[发明专利]一种用于销式结构受力状态的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，特别涉及一种用于销式结构受力状态 的监测方法。

背景技术

构件连接单元的健康状况对整个结构系统的安全运行和寿命维护起到至关 重要的作用。销式连接作为一种结构构件单元之间常见的连接方式，以其轻质 高强、组装拆卸方便、可以抵抗转动变形等众多优点而广泛应用于桥梁、建筑、 机械等领域。然而在使用过程中，一些超过销式结构设计承载能力的外加荷载 必然会对其健康状况以及未来的承载能力产生影响，但是目前在相关领域并没 有一种行之有效的方法可以对销式结构受力状况进行实时准确的监测和识别。

压电陶瓷(LeadZirconateTitanate,PZT)以其特有的传感和作动功能而成为近 年来在土木工程界广泛研究和应用的智能材料之一。其因具有响应快，频率范 围宽，易裁剪，价格低廉等特点而在工程结构监测方面存在着巨大的应用潜力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对销式结构健康监测领域的空白，提出一 种用于销式结构受力状态的监测方法，可以对销式结构的受力状况进行实时准 确的监测和识别。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种用于销式结 构受力状态的监测方法，包括如下内容：

步骤一，将两个压电陶瓷传感器分别以表面粘贴的方式，固定于销式结构 的销栓和销座的表面，压电陶瓷传感器表面均匀涂抹环氧树脂，进行防水绝缘 处理；

步骤二，将两个压电陶瓷传感器分别通过BNC电缆连接到NI信号采集卡， NI信号采集卡通过USB缆线与电脑分析终端相连；

步骤三，电脑分析终端通过USB缆线控制NI信号采集卡产生一定频段的 正弦扫频激励电信号，并通过采集卡输出端输出，经BNC电缆传输到其中一个 压电陶瓷传感器；另一个压电陶瓷传感器接收通过销式结构传递的激励信号并 将激励信号转化为电信号，经BNC电缆传输到NI信号采集卡的输入端，采集 卡将其转化为数字信号，并通过USB缆线传输到电脑分析终端；

步骤四，在电脑分析系统中定义销式结构正常无损工作状态下，所测得的 压电陶瓷传感器信号作为基准信号，构建识别特征参数基准值，之后通过监测 不同时期销式结构测量信号的识别特征参数，将其与识别基准值对比分析并计 算受力评判指标，通过监测评判指标的变化得出销式结构的受力情况。

所述步骤四中，销式结构正常无损工作状态下的传感器基准信号，通常可 以取销式结构建成之后投入使用之前的采集信号，也可以是在通过其他检测方 法确认销式结构没有损伤之后，进行实验采集的信号。

所述步骤四中，识别特征参数包括接收信号的能量幅值、小波包能量值、 结构局部谐振频率、信号拟合回归系数、因子分析系数、小波包节点系数等一 系列可以表征信号特征的直接测量值或者衍生值；受力评判指标包括上述信号 特征值的相对变化值、变化相对均方差；所定义的评判指标越大，则表明被测 连接单元的受力情况较正常受力情况偏差越大。

所述步骤三中，激励扫频信号的生成和响应信号的接收是通过粘贴于被检 测的销式结构表面的压电陶瓷片所实施的。

本发明的有益效果在于将压电陶瓷传感器技术应用到销式连接构件的受力 状态的监测和识别，原理明确、成本低廉、操作简单易行、识别准确，可以实 现销式结构受力状态的长期在线监测和识别，从而为销式结构的安全评价和寿 命预测提供了科学依据，对于减少整个系统结构的监测和运行维护成本，降低 销式结构的安全隐患和运行风险，将产生积极的意义。

附图说明

附图1为本发明的销式结构连接示意图及传感器布置图。

附图2是本发明的销式结构受力状态监测示意图。

附图3是一个刚性球体和一个弹性半空间体的接触示意图

附图4是两个具有弹性曲面的圆柱体平行接触示意图

附图5是根据赫兹接触理论求得的平行接触圆柱体的接触面

图中：1吊杆；2销座；3销栓；4压电陶瓷传感器；5BNC电缆；6NI信 号采集卡；7USB缆线；8电脑分析终端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式做具体的描述：