基于磁电复合材料的钢缆索力检测技术研究

发布时间：2020-01-29 14:01

【摘要】：随着跨江跨海大桥的不断普及,钢缆索力检测作为桥梁健康监测的重要手段在工程上得到广泛应用,索力检测准确与否直接关系到桥梁施工质量和安全运营,已成为公共安全领域的一个重大课题。基于磁电复合材料的索力传感检测方法是运用磁弹效应原理,将钢缆索本体作为传感器铁芯,利用磁特性与所受张力的内在联系,通过检测磁电复合材料输出诱导电压,实现钢缆索力精确测量。为了实现磁电复合材料索力传感检测技术的工程应用,论文对传感器系统结构、制备工艺、磁路等效方法、温度补偿技术开展了以下理论与试验研究工作:1、针对钢缆索结构高精度、高稳定性的检测要求,设计制备了多层磁电复合材料的磁弹性索力传感器。在最优结构参数条件下,运用环氧树脂、银导电胶粘结技术和涂胶厚度控制技术,制备成层状磁电复合材料。设计了漏磁场小、抗干扰好的磁回路结构,通过有限元方法获得复合材料驱动磁场和偏置磁场最优工作范围,并进行了传感器精度试验和响应时间试验。研究表明,磁弹性索力传感器测量精度高,响应较快,完全满足索力检测要求。2、针对磁弹性索力传感器工程应用安装维护难题,提出了旁路结构索力传感器。应用磁路定律和等效磁路法,系统分析了套筒式索力传感器的磁路结构。基于磁路等效原理,设计了能够满足工程应用的旁路式结构索力传感器,并对两种传感器进行了试验对比研究。结果表明,旁路式传感器精度能够满足索力检测要求,长期工作条件下,测量精度高于套筒式传感器。3、针对磁弹性索力传感器性能受内外部温度影响的特点,在分析温度影响机理的基础后,基于旁路式结构提出了差动式温度补偿结构,设计了相应的温度补偿电路,系统地做了温度补偿试验研究。研究表明,差动式索力传感器精度满足索力检测要求,而且能够实现全温度范围内的温度补偿,解决了工程应用和温度补偿两大难题。理论与试验研究表明了基于磁电复合材料的钢缆索力检测技术适合于复杂多变环境下钢缆索力的高精度、高可靠检测和工程应用。
【图文】：

悬索桥,钢缆索

绪论1 前言近年来，钢缆索的应用越来越广泛，主要应用于大型钢缆索建筑结构，诸如悬索桥的主缆、吊索，斜拉桥的斜拉索，拱吊桥的吊索等。如图 1.12，图 1.3。由于钢缆索所处环境复杂恶劣，破坏因素多，诸如腐蚀、交变应风振的破坏。因此，钢缆索的局部易疲劳损伤，最终导致钢缆索的使用寿短[1][2]。钢缆索一旦受损，将直接影响整个结构的应力分布，甚至让整个结入危险当中。全国各地，因为缺乏准确的钢缆索监测造成的建筑结构失事发生，如图 1.4。如海印桥，坐落于广州，1988 年建成,因为缺乏及时的索测，1995 年 5 月发生 9 号索断裂事故；济南的黄河桥，建成 13 年后，监测缆索锈蚀，对全桥进行换索，避免了事故的发生[3][4]。当前，由于钢缆索建乏必要的在线监测，造成钢缆索断裂或损坏事故给人们和社会带来了极大害。

斜拉桥,钢缆索

骼隆⒌跛鳎嚯崩酅诺男崩酓鳎嘣暗跚诺牡跛鞯取Ｈ缤?1.1,图1.2，图 1.3。由于钢缆索所处环境复杂恶劣，破坏因素多，诸如腐蚀、交变应力和风振的破坏。因此，钢缆索的局部易疲劳损伤，最终导致钢缆索的使用寿命缩短[1][2]。钢缆索一旦受损，将直接影响整个结构的应力分布，甚至让整个结构陷入危险当中。全国各地，因为缺乏准确的钢缆索监测造成的建筑结构失事频有发生，如图 1.4。如海印桥，，坐落于广州，1988 年建成,因为缺乏及时的索力监测，1995 年 5 月发生 9 号索断裂事故；济南的黄河桥，建成 13 年后，监测到钢缆索锈蚀，对全桥进行换索，避免了事故的发生[3][4]。当前
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U446

【参考文献】