CN110440970A - 一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统及方法，所述系统包括：锚具、位移传感器、力传感器、张拉千斤顶、钢绞线、油泵、测试主机、限位装置、夹片；系统进行测试时，位移传感器实时读取夹片位移量，利用力传感器实时检测张拉力值；通过测试主机控制张拉千斤顶的工作启停状态；测试主机基于实时检测的位移量与张拉力值绘制测试曲线图；当位移量达到设定值时，测试主机控制油泵停止工作，张拉千斤顶停止张拉，本发明能够解决现有反拉法测试时，夹片没有进行限制，导致超张拉，以至于出现钢绞线损坏和现场事故的技术问题。

Description

一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统及方法

技术领域

本发明涉及土木工程质量安全检测技术领域，具体地，涉及一种位移传感器和力传感器位于千斤顶前端测试锚下有效预应力的系统及方法。

背景技术

预应力混凝土结构中预应力的大小是影响结构服役期内正常使用性能的主要指标，目前国内外普遍采用的检测方法大体分为两类：间接检测和直接检测。间接检测技术主要有：声发射技术，电磁效应检测技法，超声波检测法，动力检测法以及锚端预应力测试技术，其测试精度相对较低。直接检测技术主要有：预应力筋直接检测技术，应力释放法以及反拉法。其中，预应力筋直接检测技术、应力释放法由于需要预埋传感器，从而限制了其应用范围，反拉法则是目前最常用最可靠的检测技术。

反拉法的种类有很多，大致可分为整束张拉和单根张拉。其中，整束张拉是对锚头的各根钢绞线同时张拉从而测定整个锚头的有效预应力，单根张拉则是分别对每一根钢绞线进行张拉，其测试预应力之和即为锚具的有效预应力。无论哪种方法，一般均需同时测试反拉力和钢绞线伸长量，并进行拟合绘制出F-S预应力曲线，如图3所示。

反拉法检测开始时，反拉力慢慢增大，各个部件设备间空隙进一步被排除，此阶段反拉力增加较小，而位移迅速增加，在F-S预应力曲线上斜率较小，如图1中的OA段；OA段结束，各个部件间空隙全部被压紧，此阶段随着反拉力增加，位移增量为工作段钢绞线的弹性变形，曲线的斜率趋于稳定，如图1中的AB段；AB段末端，反拉力达到平衡锚下有效预应力与静摩擦力之和，反拉力持续作用，完成克服摩擦力，此时，预应力体系将进行一个调整，如图1中的BC段，此阶段夹片与锚具之间的摩擦消失，夹片将随着钢绞线向外移动，直至被限位板(筒)限制住；当夹片松动后，反拉力继续增大，此时位移增量为工作段钢绞线和锚下锚索弹性变形之和，显然此时单位反拉力带来的位移量大得多，在F-S预应力曲线上斜率减小，如图1中的CD段。

使用反拉法测试有效预应力其测试结果直观易懂，且精确度较高，如图1中的BC段，当考虑摩擦力时，可取C点对应力值，当不考虑摩擦力时，可取B点对应力值。

然而，反拉法的最大的问题在于反拉法测试时，如果控制不严会造成锚具极限承载力的损失，其原因在于，在2次张拉时，夹片会随着钢绞线的位移而产生与锥口间的相对位移。此时，由于夹片、锥口产生的塑性变形，以及夹片在位移过程中不可避免地产生转动，从而在放张时夹片无法完全回缩到原来的位置。该位置的差异越大，该钢绞线(及锚固)的极限张力一般也就越低，对结构极限承载力判断的不利影响也就越大。

现有的反张拉检测一方面对夹片没有采取特殊的限制，仍然采用的限位板或限位筒，另一方面不能在夹片松动的瞬间停止张拉，F-S预应力曲线中的拐点不明确，无法准确绘制完整的F-S曲线图，即检测将失效。当钢绞线伸长量较大时，很难保证回缩量在1mm之内，从而对预应力体系产生十分不利的影响。

发明内容

本发明提供了一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统及方法，以解决现有反拉法测试时，夹片没有进行限制，导致超张拉，以至于出现钢绞线损坏和现场事故的技术问题。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，所述系统包括：

