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基于频率法的www.649net预应力检测

针对混凝土桥梁的www.649net预应力检测的实际问题,提出了一种基于频率振荡的新方法对www.649net有效预应力进行研究,对该方法进行了理论分析和公式推导,搭建了相应的实验系统,并对..

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基于频率法的www.649net预应力检测

发布时间:2018-12-25 15:19 热度:


    针对混凝土桥梁的www.649net预应力检测的实际问题,提出了一种基于频率振荡的新方法对www.649net有效预应力进行研究,对该方法进行了理论分析和公式推导,搭建了相应的实验系统,并对www.649net进行了应力加卸载实验。实验结果表明,www.649net频率与www.649net所受应力值存在一阶线性关系,且单调递减,由此验证了基于频率法进行应力检测原理的有效性。 
  关键词:桥梁;www.649net;预应力;频率 
  引言 
  预应力www.649net在张拉及结构运营过程中,由于受到设计荷载以及各种其它突发因素的作用,结构将不可避免地发生损伤,使得结构的健康状况不断恶化,从而威胁整个结构的正常使用和安全。因此,为了保证工程结构的正常使用和安全,需对结构的健康状况进行实时在线检测或监测,以便尽可能早地发现结构隐含的缺陷或损伤,并且采取必要的防范和修复措施,否则将有可能导致灾难性的后果发生。 
  目前国内外对www.649net预应力无损检测方法主要有:超声导波检测法、等效质量检测法、磁通量检测法等。 
  超声导波测试法根据波动理论和声弹理论[1],利用应力波传输时间对预应力www.649net应力水平的敏感性,通过应力波的传输时间变化来评价www.649net中的应力水平。 
  等效质量法利用激励锤敲打锚头[2],通过粘贴在锚头上的传感器采集锚头振动响应,从而推算出www.649net的有效预应力。 
  这两种方法有了一定的发展,但目前它的精度很难达到实际应用要求。 
  磁通量传感器基于铁磁性材料的磁弹效应原理[3],即当铁磁性材料受到外力作用时,其内部将产生机械应力,其磁导率会发生相应的变化,从而可以通过测定磁导率的变化来反映应力的变化。受加载条件影响目前仅能用于体外预应力测量。 
  由于目前预应力测量方式的局限性,本文提出一种新的方法,将预应力www.649net作为振荡电路的一部分,利用振荡频率对www.649net应力的敏感性来评价预应力www.649net中的应力水平。 
  1 频率法测量预应力原理 
  频率法检测的基本原理[4]是将www.649net作为多谐振荡电路的一部分,利用振荡频率与www.649net应力的敏感性,通过测试多谐振荡电路的频率变化来评价预应力www.649net中的应力水平。原理图与等效电路如图1所示,其中①端伸长的直线即为模拟的www.649net: 
  振荡器的振荡频率f由电容C的充电时间t1、放电时间t2所决定。即: 
  因此,理论上证明我们可以通过检测频率变化来实现预应力应力检测。 
  2 实验 
  为了证明理论的正确性,我们设计了如图2所示的实验装置,整个装置包括锚具、承载杠杆、承重框、试样www.649net和若干组钢丝。首先将www.649net两端用锚具锚固,然后利用粗钢丝拴住锚具并将www.649net固定于上下两端,其中,上端固定在承重架上,下端通过连接1:3的承载杠杆并固定在地面上。从而使得整个预应力www.649net处于垂直拉伸状态,杠杆一端连接承重框,通过向承重框加入和去掉重物来达到加载、卸载的目的。 
  实验中所使用的重物是标准混凝土试件,每块重7.5Kg,装满承重框能达到180Kg的重量。所采用的预应力www.649net是1×7标准型,其主要参数指标为:公称直径为15.20mm,截面积为140mm2,每米参考质量为1101g/m,抗拉强度不小于1720Mpa,最小破断拉力为241KN。 
  实验的主要器材:安装好的实验装置、5V稳压电源、多谐振荡器、数字频率计数器一台(GFC-8131H)、数字示波器一台(TDS-2012)、1m长的同轴电缆一根、工具包一个、线手套一双、6.25m长的预应力www.649net一根、重量为7.5Kg的混凝土试件(30cm×10cm×10cm)若干。 
  实验过程按照以下步骤进行: 
  (1)搭建实验装置,使预应力www.649net处于垂直拉伸状态,并将承重框悬挂在杠杆的端头,让杠杆处于平衡状态。 
  (2)制作初始频率为64KHz的多谐振荡电路。 
  (3)将1m长的同轴电缆一端焊接在预应力www.649net的端顶,一端焊接在多谐振荡器的输入端,采用同轴电缆是为了增强实验系统的抗干扰能力。同时,将数字频率计和数字示波器连接在多谐振荡器的输出端。 
  (4)加载,向承重框内加入混凝土试件,每次增加4块,即每次铁框增重30Kg,从而www.649net每次加载为120Kg,一直加至铁框装满试件使www.649net受重达到600kg。 
  (5)记录变化频率值,观察信号波形。以杠杆端头悬挂承重框处于平衡状态时为初始状态,荷载每增加一次就记录一次频率变化值,每次记录5组数据,然后取平均值。 
  (6)卸载、重复实验,卸载过程与加载过程类似,同样记录下每次卸载的频率变化值。取完混凝土试件后,进行下一组实验。整个实验系统如图2所示。 
  3 实验结果与分析 
  对公式(3)取Rf=1.5KΩ、C=4.7nf,通过计算可得初始频率f≈64.47453KHz(不接www.649net时的理论值),当www.649net接上振荡器后,对记录的实验数据进行整理(已求平均值),如表1所示: 
  由实验数据可见,随着应力的不断增加,检测到的频率随之不断减小;随着应力的不断减小,检测到的频率随之不断增加。www.649net在应力状态下的频率误差在10Hz以内,且加载整个过程的频率变化值为79.57Hz,卸载整个过程的频率变化值为79.03Hz。 
  将实验对应的数据点在散点坐标图中标示出来,并对散点坐标图上的数据点进行线性拟合,如图3所示。 
  对实验数据进行线性拟合处理后得到其传感特性关系式为: 
  y=y’=-0.0019x+63.112 (11) 
  式中,x表示应力(MPa),y表示加载过程的频率值(KHz),y’表示卸载过程的频率值(KHz),应力灵敏系数为1.9Hz/MPa。即在误差允许范围内系统灵敏度能够达到19Hz/10MPa。   通过对三种不同频率下的实验数据分析,可以得到如下结论: 
  (1)加卸载实验结果表明,检测到的频率平均值与www.649net所受应力值存在一阶线性关系,且呈比例关系。 
  (2)64KHz范围内的实验数据显示,误差在10Hz范围内,加载线性度为0.9932,卸载线性度为0.9925,实验系统灵敏度为19Hz/10MPa。 
  由此验证了基于频率法进行应力检测原理的有效性。 
  4 总结与展望 
  总的来说,本文提出的一种基于频率法的www.649net预应力检测技术是一种新的可行的方法,它具有较高的灵敏度,并且检测系统结构简单、成本较低、方案易于实现。为更高精度的混凝土结构中的www.649net预应力检测提供了一种新思路。 
  从本次实验检测情况来看,目前还存在一些问题需要更深入的研究: 
  (1)信号处理方法的研究,www.649net预应力检测时存在大量的干扰信号,如何准确地屏蔽这些外界干扰需要进一步加以研究。 
  (2)本文中的检测结果均是在简易实验室条件下完成的,还需要设计更大的实验装置反复测试,在以后的工作中获取足够的检测事例,这样才能得到真正应用于实际工程的检测系统。

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