CN101769075B - 混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

一种混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置，该混凝土梁锚下预应力检测的装置安装在已经张拉完但还未注浆的混凝土梁的锚索上，锚索伸出混凝土梁的根部锁固有工作锚，包括：以串接方式依次安装在锚索上的反力筒、穿心式的千斤顶以及工具锚，该反力筒套设在工作锚外，底部开口，且开口面紧贴承托所述工作锚的混凝土梁断面，顶部设有供锚索穿过的通孔；该千斤顶安装于该反力筒的顶面以张拉锚索；所述工具锚安装在所述千斤顶上以锁定锚索；还包括串接在所述锚索上并位于所述反力筒和所述工具锚之间的位移和荷载测试仪器。该混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置可规范预应力桥梁的质量控制行为，提高预应力桥梁整体质量水平。

Description

混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种预应力工程测试装置和方法，尤其涉及一种混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置。

背景技术

预应力锚固工程在桥梁施工、大坝加固、高陡边坡加固、地下洞室加固等混凝土工程(一般统称为锚固工程)中得到大量应用。这些锚固工程由于采用预应力锚索技术，可以在需加固结构物的施工过程中，以及在交付使用前，预先对需加固工程施加较大的预应力，使得被加固的结构物保持稳定。

预应力桥梁梁体的施工分为如下三个阶段：第一阶段，浇筑预应力梁砼，并预留供预应力筋(锚索)穿过的孔道；第二阶段，安装预应力筋并进行预应力筋张拉；第三阶段，切割多余的预应力筋，封锚并进行孔道注浆。其中该第二阶段的预应力筋张拉质量将直接影响桥梁的使用寿命。预应力筋的张拉应力和伸长值是预应力筋张拉质量最重要的两大控制指标，如果控制不当，容易出现张拉应力损失而造成欠张拉或超张拉，都会影响预应力混凝土构件的使用效果和寿命。

现有锚固工程控制张拉应力和伸长值的指标是通过在锚固第二阶段预应力筋张拉过程中，记录施工张拉的张拉应力和伸长值，画出施工张拉过程的P-S曲线，并通过该P-S曲线来分析锚固工程的预应力筋张拉是否合格，然而，该P-S曲线反映的仅仅是预应力筋在施工过程的指标值，在预应力筋张拉完并进行锚固后，锚下预应力是否合格，目前尚未有检测办法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混凝土梁锚下预应力检测的方法及实现该方法的装置，其通过检测混凝土梁的锚下预应力状态来判定预应力桥梁施工施加的预应力质量水平，对部分存在预应力缺陷的桥梁施加补救措施，以规范预应力桥梁质量控制行为，提高预应力桥梁整体质量水平。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种混凝土梁锚下预应力检测的装置，其安装在已经张拉完但还未注浆的混凝土梁的锚索上，锚索伸出混凝土梁的根部锁固有工作锚，包括：以串接方式依次安装在锚索上的反力筒、穿心式的千斤顶以及工具锚，所述反力筒套设在工作锚外，底部开口，且开口面紧贴承托所述工作锚的混凝土梁断面，顶部设有供锚索穿过的通孔；所述千斤顶安装于所述反力筒的顶面以张拉锚索；所述工具锚安装在所述千斤顶上以锁定锚索；还包括串接在所述锚索上并位于所述反力筒和所述工具锚之间的位移和荷载测试仪器。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置，其中，所述位移和荷载测试仪器位于所述反力筒和所述千斤顶之间或者位于所述千斤顶和所述工具锚之间。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置，其中，所述工具锚为圆柱体，轴向中心设有供锚索穿过并沿锚索张拉方向相反的方向渐缩锥度的锥形锚孔，在工具锚锥形锚孔中设有与锚孔结构匹配的用于夹紧锚索的夹片。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置，其中，还包括设于反力筒内部并紧挨工作锚安装的限位组件，所述限位组件包括：连接锚头、第一限位片、第二限位片以及紧固螺栓，所述连接锚头为圆柱体，轴向中心设有供锚索穿过并沿锚索张拉方向相反的方向渐缩锥度的锥形锚孔，在连接锚头锥形锚孔中设有与其锚孔结构匹配的用于夹紧锚索的夹片；所述第一限位片呈圆板状，安装于连接锚头靠近其锥形锚孔大口的一侧，且该第一限位片中设置有刚好允许锚索穿过的圆孔；在第一限位片靠近其外缘的位置设有螺孔，在连接锚头的相应位置设有与第一限位片相匹配的螺孔，所述紧固螺栓依次穿过第一限位片和连接锚头的螺孔将第一限位片栓紧在连接锚头上，且紧固螺栓自由端伸出连接锚头；所述第二限位片也呈圆板状，其上也设有刚好允许锚索穿过的圆孔，所述第二限位片安装在工作锚与连接锚头之间，且紧固螺栓伸出连接锚头的自由端正好抵靠该第二限位片。

