CN109539969A - 一种结构监测***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种结构监测***及其方法，包括工程结构、FRP筋和监测装置；所述FRP筋布置在工程结构设有绝缘胶的待检测部位，FRP筋上设有若干导电胶形成n个电极，FRP筋上再刷绝缘胶形成绝缘层；所述导电形成的电极与监测装置连接；所述监测装置根据FRP筋的电阻变化，判别FRP筋的应力状态。本发明通过实时测试相邻电极之间FRP筋上的电阻及其变化值，结合数据处理，能精确地监测工程结构的整体或局部应变，降低工程结构健康检测***的成本，同时满足工程结构健康检测***的需求。
Description
技术领域
本发明属于工程结构的检测研究领域，具体涉及一种结构监测***及其方法。
背景技术
目前，对于工程结构的健康监测常采用应变片***、加速度传感器、GPS***等以监测整体变形和局部应变。但相应的监测***庞大、***组成复杂、成本较高，影响其推广应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种结构监测***及其方法，可将连续纤维材料例如FRP筋导电***用于监测工程结构的应变，本发明降低工程结构健康检测***的成本，同时满足工程结构健康检测***的需求。
本发明的技术方案是：
一种结构监测***，包括工程结构、FRP筋和监测装置；
所述FRP筋布置在工程结构设有绝缘胶的待检测部位，FRP筋上设有若干导电胶形成n个电极，FRP筋上再刷绝缘胶形成绝缘层；所述导电形成的电极与监测装置连接；
所述监测装置根据FRP筋的电阻变化，判别FRP筋的应力状态。
上述方案中，所述工程结构的待检测部位设有开槽；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶的开槽内，FRP筋上设有若干导电胶形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶形成绝缘层；所述导电胶形成的电极与监测装置连接。
进一步的，所述工程结构的表面设有纵向开槽；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶的纵向开槽内，FRP筋上设有若干导电胶形成电极，纵向开槽内再刷绝缘胶形成绝缘层。
进一步的，所述工程结构的表面设有环向螺旋槽；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶的螺旋槽内，FRP筋上设有若干导电胶形成电极，螺旋槽内再刷绝缘胶形成绝缘层。
上述方案中，所述FRP筋为CFRP筋。
上述方案中，所述工程结构为锚具。
上述方案中，所述监测装置包括电阻仪、数据采集和分析***；
所述FRP筋上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线与电阻仪连接，所述电阻仪用于测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪所测的电阻变化，判别FRP筋的应力状态。
上述方案中，所述监测装置包括电压仪、数据采集和分析***；
所述FRP筋上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线与恒流源和电流表串联；FRP筋中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线与电压仪连接，所述电压仪用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪所测的电压变化，判别FRP筋的应力状态。
一种利用所述结构监测***进行应变监测的方法，包括以下步骤：
将所述工程结构的待检测部位设有开槽；
在开槽内先刷绝缘胶，将FRP筋布置在开槽内，在FRP筋上设有若干导电胶形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶形成绝缘层；
所述FRP筋上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线与电阻仪连接；
所述电阻仪测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪所测的电阻变化，换算为FRP筋的变形量，判别FRP筋的应力状态。
一种利用所述结构监测***进行应变监测的方法，包括以下步骤：
将所述工程结构的待检测部位设有开槽；
在开槽内先刷绝缘胶，将FRP筋布置在开槽内，在FRP筋上设有若干导电胶形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶形成绝缘层；
所述FRP筋上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线与恒流源和电流表串联；FRP筋中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线与电压仪连接，所述电压仪用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪所测的电压变化，换算为FRP筋的变形量，判别FRP筋的应力状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明所述结构监测***在工程结构中，为了实现对工程结构的整体监测，该***通过实时测试相邻电极之间FRP筋上的电阻及其变化值，结合数据处理，能精确地监测工程结构的整体或局部应变，而且***简单、数据可靠，实施方便，同时，降低监测***对工程结构的影响，且可据工程结构的实际需求，调整FRP筋的位置、尺寸及电极布置，通过对相邻电极之间的电阻测试，降低工程结构健康检测***的成本，同时满足工程结构健康检测***的需求。
