在工程結構表面布設導電格柵的方法與流程

2023-07-30 07:13:36 1

本發明涉及檢測技術，特別涉及一種在工程結構表面布設導電格柵的方法，利用該方法布設的導電格柵可以用於監測工程結構表面的疲勞裂紋。

背景技術：

例如橋梁、吊車梁等承受重複荷載作用的工程結構通常容易在表面產生疲勞裂紋，並由疲勞裂紋引發疲勞開裂損壞，即，工程結構隨著荷載的周期性增減變化而經歷疲勞裂紋的反覆開合、直至斷裂，最終導致工程結構坍塌失效。

然而，由於種種原因，例如，疲勞裂紋所在的區域位置隱秘、不易抵近觀察，或者，疲勞裂紋廣泛分布於工程結構的表面、不易全面檢查等，疲勞裂紋往往難以被人工監測，因此，疲勞裂紋引發的疲勞開裂損壞也無法被及時發現，從而無法有效避免工程結構的坍塌失效。

可見，在現有技術中，由於缺乏及時感知疲勞裂紋的有效手段，工程結構表面的疲勞裂紋難以被及時檢測。相應地，如何在工程結構的表面布設可感知疲勞裂紋的元件，成為現有技術中有待解決的問題。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提供了一種在工程結構表面布設導電格柵的方法，利用該方法布設的導電格柵可以作為感知疲勞裂紋的元件，用於對工程結構表面的疲勞裂紋的檢測。

本發明中，在工程結構表面布設導電格柵的方法可以具體包括：

對所述工程結構表面的目標檢測區域進行表面處理；

在所述目標檢測區域形成絕緣基層；

在所述絕緣基層的表面固定接線端子；

在所述絕緣基層的表面形成與所述接線端子電接觸的導電膜；

將所述導電膜形成為與所述接線端子電連接的格柵形狀；

在形成為所述格柵形狀的所述導電膜的表面覆蓋絕緣外層。

可選地，所述表面處理包括：表面打磨、以及表面雜質清理。並且，所述表面處理進一步包括：表面修平。

可選地，所述絕緣基層和所述絕緣外層中的至少一個通過刷塗絕緣漆形成。

可選地，所述接線端子通過粘接方式固定於所述絕緣基層的表面。

可選地，所述接線端子部分或全部位於所述絕緣基層的表面，所述導電膜覆蓋所述接線端子位於所述絕緣基層表面的部分。

可選地，所述導電膜通過噴塗導電漆形成。

可選地，將所述導電膜形成為與所述接線端子電連接的格柵形狀包括：在所述導電膜的表面繪製格柵圖案，所述格柵圖案延及至所述接線端子、並且所述格柵圖案的柵條排布方向與預估的裂紋方向相交；以及，根據所述格柵圖案雕琢所述導電膜。

可選地，該方法在形成所述絕緣外層之前，進一步包括：檢驗所述格柵形狀的所述導電膜與所述接線端子的導電性能。

可選地，該方法在形成所述絕緣外層之後，進一步包括：在所述絕緣外層的表面覆蓋物理保護層。

如上可見，本發明提供的上述方法可以在工程結構表面布設導電格柵，由於形成的導電格柵能夠以自身形變響應工程結構表面的變化，因此，由於導電格柵自身形變而引發的電阻值變化可以反映出工程結構表面的疲勞裂紋。而且，本發明提供的上述方法的實施可以適用於各種工程結構，尤其適用於工程結構表面形狀複雜、不易執行粘貼預成型格柵的情況，從而可以靈活地選擇對工程結構表面疲勞裂紋的檢測位置。

附圖說明

圖1為本發明實施例中在工程結構表面布設導電格柵的方法的示例性流程示意圖；

圖2為本發明實施例中在工程結構表面布設導電格柵的方法的擴展流程示意圖；

圖3a至圖3f為實施如圖1或圖2所示方法的實例示意圖；

圖4為在工程結構表面出現疲勞裂紋時的示例性結構示意圖；

圖5為利用如圖1或圖2所示方法檢測工程結構表面疲勞裂紋的示例性流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明進一步詳細說明。

考慮到工程表面疲勞裂紋的檢測關鍵在於對疲勞裂紋的及時感知，因此，本發明的實施例希望在工程結構表面布設導電格柵。其中，導電格柵能夠以自身形變響應工程結構表面的變化，相應地，由於導電格柵自身形變而引發的電阻值變化可以反映出工程結構表面的疲勞裂紋。

