一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器，属于钢桥关键焊接部位的裂纹检测及监测技术领域，所述涂层传感器包括依次粘接的且均由柔性材料制成的基体绝缘隔离层、裂纹损伤感知层以及保护层；所述裂纹损伤感知层包括导电纳米涂层，所述导电纳米涂层上设置有电源接口和至少一个检测探针点。涂层传感器由柔性材料制成，因此只要根据正交异性钢桥面板不同开裂部位定制相应的裂纹损伤感知层，就可以在复杂构造细节处有较高的响应灵敏度，从而能够适用于不同开裂部位的裂纹检测及定位。解决实际钢桥空间构件的复杂构造细节处检测裂纹困难、精度低、定位难的问题。定位难的问题。定位难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器


[0001]本专利技术涉及钢桥关键焊接部位的裂纹检测及监测
，具体涉及一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器。

技术介绍

[0002]目前，我国的桥梁工程正处于从“建设为主”向“建养并重”的关键转型期，近些年新建桥梁数量增长迅速，并且向近海和艰险山区等极端环境复杂气候条的地区拓展，钢结构因其材料强度高、匀质性好、易于加工，故而构件轻、运输架设方便,跨越能力强为大跨度桥梁理想材料，尤其是正交异性钢桥面板由于自重轻、承载能力大、整体性好等原因在国内外大跨径桥梁中应用广泛。因而得到广泛的应用。但是由于正交异性板构造复杂、焊缝多、焊接残余应力大等的特征，疲劳开裂问题一直是制约其发展的主要因素。钢结构桥梁的结构安全与服役性能研究亟待开展。疲劳问题仍是当前和未来一段时期制约钢结构桥梁可持续发展的关键难题之一。实现疲劳开裂的有效检测，是有效处治并规避疲劳病害危害的关键，但是由于目前超声波、红外热成像等高科技检测技术尚不成熟且价格昂贵，当前监测和检测技术仍以人工巡检为主，尚未实现智能化应用，对于处于扩展过程早期的肉眼无法捕获的微小裂纹，以及一些桥梁内部隐藏的复杂构造细节部位的裂纹开展仍缺乏有效的检测及监测手段，比如U肋与顶板连接处、U肋与横隔板连接处等复杂空间结构，目前的检测方法都难以做到精确的裂纹识别。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中正交异性钢桥面板的疲劳开裂缺乏有效检测和监测手段的问题，本专利技术提供一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器，其目的在于：为钢结构桥梁的健康监测和安全评估实时化、可视化、智能化方向发展以及构建完备的钢结构桥梁健康监测系统，实现对钢结构桥梁疲劳损伤的长期动态监测和智能评估奠定基础，具有广阔的应用前景。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器，所述涂层传感器包括依次粘接的且均由柔性材料制成的基体绝缘隔离层、裂纹损伤感知层以及保护层；所述裂纹损伤感知层包括导电纳米涂层，所述导电纳米涂层上设置有电源接口和至少一个检测探针点。
[0005]采用以上技术方案，解决实际钢桥面板的复杂构造细节处检测裂纹困难、精度低、定位难的问题，数值模拟和试验研究结果表明，该智能涂层传感器能够有效检测疲劳裂纹，且对小尺度裂纹具有较高的精度和稳定性，并且所使用的材料成本低，传感器制作过程简单便捷，可根据不同的部位定制不同的条栅传感器，布设过程快速，后期结果处理简单，为钢结构桥梁的疲劳裂纹检测提供了一种新的思路，为钢结构桥梁的健康监测和安全评估实时化、可视化、智能化方向发展以及构建完备的钢结构桥梁健康监测系统，实现对钢结构桥梁疲劳损伤的长期动态监测和智能评估奠定基础，具有广阔的应用前景。
[0006]将涂层传感器布置在可能的裂纹扩展路径上，当基体钢结构出现裂纹时，涂层传感器也会随钢结构同时开裂，这时涂层传感器上的检测探针点电信号将会发生改变，根据电势变化规律，即可推断裂纹是否开展，以及裂纹长度和开裂位置所在。
[0007]本专利技术的有益效果为：
[0008]1.本专利技术通过对裂纹损伤感知层施加恒定电压，采集裂纹开展前后不同测点的电信号变化，进而实现对基体裂纹的精确检测，本专利技术相比于传统的人工巡检更加精确、便捷，并且可以检测到对于处于扩展过程早期的肉眼无法捕获的微小裂纹，以及一些桥梁内部隐藏的复杂构造细节部位的裂纹开展，若采用本专利技术，将提高裂纹检测的精确性，提升钢结构桥梁的安全性能，省去人工巡检的繁琐。
