZT压电陶瓷(钴钛酸铅陶瓷)，它是用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成。一般采用双模结构，即压电陶瓷片+金属振动片。PZT具有良好的压电敏感特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，同时还能感应到材料表面施加的微小交变电压而产生电致伸缩振动发射超声波，因而是目前使用最广，能够最有效地实现机械能与电能的转换的压电陶瓷材料。
[0020]具体实施中(如图1
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图4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，由夹片式锚具、PZT压电陶瓷、电磁信号屏蔽壳、信号激发与采集装置、数据导线和环氧树脂粘结层组成，其特征在于夹片式锚具通过楔形夹片固定于预应力混凝土构件端部，预应力钢绞线穿过夹片式锚具孔洞并利用锚孔收缩锥度拉紧，混凝土构件预拉应力由夹片式锚具和钢绞线提供，夹片式锚具通过锚垫板与混凝土构件端部表面紧密接触，夹片式锚具以对称方式开有凹槽用以安装内有PZT压电陶瓷的电磁信号屏蔽壳，电磁信号屏蔽壳采用环氧树脂粘结的方式镶嵌在夹片式锚具凹槽内，电磁信号屏蔽壳边缘预留孔道焊接PZT压电陶瓷数据导线，导线连接在信号激发与采集装置上。2.根据权利要求1所述的一种用于监测预应力损失的压电夹片式智能锚具，其特征在于在夹片式锚具表面以轴心对称开出若干小槽，用于放置PZT压电陶瓷片元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瀚林，陈冬冬，汪莹，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：