作為一種選擇，可以在工程結構表面粘接預成型格柵，然而，對於工程結構的表面形狀複雜的情況，粘接預成型格柵將變得十分困難。為此，本發明的實施例提供一種在施工現場利用導電塗膜工藝在工程結構表面布設導電格柵的方法。

請參見圖1，該實施例在工程結構表面布設導電格柵的方法可以具體包括：

S11，對工程結構表面的目標檢測區域進行表面處理。

其中，本步驟中提及的目標檢測區域，可以是通過預估方式確定的易開裂區域。並且，本步驟中執行的表面處理可以包括表面打磨、以及表面雜質清理，這裡提及的雜質可能是浮渣、鏽跡等。另外，對於目標檢測區域的表面不平滑的情況，例如表面存在凸出物，本步驟中執行的表面處理還可以進一步包括表面修平。

S12，在工程結構表面的目標檢測區域形成絕緣基層。

其中，本步驟可以通過刷塗絕緣漆來形成絕緣基層。

S13，在絕緣基層的表面固定接線端子。

其中，本步驟可以通過粘接方式將接線端子固定在絕緣基層的表面。並且，通過本步驟固定的接線端子，可以部分地位於絕緣基層的表面、或者也可以全部位於絕緣基層的表面，即，接線端子與絕緣基層存至少部分重疊。

S14，在絕緣基層的表面形成與接線端子電接觸的導電膜。

其中，本步驟可以通過噴塗導電漆來形成導電膜。並且，本步驟形成的導電膜，可以覆蓋接線端子位於絕緣基層表面的部分、即覆蓋接線端子與絕緣基層重疊的部分，以通過這樣的覆蓋方式實現與接線端子的電接觸。

S15，將導電膜形成為與接線端子電連接的格柵形狀。

其中，本步驟可以至少包括兩道工序：在導電膜的表面繪格柵圖案、以及根據繪製的格柵圖案雕琢導電膜。本步驟繪製的格柵圖案延及至接線端子，這裡所述的延及，可以認為格柵圖案的迂迴起始端可以分別位於接線端子的兩組電極觸點處，或者，也可以理解為格柵圖案的迂迴起始端也可以偏離於接線端子、但格柵圖案的迂迴延伸部分途經接線端子的兩組電極觸點。另外，本步驟繪製的格柵圖案的柵條排布方向與預估的裂紋方向相交，使導電格柵的柵條排布方向與預估的裂紋方向相交，從而使導電格柵對疲勞裂紋的感知更為敏感、響應精度更高。

S16，在形成為格柵形狀的導電膜的表面覆蓋絕緣外層。

其中，本步驟可以通過刷塗絕緣漆來形成絕緣外層。

可見，通過上述方法布設導電格柵不會破壞工程結構表面，還能夠使布設的導電格柵能夠緊密且牢固地附著於工程結構的表面，從而確保對工程結構表面疲勞裂紋的檢測具有較高的可靠性。而且，通過上述方法布設導電格柵可以不受限於工程結構的具體形式，即，上述方法可以適用於各種工程結構，尤其適用於工程結構表面形狀複雜、不易執行粘貼預成型格柵的情況，從而，可以靈活地選擇對工程結構表面疲勞裂紋的檢測位置。

為了進一步提高布設的導電格柵的可靠性，該實施例中的上述方法可以進一步擴展。

請參見圖2，該方法在通過S16形成絕緣外層之前，可以進一步包括：S21，檢驗格柵形狀的導電膜與接線端子的導電性能。若對導電性能的檢測不合格，則可以修復格柵形狀的導電膜與接線端子，然後再利用S21反覆檢測，若合格則可以繼續執行S16。從而，可以避免由於將導電膜形成為格柵形狀而破壞與接線端子電連接的情況發生。

再參見圖2，該方法在通過S16形成絕緣外層之後，可以進一步包括：S22，在絕緣外層的表面覆蓋物理保護層。從而，當工程結構應用到實際工程環境中時，能夠避免導電格柵由於各種意外的物理衝撞而被損壞。

為了更好地理解上述的方法，下面結合一實例進行舉例說明。請參見圖3a至圖3f，該實例以工程結構為吊車梁30為例。該吊車梁30包括上翼緣板31、下翼緣板32、以及連接在上翼緣板31和下翼緣板32之間的腹板33。其中：

