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第13期 基于磁弹效应和磁电材料的拉索及预应力筋全量应力监测系统 ...

2019-1-30 10:05

第13期 基于磁弹效应和磁电材料的拉索及预应力筋全量应力监测系统 段元锋 浙江大学建筑工程学院教授


52监测网专家报告分享-第13期

基于磁弹效应和磁电材料的拉索及预应力筋全量应力监测系统
段元锋 浙江大学建筑工程学院教授

人物介绍

段元锋,浙江大学建筑工程学院教授、博导,国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金、教育部霍英东基金获得者,浙江大学求是青年学者,中国振动工程学会结构抗振控制与健康监测专业委员会委员及青年委员会副主任委员,中国公路学会桥梁和结构工程分会理事。主持国家自然科学基金6项(含重点1项,优青1项,重大(培育)1项,面上2项,青年1项),发表论文100篇(含SCI 25篇、EI 20篇);出版专著《向量式结构力学》1部;授权中、美、日、韩等国家发明专利7项;全国发明展银奖1项。主要研究领域:桥梁结构健康监测与振动控制;向量式力学与结构动力灾变模拟。采用磁流变阻尼器的超长斜拉索闭环振动控制研究成果应用于浙江椒江二桥;基于磁弹效应与智能磁电材料的索力监测研究成果应用于福建泉州湾大桥、宁波澄浪桥、浙江椒江二桥等工程项目。教授本科生课程《创造性设计》、《结构健康监测与振动控制》,以及研究生课程《向量式结构与固体力学》、《大跨缆索结构桥》等。已指导博士生6人、硕士生11人。

内容简介

一、研究背景

我国已经和正在兴建大量的跨江、 跨海、跨峡谷的大跨索承桥。同时我国也是地震多发、强/台风频繁、车辆超载超速严重。在地震、风、车辆荷载等动力作用下,大跨索承桥容易发生严重的动力灾变。

索承桥的动力灾变控制的三方面工作
灾变预测:基于向量式力学的斜拉桥地震倒塌全过程模拟
灾变预警:基于磁弹效应和磁电层合材料的拉索应力监测
灾变控制:基于磁流变阻尼器的拉索智能振动控制

研究动机
拉索和预应力筋是大跨索承桥及预应力结构的重要受力构件
实际应力水平决定结构的安全状况
目前的应变测量法(电阻式-,振弦式-,光纤式-,等)只能监测应力的相对变化量。
振动频率法可应用于拉索索力监测,但精度较低。
传统的磁通量传感器,可以监测钢构件的绝对应力,但精度有限。
迫切需要一种精确的实时在线无损监测方法对在役钢构件, 特别是拉索和预应力筋的应力进行监测。

二、磁弹磁电式应力监测系统—工作原理



优点:实现应力绝对量的测量、与被测构件无机械接触、耐腐蚀、结构简单、使用寿命长
缺点:(使用测量线圈)、信号积分,耗时、响应速度慢、对励磁磁场要求高、灵敏度较低

新型应力监测系统 —— EME 应力监测系统
铁磁材料的磁弹效应、磁电层合材料的磁电效应。EME应力传感器(Elasto-magneto-electric, 简写EME) 。具有很高的磁电电压转换系数;对磁场变化响应速度快、灵敏度高、精度高;体积小,使用灵活方便;工作不需外部供电。

1. 铁磁材料的磁弹效应——应力对铁磁材料磁化影响的主要机理


2. 磁电层合材料的磁电原理


三、磁弹磁电式应力监测系统—实验研究


四、磁弹磁电式应力监测系统—工程应用

澄浪桥拱桥吊杆索力监测 (22只传感器)


泉州湾跨海大桥预应力筋应力监测 (60只传感器)


五、结论

拉索和预应力筋是索承桥结构和预应力结构的重要受力构件。 准确的进行在役绝对应力无损监测, 对于评价结构安全具有重要的意义。

基于铁磁材料的磁弹效应和智能磁电材料,通过理论分析、小型试验、系统研发等环节, 发展了一套磁电磁弹式( EME )应力监测系统,用于拉索和预应力筋的应力 监测,实现了高精度高(2%)、无损、非接触式监测。

该系统已成功应用于椒江二桥斜拉索、澄浪桥拱 桥吊杆、泉州湾大桥体外预应力筋、台州高架桥体内预应力筋的索力监测、绵阳饮马桥拱桥吊杆索力监测。

传感器可工厂预制,也可现场制作。 为新建及既有钢结构构件的索力监测提供解决方案。

基于磁弹效应和磁电材料的拉索及预应力筋全量应力监测系统
段元锋 浙江大学建筑工程学院教授


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  • eason是我粉丝 2019-1-30 10:58
    基于磁弹效应和磁电材料的拉索及预应力筋全量应力监测系统

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