2.本发明所述结构监测方法，首先在工程结构待监测部位上设计纵向开槽和/或沿工程结构外表面设计螺旋布置的开槽，其深度可低于纵向开槽，以上开槽均可用于绝缘层、FRP筋、电极、导线等的布置。工程结构纵向开槽、螺旋开槽的内部均注入一层绝缘胶，养护后，使开槽的周边形成薄层绝缘层，并与工程结构粘结良好，以保证工程结构与FRP筋、电极等均绝缘。工程结构受力时，FRP筋在其布置方向受到力，FRP筋产生轴向变形，FRP筋电阻发生变化，输出电阻发生变化，数据分析***根据电阻实测值，计算电阻变化值，换算为FRP筋轴向变形，判别FRP筋的应力状态，输出相应结果，以达到实时监测锚具结构，实现工程结构健康监测的目的。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例1的电路原理图。
图2是锚具结构示意图。
图3是锚具截面结构图。
图4是电极结构图。
图5是实施例1的电路布置及监测***示意图。
图6是本发明实施例2的电路原理图。
图7是实施例2的电路布置及监测***示意图。
图中：1.锚具，2.纵向开槽，3.螺旋槽，4.绝缘胶，5.CFRP筋，6.第一电极，7.第二电极，8.第三电极，9.第n电极，10.电阻仪，11.导线，12.数据采集***，13数据传输***，14.数据分析***，15.导电胶，16.第n-1电极，17.第四电极，18、电压仪。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1所示为本发明所述结构监测***的一种实施方式，所述结构监测***包括工程结构、FRP筋和监测装置；
优选的，所述FRP筋为CFRP筋5，CFRP筋5为CFRP丝/束；所述工程结构为锚具1。
所述锚具1的待检测部位设有开槽；具体的，所述锚具1的外表面设有纵向开槽2和/螺旋槽3，干扰少，监测效果更准确。所述纵向开槽2用于测量锚具1的轴向变形；所述螺旋槽3用于测量环向变形。
如图2、3、和4所示，在纵向开槽2和/螺旋槽3内刷一层绝缘胶4，待绝缘胶4凝固，所述CFRP筋5布置在内壁设有绝缘胶4的纵向开槽2和/螺旋槽3内，但螺旋槽3内的CFRP筋5与纵向开槽2的CFRP筋5相互独立、绝缘。CFRP筋5上设有若干导电胶15形成n个电极，导电胶15将CFRP筋5固定于绝缘胶4表面。电极与独立的导线11连接，并通过导线11与监测装置连接。导线11可局部埋设于开槽2和/螺旋槽3内，并再次刷绝缘胶4形成绝缘层；所述导电胶15形成的电极与监测装置连接；所述监测装置根据CFRP筋5的电阻变化，判别CFRP筋5的应力状态。
所述监测装置包括电阻仪10、数据采集和分析***；所述数据采集和分析***可以包括数据采集***12、数据传输***13和数据分析***14。所述电阻仪10的监测数据传输给数据采集***12，并通过数据传输***13发送给数据分析***14。据不同工程结构的监测需要，电极的间距可调整。
所述CFRP筋5上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电阻仪10的测试接口相连，所述电阻仪10用于测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪10与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪10所测的电阻变化，判别CFRP筋5的应力状态。
具体的，所述CFRP筋5上的设有第一电极6、第二电极7、第三电极8、第四电极17…第n-1电极16、第n电极9；CFRP筋5的检测部位不同区域成为独立电阻单元，导线11将相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电阻仪10连接，电阻仪10所测电阻均相互独立。
如图5所示，一种利用所述结构监测***进行应变监测的方法，包括以下步骤：
首先在工程结构例如述锚具1的待检测部位设计开槽；
在开槽内先刷绝缘胶4，将CFRP筋5布置在开槽内，在CFRP筋5上设有若干导电胶15形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶4形成绝缘层；
所述CFRP筋5上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电阻仪10连接；
所述电阻仪10测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪10与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪10所测的电阻变化，换算为CFRP筋5的变形量，判别CFRP筋5的应力状态。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于，所述监测装置包括电压仪10、数据采集和分析***；
所述CFRP筋5上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线11与恒流源和电流表串联；CFRP筋5中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电压仪18连接，所述电压仪18用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪18与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪18所测的电压变化，判别CFRP筋5的应力状态。
具体的，所述CFRP筋5上的两端部第一电极6和第n电极9通过导线11与恒流源和电流表串联，并通过电流表读出恒定电流的数值；所述CFRP筋5通过第二电极7、第三电极8、第四电极17…第n-1电极16形成多个独立电阻单元；将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电压仪18连接，所述电压仪18用于测量每个电阻单元的电阻，电压仪18所测电阻均相互独立。
一种利用所述结构监测***进行应变监测的方法，包括以下步骤：
首先在工程结构的待检测部位设有开槽；