如圖3a所示，下翼緣板32在腹板33的一側存在易開裂區域300，該易開裂區域300可以被確定為上述方法的S11和S12中提及的目標檢測區域，並且，通過預估分析，能夠預判出目標檢測區域300中可能出現的裂紋c(由於此處提及的裂紋c僅僅是一種預測結果，因而在圖3a中以虛線表示該裂紋c)的走向。

如圖3b所示，當確定了目標檢測區域300之後，通過上述步驟S11和S12，可以對目標檢測區域300進行表面處理、並形成形成絕緣基層41。

如圖3c所示，通過上述步驟S13，可以在圖3b中示出的絕緣基層41的表面固定接線端子50。

如圖3d所示，通過上述步驟S14，可以在圖3b和圖3c中示出的絕緣基層41的表面形成與圖3c中示出的接線端子50電接觸的導電膜42，絕緣基層41由於被導電膜42覆蓋42而未在圖3d中標示。

如圖3e所示，通過上述步驟S15，可以將圖3d中示出的導電膜形42成為與接線端子50電連接的格柵形狀，該從而得到包含柵條400的導電格柵40。

如圖3f所示，通過上述步驟S16，可以在形成為格柵形狀的導電膜(即導電隔柵40)的表面覆蓋絕緣外層42。

如上可見，導電格柵40可以通過導電塗膜工藝而被現場布設在吊車梁30的目標檢測區域300中。並且，導電格柵40覆蓋目標檢測區域300的完整區域，並且，導電格柵40的柵條400與預估的裂紋c走向垂直。

另外，從圖4中還可以看出，具有兩組電極觸點50a和50b的接線端子50與導電格柵40部分地重疊，並以此實現與導電格柵40的導電膜之間的電連接。該接線端子50用於通過兩組電極觸點50a和50b電連接測量儀60。當裂紋c出現在目標檢測區域300中時，測量儀60可以獲取到導電格柵200的電阻值變化曲線，以便於及時發現疲勞裂紋、並有助於實施開裂損壞預警措施，進而有助於減少工程結構坍塌失效的事故。

可見，利用該實施例中的上述方法，可以對工程結構表面的疲勞裂紋實施檢測，該檢測過程請參見圖5：

S51，預估工程結構的易開裂區域、並將預估的易開裂區域確定為目標檢測區域。

本步驟的預估可以通過仿真計算和/或歷史經驗分析予以實現，其中，歷史經驗可以是依據同類型工程結構的開裂歷史記錄。

當通過仿真計算實現對易開裂區域的預估時，預估的易開裂區域可以包括高應力幅區域和/或應力幅集中區域，其中，高應力區域可以是指仿真應力高於預設閾值的區域，而應力幅集中區域則可以是指仿真應力幅的分布密度高於預設閾值的區域。

當依據同類型工程結構的開裂歷史記錄實現對易開裂區域的預估時，易開裂區域可以包括同類型工程結構發生開裂的同位置區域。

S52，在目標檢測區域的表面布設導電格柵。

本步驟，可以具體包括如圖1或圖2所示流程中的各步驟。

S53，當導電格柵在工程結構使用過程中的電阻值異常變化時，對工程結構實施開裂損壞預警措施。

實際應用中，若導電格柵所在的目標檢測區域無疲勞裂紋，則電阻值的變化曲線可能呈近似直線的形狀；若導電格柵所在的目標檢測區域出現疲勞裂紋，則由於導電格柵會隨著疲勞裂紋的反覆開合而反覆伸縮，因而其電阻值的變化曲線會近似地呈上下波動的波浪狀。並且，電阻值的變化曲線既可以由電阻值本身表示，也可以由電流值或電壓值替代表示。

例如，本步驟所述的電阻值異常變化可以包括突變和/或斷路。其中，電阻值的突變可能是由於疲勞裂紋的開合幅度過大，導致導電格柵的電阻值波動範圍過大；而斷路則是指疲勞裂紋張開的幅度超過導電格柵的承受能力被拉斷，即，電阻值變為無窮大。此處列舉的這兩種異常變化，可能只出現突變、而不出現斷路，或者，也可能是先發生突變、後發生斷路，再或者，還可能是未經過突變而直接發生斷路。

另外，本步驟所述的開裂損壞預警措施，可以包括現場核查、現場修復等措施。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。