[0009]2.涂层传感器由柔性材料制成，因此只要根据正交异性钢桥面板不同开裂部位定制相应的裂纹损伤感知层，就可以在复杂构造细节处有较高的响应灵敏度，从而能够适用于不同开裂部位的裂纹检测及定位。解决实际钢桥空间构件的复杂构造细节处检测裂纹困难、精度低、定位难的问题。
[0010]3.涂层传感器所使用的材料成本低，传感器制作过程简捷，布设流程简单快速，后期数据处理简单、结果直观，整体使用成本较低。
附图说明
[0011]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0012]图1是本专利技术涂层传感器的结构示意及尺寸介绍；
[0013]图2是基体为平面结构时，涂层传感器样式列举；
[0014]图3是基体为U肋与顶板焊接构造细节处，涂层传感器样式列举；
[0015]图4是基体为U肋与横隔板开口处，横隔板开口附近所适用的涂层传感器样式列举；
[0016]图5是基体为U肋与横隔板连接处，焊接构造细节处所适用的涂层传感器的一种样式列举；
[0017]图6是基体为U肋与横隔板连接处，焊接构造细节处所适用的涂层传感器的另一种样式列举；
[0018]图7为实施例1的涂层传感器模型；
[0019]图8为实施例1的有限元分析图；
[0020]图9为实施例1中测点电势随裂纹扩展变化图；
[0021]图10为具体实施方式中涂层传感器的层结构示意图，其中：8
‑
保护层，9
‑
裂纹损伤感知层；10
‑
基体绝缘隔离层。
具体实施方式
[0022]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实
施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0023]下面结合附图对本专利技术作详细说明。
[0024]由于检测或监测正交异性钢桥面板的疲劳开裂的现有方法存在难以做到精确的裂纹识别的程度；本专利技术的专利技术人发现采用导电感知材料来感知损伤，具有较高的精度和稳定性特别是针对较小尺度的裂纹，为钢结构桥梁的疲劳裂纹检测提供了一种新的思路，为钢结构桥梁的健康监测和安全评估实时化、可视化、智能化方向发展以及构建完备的钢结构桥梁健康监测系统，实现对钢结构桥梁疲劳损伤的长期动态监测和智能评估奠定基础，具有广阔的应用前景。
[0025]如图10所示，本专利技术提供一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器，所述涂层传感器包括依次粘接的且均由柔性材料制成的基体绝缘隔离层10、裂纹损伤感知层9以及保护层8；所述裂纹损伤感知层9包括导电纳米涂层，所述导电纳米涂层上设置有电源接口和至少一个检测探针点。
[0026]本专利技术中，定义靠近基体钢结构的一侧为内侧，远离基体的一侧为外侧。内侧与基体贴合的是基体绝缘隔离层10，外侧为保护层8，内侧与外侧之间为裂纹损伤感知层9。
[0027]将涂层传感器布置在可能的裂纹扩展路径上；当基体钢结构出现裂纹时，涂层传感器也会随钢结构同时开裂，这时涂层传感器上的检测探针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于正交异性钢桥面板的涂层传感器，其特征在于，所述涂层传感器包括依次粘接的且均由柔性材料制成的基体绝缘隔离层、裂纹损伤感知层以及保护层；所述裂纹损伤感知层包括导电纳米涂层，所述导电纳米涂层上设置有电源接口和至少一个检测探针点。2.根据权利要求1所述的涂层传感器，其特征在于，所述导电纳米涂层包括至少3条连接条带，至少3条所述连接条带呈条栅式分布。3.根据权利要求2所述的涂层传感器，其特征在于，至少3条所述连接条带中的两条呈横向分布，剩余的所述连接条带呈纵向分布并且其两端分别与两条呈横向分布的所述连接条带粘接；所述电源接口和至少一个所述检测探针点均设置于两条呈横向分布的所述连接条带上。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的涂层传感器，其特征在于，所述裂纹损伤感知层的布置范围小于所述基体绝缘隔离层的布置范围。5.根据权利要求1所述的涂层传感器，其特征在于，所述基体绝缘隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔闯，张清华，张宇杰，邵少兵，张翔，陈峰，赵磊，梅刚，
申请(专利权)人：中交公路规划设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：