在开槽内先刷绝缘胶4，将CFRP筋5布置在开槽内，在CFRP筋5上设有若干导电胶15形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶4形成绝缘层；
所述CFRP筋5上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线11与恒流源和电流表串联；CFRP筋5中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线11与电压仪18连接，所述电压仪18用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪18与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪18所测的电压变化，换算为CFRP筋5的变形量，判别CFRP筋5的应力状态。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种结构监测***，其特征在于，包括工程结构、FRP筋和监测装置；
所述FRP筋布置在工程结构设有绝缘胶(4)的待检测部位，FRP筋上设有若干导电胶(15)形成n个电极，FRP筋上再刷绝缘胶(4)形成绝缘层；所述导电胶(15)形成的电极与监测装置连接；
所述监测装置根据FRP筋的电阻变化，判别FRP筋的应力状态。
2.根据权利要求1所述的结构监测***，其特征在于，所述工程结构的待检测部位设有开槽；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶(4)的开槽内，FRP筋上设有若干导电胶(15)形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶(4)形成绝缘层；所述导电胶(15)形成的电极与监测装置连接。
3.根据权利要求2所述的结构监测***，其特征在于，所述工程结构的表面设有纵向开槽(2)；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶(4)的纵向开槽(2)内，FRP筋上设有若干导电胶(15)形成电极，纵向开槽(2)内再刷绝缘胶(4)形成绝缘层。
4.根据权利要求2或3所述的结构监测***，其特征在于，所述工程结构的表面设有环向螺旋槽(3)；
所述FRP筋布置在内壁设有绝缘胶(4)的螺旋槽(3)内，FRP筋上设有若干导电胶(15)形成电极，螺旋槽(3)内再刷绝缘胶(4)形成绝缘层。
5.根据权利要求1所述的结构监测***，其特征在于，所述FRP筋为CFRP筋(5)。
6.根据权利要求1所述的结构监测***，其特征在于，所述工程结构为锚具(1)。
7.根据权利要求1所述的结构监测***，其特征在于，所述监测装置包括电阻仪(10)、数据采集和分析***；
所述FRP筋上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线(11)与电阻仪(10)连接，所述电阻仪(10)用于测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪(10)与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪(10)所测的电阻变化，判别FRP筋的应力状态。
8.根据权利要求1所述的结构监测***，其特征在于，所述监测装置包括电压仪(10)、数据采集和分析***；
所述FRP筋上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线(11)与恒流源和电流表串联；FRP筋中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线(11)与电压仪(18)连接，所述电压仪(18)用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪(18)与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪(18)所测的电压变化，判别FRP筋的应力状态。
9.一种利用权利要求1、2、3、5、6、7任意一项所述结构监测***进行应变监测的方法，其特征在于，
包括以下步骤：
将所述工程结构的待检测部位设有开槽；
在开槽内先刷绝缘胶(4)，将FRP筋布置在开槽内，在FRP筋上设有若干导电胶(15)形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶(4)形成绝缘层；
所述FRP筋上的n个电极中相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线(11)与电阻仪(10)连接；
所述电阻仪(10)测量每个电阻单元的电阻，所述电阻仪(10)与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电阻仪(10)所测的电阻变化，换算为FRP筋的变形量，判别FRP筋的应力状态。
10.一种利用权利要求1、2、3、5、6、8任意一项所述结构监测***进行应变监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述工程结构的待检测部位设有开槽；
在开槽内先刷绝缘胶(4)，将FRP筋布置在开槽内，在FRP筋上设有若干导电胶(15)形成n个电极，开槽内再刷绝缘胶(4)形成绝缘层；
所述FRP筋上的n个电极中最外侧的两端电极通过导线(11)与恒流源和电流表串联；FRP筋中除最外侧两端电极外，相邻的两个电极形成独立的电阻单元，将每个电阻单元的端部电极分别通过导线(11)与电压仪(18)连接，所述电压仪(18)用于测量每个电阻单元的电阻，所述电压仪(18)与数据采集和分析***连接，所述数据采集和分析***用于根据电压仪(18)所测的电压变化，换算为FRP筋的变形量，判别FRP筋的应力状态。
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