锚具、位移传感器、力传感器、张拉千斤顶、钢绞线、油泵、测试主机、限位装置、夹片；

钢绞线一端与张拉千斤顶固定连接，钢绞线另一端通过夹片与锚具固定连接，沿锚具至张拉千斤顶方向依次为：夹片、限位装置；夹片套设在钢绞线上，夹片与钢绞线置于锚具孔内；限位装置一端与锚具相接，另一端与张拉千斤顶相接；位移传感器和力传感器安装在限位装置上；位移传感器和力传感器均与测试主机连接，测试主机与油泵连接，油泵与张拉千斤顶连接；系统进行测试时，位移传感器实时读取夹片位移量，利用力传感器实时检测张拉力值；通过测试主机控制张拉千斤顶的工作启停状态；测试主机基于实时检测的位移量与张拉力值绘制测试曲线图；当位移量达到设定值时，测试主机控制油泵停止工作，张拉千斤顶停止张拉。

本发明中的一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统及方法，通过位于千斤顶前端的位移传感器实时监测夹片的位移量，位于千斤顶前端的力值传感器实时读取张拉力值。测试时，张拉千斤顶力值逐渐增大，当力传感器达到设定值时，位移传感器计数置为相对位移零点，夹片开始脱离锚具，当位移传值达到预先设定值时，测试主机控制油泵停止工作，张拉千斤顶停止张拉，有效防止超张拉。测试主机根据整个张拉过程中位移传感器位移值和力传感器力值绘制测试曲线图，根据曲线图分析处理得出锚下有效预应力。

优选的，限位装置为中空结构，钢绞线从限位装置的内部穿过。

优选的，通过测试主机控制油泵的油压，通过控制油泵启停控制张拉千斤顶的工作启停状态。

另一方面，本发明还提供了一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，所述方法基于前面所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，系统中限位装置上设置有位移传感器和力传感器，通过位移传感器实时监测夹片位移量，通过力传感器实时读取张拉力值；位移传感器用于实时监测夹片位移量，位移传感器位于千斤顶前端；力传感器用于实时监测张拉力值，传感器位于千斤顶前端。

所述方法包括：

准备阶段：将限位装置、张拉千斤顶依次穿过钢绞线，连接油泵，连接测试主机，确保各部分通讯连接良好，开始反拉测试；

预紧阶段：随着张拉进行，反拉力逐渐增大，各个部件间空隙进一步被排除，钢绞线逐渐拉紧，当力传感器读数达到设定值，此时位移传感器有一个初始位移值，该位移值即为夹片与锚具的相对位置，记录为相对位移零点；

张拉阶段：反拉力继续增大，当反拉力达到平衡锚下有效预应力与静摩擦力之和，反拉力持续作用，完成克服摩擦力，反拉力继续增大，夹片与锚具之间的摩擦消失，夹片将随着钢绞线向外移动，直到位移传感器位移值达到设定值，测试主机控制油泵自动停止工作，张拉千斤顶不再张拉，夹片也不再向外移动；

退顶阶段：通过测试主机控制油泵启停张拉千斤顶工作，使千斤顶退回到初始位置，取下千斤顶、限位装置。

进一步的，所述方法还包括：整个测试过程中，测试主机记录位移传感器与力传感器的数据，并绘制成曲线图。

进一步的，通过设置位移传感器的位置，使得张拉系统在为预紧阶段结束之前位移量始终为零，进入张拉阶段之后位移传感器开始计数。

进一步的，当油泵停止工作后，张拉千斤顶停止张拉，压力达到稳定状态后，通过力传感器进行读数；压力稳定后，锚具内外钢绞线张拉力平衡，此时力传感器读数大小作为钢绞线原有预应力。

进一步的，钢绞线的原有效预应力则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，F₀为压力稳定状态后的力传感器读数值，ΔF为张力修正值：

其中，ΔL为夹片位移量；κ为夹片解除咬合时的位移量；L为张拉端至锚固端之间的距离；A为钢绞线的公称截面积；E_s为预应力钢绞线的弹性模量。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明的系统及方法通过位移传感器实时监测夹片的位移量，在位移量达到设定值时，张拉千斤顶停止工作，能有效防止超张拉；

(2)本发明的系统及方法通过位移传感器实时监测夹片的位移量，在张拉过程结束时，可以根据位移传感器的数值来判断夹片是否退回到原位，能直观的判断出本次张拉是否对整体结构造成不良的影响。

