[发明专利]基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置，包括：钢桥面板(1)、防水粘结层(2)、混凝土铺装层(3)，其特征在于还包括凹槽(4)、压电驱动器(5)、压电传感器(6)、信号发生器(7)、数据处理模块(10)。在钢桥面板(1)上依次铺设防水粘结层(2)和混凝土铺装层(3)，凹槽(4)预置在钢桥面板(1)上，压电传感器(6)放置在凹槽(4)内，压电驱动器(5)粘贴在防水粘结层(2)的上表面。信号发生器(7)生成信号激励压电驱动器(5)振动，在防水粘结层中产生应力波，压电传感器(6)检测到应力波后产生电压信号，传输给数据处理模块(10)，实现原位、实时、在线监测防水粘结层的损伤状况。

技术领域

本发明属于钢桥面铺装结构的监测技术领域，具体是基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法。

背景技术

钢桥面铺装结构是指铺设在钢桥面板上供车辆行驶的单层或多层混凝土结构，混凝土和钢桥面板之间通过防水粘结层结合为整体，防水粘结层还起到防止路面积水渗透至钢桥面板致使其腐蚀的作用。因此，防水粘结层的力学特性和损伤状况对铺装结构整体将产生重要影响。由于钢与混凝土在物理和力学性能上存在较大差异，同时，钢桥面板表面十分光滑，在日常使用中，防水粘结层往往成为铺装结构中的薄弱环节，在车辆荷载的反复作用下产生剪切破坏，严重地影响钢桥面铺装结构的使用寿命。如何及时发现并修复防水粘结层的损伤是影响铺装结构耐久性的关键问题。

由于防水粘结层处在铺装完成的混凝土和钢桥面板之间，无法直接观察其工作状态，检测和修复难度非常大。现有的监测方法主要包括：振动识别方法,非破坏性检测方法等，其中非破坏性检测法(NDT)应用较为广泛，它包括超声发射技术、超声波技术、阻抗法、红外热像法、脉冲雷达法和X射线等。

在CN 106092880A专利中采用了一种现场检测桥面铺装层间粘结拉拔强度的装置和检测方法。首先，在选定的检测断面，用取芯机钻入铺装层基体，然后将检测断面清洗干净，待其干燥后，将专用的粘结拉拔强度检测装置的下表面或监测面上涂覆粘贴物质，然后将拉拔头安放到待测断面，确保底座与拉拔杆的中轴线重合，最后均匀缓慢地拉动拉拔杆，直至检测断面被拉断开，读取此时的读数，并根据断面面积，测定粘贴拉拔强度。该方法解决了对防水粘结层粘结强度的检测问题，但是整个过程需要人力现场操作，且有损检测对路面的整体性造成一定的破坏，被测点有限，检测结果缺乏代表性。另外在特殊条件下(高温等)，不易操作。

在长安大学韩延波的硕士论文《钢桥面板与铺装层间粘结强度无损检测试验研究》中，采用了超声检测对粘结强度进行了探索，方案是使用探头发出超声波，在钢板一侧进行测试，利用超声波在不同界面上的波形转换，包括产生反射波和折射波等，进行钢-空气，钢-水，钢-土三种缺陷界面试验，与室内连接良好的界面对比，采用界面的回波总数、波高、相邻声压的比值作为初步定性检测粘结强度的物理量，通过超声回波波峰的包络线与坐标轴之间的包络面积及包络曲线的衰减指数来判断界面的粘结质量。该方法利用超声检测，做到了无损检测，不会对路面整体性造成破坏，操作过程简单易行，可行性较强。然而，影响超声的因素较多，诸如钢桥面板本身以及耦合状况等，需要大量针对性很强的实验来确认粘结良好界面的回波特性。其次，部分超声波探头价格昂贵，给使用带来不便。最重要的是：这种监测方案无法做到实时检测，需要人为使用探头或者借助机器人逐区域探测，操作相对繁琐。