第13期 基于磁彈效應和磁電材料的拉索及預應力筋全量應力監測系統 段元鋒 浙江大學建筑工程學院教授
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52監測網專家報告分享-第13期 基于磁彈效應和磁電材料的拉索及預應力筋全量應力監測系統 段元鋒 浙江大學建筑工程學院教授 人物介紹 段元鋒，浙江大學建筑工程學院教授、博導，國家優秀青年基金、浙江省杰出青年基金、教育部霍英東基金獲得者，浙江大學求是青年學者，中國振動工程學會結構抗振控制與健康監測專業委員會委員及青年委員會副主任委員，中國公路學會橋梁和結構工程分會理事。主持國家自然科學基金6項（含重點1項，優青1項，重大（培育）1項，面上2項，青年1項），發表論文100篇（含SCI 25篇、EI 20篇）；出版專著《向量式結構力學》1部；授權中、美、日、韓等國家發明專利7項；全國發明展銀獎1項。主要研究領域：橋梁結構健康監測與振動控制；向量式力學與結構動力災變模擬。采用磁流變阻尼器的超長斜拉索閉環振動控制研究成果應用于浙江椒江二橋；基于磁彈效應與智能磁電材料的索力監測研究成果應用于福建泉州灣大橋、寧波澄浪橋、浙江椒江二橋等工程項目。教授本科生課程《創造性設計》、《結構健康監測與振動控制》，以及研究生課程《向量式結構與固體力學》、《大跨纜索結構橋》等。已指導博士生6人、碩士生11人。 內容簡介 一、研究背景 我國已經和正在興建大量的跨江、 跨海、跨峽谷的大跨索承橋。同時我國也是地震多發、強/臺風頻繁、車輛超載超速嚴重。在地震、風、車輛荷載等動力作用下，大跨索承橋容易發生嚴重的動力災變。 索承橋的動力災變控制的三方面工作 災變預測：基于向量式力學的斜拉橋地震倒塌全過程模擬 災變預警：基于磁彈效應和磁電層合材料的拉索應力監測 災變控制：基于磁流變阻尼器的拉索智能振動控制 研究動機 拉索和預應力筋是大跨索承橋及預應力結構的重要受力構件 實際應力水平決定結構的安全狀況 目前的應變測量法（電阻式-，振弦式-，光纖式-，等）只能監測應力的相對變化量。 振動頻率法可應用于拉索索力監測，但精度較低。 傳統的磁通量傳感器，可以監測鋼構件的絕對應力，但精度有限。 迫切需要一種精確的實時在線無損監測方法對在役鋼構件， 特別是拉索和預應力筋的應力進行監測。 二、磁彈磁電式應力監測系統—工作原理
優點：實現應力絕對量的測量、與被測構件無機械接觸、耐腐蝕、結構簡單、使用壽命長 缺點：（使用測量線圈）、信號積分，耗時、響應速度慢、對勵磁磁場要求高、靈敏度較低 新型應力監測系統 —— EME 應力監測系統 鐵磁材料的磁彈效應、磁電層合材料的磁電效應。EME應力傳感器(Elasto-magneto-electric， 簡寫EME) 。具有很高的磁電電壓轉換系數；對磁場變化響應速度快、靈敏度高、精度高；體積小，使用靈活方便；工作不需外部供電。 1. 鐵磁材料的磁彈效應——應力對鐵磁材料磁化影響的主要機理
2. 磁電層合材料的磁電原理
三、磁彈磁電式應力監測系統—實驗研究
四、磁彈磁電式應力監測系統—工程應用 澄浪橋拱橋吊桿索力監測 （22只傳感器）
泉州灣跨海大橋預應力筋應力監測 （60只傳感器）
五、結論 拉索和預應力筋是索承橋結構和預應力結構的重要受力構件。 準確的進行在役絕對應力無損監測， 對于評價結構安全具有重要的意義。 基于鐵磁材料的磁彈效應和智能磁電材料，通過理論分析、小型試驗、系統研發等環節， 發展了一套磁電磁彈式（ EME ）應力監測系統，用于拉索和預應力筋的應力 監測，實現了高精度高（2%）、無損、非接觸式監測。 該系統已成功應用于椒江二橋斜拉索、澄浪橋拱 橋吊桿、泉州灣大橋體外預應力筋、臺州高架橋體內預應力筋的索力監測、綿陽飲馬橋拱橋吊桿索力監測。 傳感器可工廠預制，也可現場制作。 為新建及既有鋼結構構件的索力監測提供解決方案。
基于磁彈效應和磁電材料的拉索及預應力筋全量應力監測系統 段元鋒 浙江大學建筑工程學院教授 |
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