(3)本发明系统及方法中的力传感器能够在稳定状态时直接读出千斤顶张拉力，张拉平衡时，再根据夹片位移等参数，能够直接算出得出钢绞线的锚下有效预应力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为反拉法原理图；

图2为本发明的方法装置示意图；

图3为采用本发明的方法测试锚下有效预应力的曲线图；

图中：1-锚具；2-位移传感器；3-力传感器；4-张拉千斤顶；5-钢绞线；6-油泵；7-测试主机；8-限位装置；9-夹片。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明中的一种位移传感器和力传感器位于千斤顶前端测试锚下有效预应力的方法，主要通过一套反拉测试系统(图2)来实现，该测试系统包括：锚具1、限位装置8、张拉千斤顶4、油泵6和测试主机7。锚具1上设置有夹片9和钢绞线5，锚具1和夹片9为固定钢绞线5；限位装置8上设有位移传感器2和力传感器3，利用该测试系统进行测试时，位移传感器2实时读取夹片9位移量，利用力传感器2实时检测张拉力值；通过测试主机7控制张拉千斤顶4混入油泵6的工作启停状态；实时检测的位移量与张拉力值均传输到测试主机7里，再由测试主机7绘制测试曲线图(图3)。当位移量达到设定值时，测试主机7控制油泵6停止工作，张拉千斤顶4停止张拉，有效防止超张拉。分析测试主机绘制的曲线图即可得到锚下有效预应力。

测试方法步骤如下：

1准备阶段：将限位装置、张拉千斤顶依次穿过钢绞线，连接油泵，连接测试主机，确保各部分通讯连接良好，开始反拉测试；

2预紧阶段：随着张拉进行，反拉力慢慢增大，各个部件设备间空隙进一步被排除，钢绞线逐渐拉紧，当力传感器读数达到设定值(如30KN)时(外部特征为张拉千斤顶中心线与锚具平行)，此时位移传感器有一个初始位移值，该位移值即为夹片与锚具的相对位置，记录为相对位移零点；

3张拉阶段：反拉力继续增大，当反拉力达到平衡锚下有效预应力与静摩擦力之和，反拉力持续作用，完成克服摩擦力，反拉力继续增大，夹片与锚具之间的摩擦消失，夹片将随着钢绞线向外移动，直到位移传感器位移值达到设定值(如相对零点为1mm)，测试主机控制油泵自动停止工作，张拉千斤顶不再张拉，夹片也不再向外移动；

4退顶阶段：通过测试主机控制油泵启停张拉千斤顶工作，使千斤顶退回到初始位置。取下千斤顶、限位装置。

整个过程中，测试主机记录位移传感器与力传感器的数据，并绘制成曲线图。

以上亦可通过设置位移传感器的位置，使得张拉系统在为预紧阶段结束之前位移量始终为零，进入张拉阶段之后位移传感器开始计数。

当油泵停止工作后，张拉千斤顶停止张拉，压力达到稳定状态后，通过力传感器进行读数。压力稳定后，锚具内外钢绞线张拉力平衡，此时力传感器读数大小可作为钢绞线原有预应力。

作为一种提高精度的方案，钢绞线的原有效预应力则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，F₀为压力稳定状态后的力传感器读数值，ΔF为张力修正值：

其中，ΔL为夹片位移量，设置为1mm；

κ为夹片解除咬合时的位移量，可通过试验确定。当无实验数据时，可取为0.5mm；

L为张拉端至锚固端之间的距离，单位mm。在实际测试中，可取近似直线自由段的长度；

A为钢绞线的公称截面积，单位mm2；

E_s为预应力钢绞线的弹性模量，为193GPa；

请参照图2和图3，一种位移传感器和力传感器位于千斤顶前端测试锚下有效预应力的方法，通过一套反拉测试装置来实现。所述反拉测试装置包括限位装置、张拉千斤顶、测试主机和油泵；所述限位装置上设置有位移传感器和力传感器，所述位移传感器用于直接测量夹片位移量；所述力传感器用于测量张拉力值。

本发明的测试步骤：

1将限位装置、张拉千斤顶依次穿过钢绞线，连接油泵，连接测试主机，确保各部分通讯连接良好，开始反拉测试；

2随着张拉进行，反拉力慢慢增大，各个部件设备间空隙进一步被排除，钢绞线逐渐拉紧，当力传感器读数达到设定值30KN(外部特征为张拉千斤顶中心线与锚具平行)，此时位移传感器有一个初始位移值，该位移值即为夹片与锚具的相对位置，记录为相对位移零点；

