申请/专利权人：北京建筑大学

申请日：2024-04-15

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118029732B

主分类号：E04G23/02

分类号：E04G23/02;G01L1/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.05.31#实质审查的生效;2024.05.14#公开

摘要：本发明公开了一种基于压电陶瓷的碳纤维织物预应力张拉及监测装置，包括碳纤维张紧子装置、粘结螺杆、环形压电陶瓷堆栈、行程放大子装置以及锚固套杆。使用时所述碳纤维与所述粘结螺杆通过环氧树脂粘结为一体，所述锚固套杆埋于混凝土基体中，通过压电控制器对所述环形压电陶瓷堆栈两端施加一定电压可使压电陶瓷沿固定方向产生相应的伸长，通过所述行程放大子装置将其位移放大并传递给粘结螺杆，粘结螺杆同时带动碳纤维产生位移，实现对碳纤维织物的张拉。采用上述技术方案，本发明的碳纤维织物预应力张拉及监测装置可精确控制预应力张拉水平，并在使用过程中对预应力水平进行监测，避免在使用期间产生预应力损失，提高预应力构件的可靠性。

主权项：1.一种基于压电陶瓷的碳纤维织物预应力张拉及监测装置，其特征在于，包括碳纤维张紧子装置（1）、粘结螺杆（2）、环形压电陶瓷堆栈（3）、行程放大子装置（4）以及锚固套杆（5）；所述锚固套杆（5）由下锚固套杆（503）和上锚固套杆（505）通过螺纹连接而成，在所述上锚固套杆（505）顶部设有一圆柱体密封盖（506），所述下锚固套杆（503）底板中心位置预留有一圆形的中央孔洞，中央孔洞旁设有一导线孔（501）；所述环形压电陶瓷堆栈为多层堆叠结构，其顶部与底部为环形绝缘陶瓷片（303），中部为多片环形压电陶瓷片（302）堆叠而成，所述环形压电陶瓷堆栈整体嵌入所述下锚固套杆（503）中，通过预留于所述下锚固套杆（503）底板内侧的限位凹槽（502）和所述环形绝缘陶瓷片（303）上的外凸球形卡（304）卡紧；压电陶瓷两端所施加电压与碳纤维预应力水平呈以下关系：，其中σ为碳纤维的预应力水平，ɑ1为粘结力调整系数，与碳纤维丝束的线密度有关；当一端张拉时ɑ2取1，两端同时张拉时ɑ2取2；k为位移放大系数，其等于上活塞面积Ad与下活塞面积Au的比值；E为碳纤维丝束的弹性模量，L为张拉方向碳纤维丝束的长度；n为环形压电陶瓷堆栈中的环形压电陶瓷片数；d33为压电陶瓷的压电应变常数；V为当前的加载电压；压电陶瓷两端加载电压与碳纤维预应力水平呈线性关系，使用时通过压电控制器监测到的电压求得此时的预应力水平，通过控制环形压电陶瓷堆栈两端的加载电压，可精确控制碳纤维的预应力水平；所述行程放大子装置（4）由上活塞（405）、下活塞（402）以及行程放大子装置外壳（406）组装而成，所述上活塞（405）和所述下活塞（402）固定于所述行程放大子装置外壳（406）内部，所述行程放大子装置外壳（406）嵌入所述上锚固套杆（505）中，通过所述行程放大子装置外壳（406）的外螺纹与所述上锚固套杆（505）连接紧密，所述下活塞（402）底部分布有与所述下锚固套杆（503）底板内侧相同的限位凹槽（502），通过与顶部所述环形绝缘陶瓷片（303）顶面的外凸球形卡（304）卡固紧密；所述行程放大子装置外壳（406）为一变截面中空圆柱体，分为上下两部分，呈阶梯状分布，其中上半部分壁厚较下半部分厚；所述下活塞（402）安装于所述行程放大子装置外壳（406）下半部分内，其为一环形柱体，内径略大于所述粘结螺杆（2）杆体外径，所述下活塞（402）外径略小于所述行程放大子装置外壳（406）下半部分内径，在所述下活塞（402）下表面均匀分布与所述下锚固套杆（503）底板内侧相同的限位凹槽（502），在所述下活塞（402）筒壁外侧与内侧中心位置设有环形凹槽，环形凹槽中固定有下活塞密封圈（401）以保证密封性；所述上活塞（405）为一环形柱体，环形柱体内孔径与所述粘结螺杆（2）杆体外径相等，环形柱体的上半部分外径与所述粘结螺杆（2）顶部的限位环形箍（204）直径相等，下半部分外径略小于所述行程放大子装置外壳（406）上半部分内径，在所述上活塞（405）下端部筒壁外侧安装有上活塞密封圈（404），所述上活塞（405）整体安装于所述行程放大子装置外壳（406）上半部分内；所述上活塞（405）、所述下活塞（402）与所述行程放大子装置外壳（406）围成一密封放大腔（403），所述放大腔（403）内装入低压缩性液体，通过所述上活塞（405）与所述下活塞（402）的面积差将所述环形压电陶瓷堆栈（3）产生的位移放大，所述上活塞（405）与所述下活塞（402）面积比为其位移放大比；所述粘结螺杆（2）从所述行程放大子装置（4）、所述环形压电陶瓷堆栈（3）和所述锚固套杆（5）形成的中央孔洞中穿出，所述粘结螺杆（2）顶部的限位环形箍（204）抵住所述行程放大子装置（4）的上活塞（405），所述粘结螺杆（2）两端分别固定有由橡胶制成的上部密封塞（206）和下部密封塞（201）；所述碳纤维张紧子装置（1）穿过两端密封塞的中心孔洞固定于所述粘结螺杆（2）内部，所述碳纤维张紧子装置（1）一端为张拉环（103），另一端为碳纤维粘结端头（101），中部为碳纤维张紧杆（102），碳纤维粘结于碳纤维粘结端头（101）内；所述粘结螺杆（2）为一中空圆柱形杆体，上端外部刻有外螺纹，下端为逐渐收紧的锥形口；所述杆体顶部的限位环形箍（204）为一环形柱体，环形柱体内表面刻有内螺纹，通过旋紧方式可与所述粘结螺杆（2）杆体连接为整体；杆体内侧刻有牙顶偏向于所述限位环形箍（204）的箭镞形粘结螺纹（203）；上部密封塞（206）和下部密封塞（201）为圆台形密封塞，密封塞上底面直径略小于所述粘结螺杆（2）杆体直径，下底面直径略大于杆体直径，密封塞轴心位置预留有圆形的中心孔洞；所述碳纤维张紧子装置（1）从所述下部密封塞（201）中心孔洞穿入，从所述上部密封塞（206）中心孔洞穿出；使用时所述碳纤维张紧子装置的碳纤维粘结端头（101）包裹并粘结碳纤维束，通过拉动所述碳纤维张紧子装置（1）的张拉环（103）使碳纤维束进入粘结螺杆（2）杆体内部并保证碳纤维束的平整，杆体内部的粘结剂（202）与粘结螺纹（203）形成咬痕从而将碳纤维与杆体紧密连接为一体；杆体上下两端设置的橡胶制密封塞保护所述杆体内部的粘结剂（202）不泄漏。

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百度查询： 北京建筑大学 一种基于压电陶瓷的碳纤维织物预应力张拉及监测装置

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