基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統的製作方法
2023-05-25 03:00:46
基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，包括螺紋鋼筋或鋼絞線、錨具、波紋套管、錨墊板及錨固對象，錨固對象上開設有錨杆孔或錨索孔，螺紋鋼筋或鋼絞線通過螺紋鋼筋或鋼絞線的錨固段安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，波紋套管安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，套裝在螺紋鋼筋或鋼絞線外，錨固對象的錨杆孔或錨索孔埠處設有錨墊板和錨具，錨墊板壓緊波紋套管，錨具用於固定錨墊板，錨具一側設有擊振器，另一側設有加速度傳感器，加速度傳感器、擊振器分別通過數據採集器與電腦連接。本發明具有操作簡便、實用性強、應用廣泛等特點，對提高預應力錨固結構的可靠性，避免重大工程事故具有重要的技術經濟意義。
【專利說明】基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種預應力錨固結構張緊力檢測系統，尤其是涉及一種針對不同預應力錨具類型(螺杆螺帽型或錨塊錨塞型)的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統。
【背景技術】
[0002]從上個世紀末，預應力錨固結構在我國橋梁、隧道與巖土工程等領域中得到了廣泛應用，如橋梁工程中的預應力混凝土(剛構)箱梁橋三向預應力錨固體系、巖土工程中的預應力錨杆(錨索)技術及隧道工程中預應力錨杆(錨索)支護體系等，有效的提高錨固對象的強度、剛度及穩定性。同樣，預應力錨固結構也存在預應力損失過大或失效的問題。據相關文獻披露:通過現場調查、工程質量檢查與檢測和資料分析認為，除錨固對象的力學性質及環境腐蝕的影響外，預應力沒有達到設計要求是影響預應力錨固結構失效破壞的最主要因素，換言之，預應力損失過大或失效，是導致預應力錨固對象正常運營性能減弱、沒有達到設計目標的主要原因之一。本 申請人:在進行大跨度預應力混凝土箱梁橋施工監控和豎向預應力檢測時，對預應力筋的各項損失進行了全面和長期測試，結果表明:造成預應力錨固結構張拉力失效的原因是第一次初張拉不到位引起的。雖然在預應力施工的過程中採用超張拉或二次張拉的方法減少預應力的損失或失效，但是人為因素與預應力施工環境因素造成預應力並沒有達到設計要求，並且，在事後沒有完備的預應力錨固結構張拉力檢測標準，致使預應力錨固結構張拉力的施工、控制及檢測處於一種無序的狀態，進而惡化錨固對象的穩定性和安全性。解決預應力損失或失效問題最直接、最有效的途徑是提出一種有效的檢測方法並制定相應的檢測標準。目前，預應力錨固結構張拉力測量的主流方法主要有在錨下安裝壓力傳感器測量法、在預應力筋表面粘貼電阻應變片測量法、張拉千斤頂油表測試法、預應力筋延伸量測量法和振動測試法等，其中張拉千斤頂油表測試法和預應力延伸量測量法雖然簡單易行，但僅適用於張拉時的預應力控制且精度較低，壓力傳感器和粘貼電阻應變片測量法，成本高，且不能重複使用，雖然可以得到很好的測試精度，但不能滿足現場對預應力質量進行大面積檢測的要求，無法推廣應用，僅限於科學研究。振動測試法雖然能滿足事後的檢測標準，且測試精度較高，但相關操作過程相對繁瑣，究其原理僅適用於精軋螺紋鋼筋這一預應力錨固類型的張拉力的檢測。
【發明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本發明提供一種結構簡單、檢測成本低的基於單自由度系統預應力錨固類結構張拉力的檢測系統，其不僅能適應大面積檢測要求，而且能適應不同的錨具類型(螺杆螺帽型或錨塊錨塞型)的各種緊固構件的檢測。
[0004]本發明採用的技術方案是:包括螺紋鋼筋或鋼絞線、錨具、波紋套管、錨墊板及錨固對象，所述的錨固對象上開設有錨杆孔或錨索孔，螺紋鋼筋或鋼絞線通過螺紋鋼筋或鋼絞線的錨固段安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，波紋套管安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，套裝在螺紋鋼筋或鋼絞線外，所述的錨固對象的錨杆孔或錨索孔埠處設有錨墊板和錨具，錨墊板壓緊波紋套管，錨具用於固定錨墊板，錨具一側設有擊振器，另一側設有加速度傳感器，加速度傳感器、擊振器分別通過數據採集器與電腦連接。
[0005]上述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統中，所述的加速度傳感器通過磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固定安裝於錨具外表面下緣，靠近錨墊板但不與錨墊板接觸。
[0006]上述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統中，所述的加速度傳感器的橫向微幅振動方向垂直於螺紋鋼筋或鋼絞線的軸線。
[0007]上述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統中，所述的錨墊板的安裝傾角在±2度以內。
[0008]上述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統中，錨具與錨墊板的接觸形式為在預應力的作用下兩粗糙界面的接觸，接觸面處材料形變均在材料的彈性形變範圍內。
[0009]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0010]( I)本發明不僅能適應大面積檢測要求，而且能實現各類錨具(螺杆螺帽型或錨塊錨塞型)的緊固構件的檢測；