3反拉力继续增大，当反拉力达到平衡锚下有效预应力与静摩擦力之和，反拉力持续作用，完成克服摩擦力，反拉力继续增大，夹片与锚具之间的摩擦消失，夹片将随着钢绞线向外移动，直到位移传感器位移值达到设定值1mm，测试主机控制油泵自动停止工作，张拉千斤顶不再张拉，夹片也不再向外移动；

4退顶阶段：通过测试主机控制油泵工作，使张拉千斤顶退回到初始位置。取下千斤顶、限位装置。

整个过程中，测试主机记录位移传感器与力传感器的数据，并绘制成曲线图。通过对曲线图分析处理，可得到锚下有效预应力值。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，其特征在于，所述系统包括：

锚具、位移传感器、力传感器、张拉千斤顶、钢绞线、油泵、测试主机、限位装置、夹片；

钢绞线一端与张拉千斤顶固定连接，钢绞线另一端通过夹片与锚具固定连接，沿锚具至张拉千斤顶方向依次为：夹片、限位装置；夹片套设在钢绞线上，夹片与钢绞线置于锚具孔内；限位装置一端与锚具相接，另一端与张拉千斤顶相接；位移传感器和力传感器安装在限位装置上；位移传感器和力传感器均与测试主机连接，测试主机与油泵连接，油泵与张拉千斤顶连接；系统进行测试时，位移传感器实时读取夹片位移量，利用力传感器实时检测张拉力值；通过测试主机控制张拉千斤顶的工作启停状态；测试主机基于实时检测的位移量与张拉力值绘制测试曲线图；当位移量达到设定值时，测试主机控制油泵停止工作，张拉千斤顶停止张拉。

2.根据权利要求1所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，其特征在于，限位装置为中空结构，钢绞线从限位装置的两内部穿过。

3.根据权利要求1所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，其特征在于，通过测试主机控制油泵的油压，通过控制油泵启停控制张拉千斤顶的工作启停状态。

4.一种位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-3中任意一个所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的系统，所述方法包括：

准备阶段：将限位装置、张拉千斤顶依次穿过钢绞线，连接油泵，连接测试主机，确保各部分通讯连接良好，开始反拉测试；

预紧阶段：随着张拉进行，反拉力逐渐增大，各个部件间空隙进一步被排除，钢绞线逐渐拉紧，当力传感器读数达到设定值，此时位移传感器有一个初始位移值，该位移值即为夹片与锚具的相对位置，记录为相对位移零点；

张拉阶段：反拉力继续增大，当反拉力达到平衡锚下有效预应力与静摩擦力之和，反拉力持续作用，完成克服摩擦力，反拉力继续增大，夹片与锚具之间的摩擦消失，夹片将随着钢绞线向外移动，直到位移传感器位移值达到设定值，测试主机控制油泵自动停止工作，张拉千斤顶不再张拉，夹片也不再向外移动；

退顶阶段：通过测试主机控制油泵启停张拉千斤顶工作，使千斤顶退回到初始位置，取下千斤顶、限位装置。

5.根据权利要求4所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，其特征在于，所述方法还包括：整个测试过程中，测试主机记录位移传感器与力传感器的数据，并绘制成曲线图。

6.根据权利要求4所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，其特征在于，采用位移传感器实时检测夹片位移量；通过设置位移传感器的位置，使得张拉系统在为预紧阶段结束之前位移量始终为零，进入张拉阶段之后位移传感器开始计数。

7.根据权利要求4所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，其特征在于，当油泵停止工作后，张拉千斤顶停止张拉，压力达到稳定状态后，通过力传感器进行读数；压力稳定后，锚具内外钢绞线张拉力平衡，此时力传感器读数大小作为钢绞线原有预应力。

8.根据权利要求4所述的位于千斤顶前端测试锚下预应力的方法，其特征在于，钢绞线的原有效预应力则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，F₀为压力稳定状态后的力传感器读数值，ΔF为张力修正值：

其中，ΔL为夹片位移量；κ为夹片解除咬合时的位移量；L为张拉端至锚固端之间的距离；A为钢绞线的公称截面积；E_s为预应力钢绞线的弹性模量。