[0011]( 2 )本發明的加速度傳感器是經磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固聯於錨具外表面下緣，它與錨具的聯接或分離均十分方便，提高了測試系統的檢測效率；
[0012](3)本發明結構簡單，不僅可以快速安裝，而且可以重複、安全使用，檢測成本低；
[0013](4)本發明徹底的解決了預應力錨固類結構預應力損失過大和失效的問題，提高了錨固結構的耐久性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的檢測系統的結構示意圖。
[0015]圖2為本發明的檢測系統預應力錨固結構張拉力計算原理圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0017]如圖1所示，本發明包括螺紋鋼筋I (也可以是鋼絞線)、錨具2、波紋套管5、錨墊板3及錨固對象6，所述的錨固對象6上開設有錨杆孔(也可以是錨索孔)，螺紋鋼筋1(或鋼絞線)通過螺紋鋼筋I (或鋼絞線)的錨固段4安裝在錨固對象6的錨杆孔(或錨索孔)中，波紋套管5安裝在錨固對象6的錨杆孔(或錨索孔)中，套裝在螺紋鋼筋I (或鋼絞線)外，所述的錨固對象6的錨杆孔(或錨索孔)埠處設有錨墊板3和錨具2，錨墊板3壓緊波紋套管5，錨具2用於固定錨墊板3，錨具2與錨墊板3的接觸形式為在預應力的作用下兩粗糙界面的接觸，接觸面處材料形變均在材料的彈性形變範圍內；所述的錨墊板3的安裝傾角在±2度以內。錨具2 —側設有擊振器8,另一側通過磁力吸座71安裝有加速度傳感器7，也可以通過橡膠泥或石膏泥安裝加速度傳感器7，所述的加速度傳感器7的橫向微幅振動方向垂直於螺紋鋼筋I (或鋼絞線)的軸線。加速度傳感器7、擊振器8分別通過數據採集器9與電腦10連接。[0018]本發明操作時，操作本發明的電腦10，在信號分析裝置101的界面中點擊信號採集命令，擊振器8得指令動作，擊振器8使錨具2和與之連接的加速度傳感器7產生相對於錨墊板3的橫向微幅振動，擊振器8能用於測試各類型錨固系統輸入特性曲線為一體的振動信息檢測系統。加速度傳感器7橫向微幅振動方向是垂直於螺紋鋼筋I軸線，能用於測試各類型錨固系統輸出特性曲線的振動信息檢測系統。本發明的錨具2的橫向振動信號及擊振器8作用在錨具2上的擊振力輸入信號，經信號分析裝置101轉換成錨具2與錨墊板3相接觸的廣義切向接觸剛度，由信號分析裝置101界面顯示，其中，信號分析裝置101主要以最小二乘法參數識別方法為工作原理；並應用電腦中螺紋鋼筋I的張拉力與錨具2切向接觸剛度的計算關係式102計算獲取螺紋鋼筋I通過錨具2施加在錨固對象6上的張拉力。克服了現有預應力錨固結構張拉力的檢測系統均不能滿足現場對預應力錨固結構張拉力質量進行大面積檢測的缺陷，並且本發明的檢測方法操作簡便易行。
[0019]本發明的檢測原理:
[0020]本發明在只考慮錨具2與錨墊板3接觸面切向接觸剛度的情況下，設接觸面為隨機粗糙表面，視預應力錨固結構的螺紋鋼筋I (或鋼絞線)、錨具2 (螺杆螺帽型、錨塊錨塞等)、張拉錨固端為一個廣義質量系統，張拉端錨具2與錨墊板3的切向接觸剛度為Kx (兩接觸物體的切向接觸面也可視為串聯彈簧)的彈簧聯結，形成一個廣義質量-彈簧的單自由度系統受迫振動模型，如圖2所示。擊振器8對 錨具2施加的隨時間變化的激振力F(t)使錨具2 (為廣義質量塊m)在平衡位置Itl處作來回往復運動，其中X為任意時刻廣義質量塊m的切向位移，X0為某一時刻廣義質量塊m的切向位移幅值。
[0021]不同的張拉力使得錨具2與錨墊板3的壓緊程度不同，可以推斷，在不同張拉力的情況下，螺紋鋼筋I (或鋼絞線)的錨具2與錨墊板3的接觸面存在不同的廣義切向接觸剛度Kx，利用廣義切向接觸剛度Kx與張拉力Fn的關係，從而獲取預應力錨固結構的張拉力。
[0022]按下面的公式計算張拉力:
[0023]
【權利要求】
1.一種基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，其特徵在於:包括螺紋鋼筋或鋼絞線、錨具、波紋套管、錨墊板及錨固對象，所述的錨固對象上開設有錨杆孔或錨索孔，螺紋鋼筋或鋼絞線通過螺紋鋼筋或鋼絞線的錨固段安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，波紋套管安裝在錨固對象的錨杆孔或錨索孔中，套裝在螺紋鋼筋或鋼絞線外，所述的錨固對象的錨杆孔或錨索孔埠處設有錨墊板和錨具，錨墊板壓緊波紋套管，錨具用於固定錨墊板，錨具一側設有擊振器，另一側設有加速度傳感器，加速度傳感器、擊振器分別通過數據採集器與電腦連接。
2.根據權利要求1所述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，其特徵在於:所述的加速度傳感器通過磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固定安裝於錨具外表面下緣，靠近錨墊板但不與錨墊板接觸。
3.根據權利要求1所述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，其特徵在於:所述的加速度傳感器的橫向微幅振動方向垂直於螺紋鋼筋或鋼絞線的軸線。
4.根據權利要求1所述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，其特徵在於:所述的錨墊板的安裝傾角在+2度以內。
5.根據權利要求1所述的基於單自由度系統預應力錨固結構張拉力的檢測系統，其特徵在於:錨具與錨墊板的接觸形式為在預應力的作用下兩粗糙界面的接觸，接觸面處材料形變均在材料的彈性形變範圍內。
【文檔編號】G01L5/00GK103837279SQ201410125767
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】鍾新谷, 王剛, 舒小娟 申請人:湖南科技大學