本发明还提供一种混凝土梁锚下预应力检测的方法，包括以下步骤：

步骤a：安装上述权利要求1-3中任意一项所述的后张预应力混凝土梁锚下预应力检测的装置：先后依次安装反力筒、千斤顶和工具锚，在工具锚中置入工具锚夹片，索紧锚索，

步骤b：进行拉动试验：

b₁、施加初始荷载，使得所述各张拉装置之间紧密衔接；

b₂、缓慢施加荷载，当千斤顶活塞刚产生位移时，通过位移和荷载测试仪器记录此时的锚索位移以及此时的锚索张拉力；

b₃、分级施加荷载，直到锚索受力恢复到施工张拉锁定前的受力状态，分别记录此过程中各阶段的锚索位移和其对应的锚索张拉力；

b₄、继续施加载荷，记录下此时锚索的位移和锚索张拉力；

步骤c：根据步骤b₂、b₃、b₄的试验数据，画出检测张拉P-S曲线，然后将理论计算的施工张拉P-S曲线平移至检测张拉P-S曲线的对应步骤b₄的检测点上，检测张拉P-S曲线与该施工张拉P-S曲线的交点即为混凝土梁锚下的预应力值。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其中，在步骤a之前还包括步骤f_a：将锚索穿过第二限位片并使第二限位片紧挨待测工作锚，在将锚索穿过连接锚头的锥形锚孔，置入连接锚头夹片，锁紧连接锚头夹片，将锚索穿过第一限位片，通过紧固螺栓栓紧连接锚头和第一限位片，并使紧固螺栓的自由端抵靠第二限位片。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其中，在步骤c之后还包括拆卸该后张预应力混凝土梁锚下预应力检测的装置的步骤：首先依序拆卸工具锚、千斤顶、反力筒，然后拆卸紧固螺栓、第一限位片和连接锚头，最后拆卸第二限位片。

所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其中，在步骤c之后还包括补偿步骤，该补偿步骤包括：分级施加荷载张拉锚索，使其张拉至设计拉力值后，卸荷，重新索定工作锚夹片。

本发明的有益技术效果在于：通过该锚下预应力检测的装置对已经张拉锚固但还未注浆的混凝土梁的锚索进行能有效防止检测损失的再次张拉，记录下再次张拉的试验数据，并通过该试验数据计算出混凝土梁的锚下预应力值，从而判定混凝土梁施工施加预应力的质量水平。该混凝土梁锚下预应力检测的方法给锚索张拉施工操作提供了科学规范，同时，也便于管理人员对张拉施工工程的质量进行科学监控，以及时发现某些存在预应力缺陷的混凝土梁，对该部分混凝土梁施加补偿张拉，避免了锚索工程的浪费，也有效预防了突发性破坏事故，规范了预应力桥梁的质量控制行为，提高了预应力桥梁整体质量水平；另外，该混凝土梁锚下预应力检测的方法还给施工张拉完成的预应力工程提供了一种验收方法，便于验收机构准确获知张拉完毕的锚索的锚下预应力值，确保了锚索工程的验收质量。

附图说明

图1为本发明的检测装置安装在桥梁锚上的结构示意图；

图2为本发明预应力桥梁锚下预应力检测的原理示意图。

具体实施方式

本发明的检测装置是针对锚固工程的第二阶段的锚索张拉锁定后而检测其锚下预应力值。该检测技术的原理是通过对已经锁定但未注浆的锚索再次张拉，并根据再次张拉的P-S曲线判定桥梁锚下预应力值，通过该桥梁锚下预应力值与所设计的锚固工程拉力对比，进而评判该已张拉完的锚索质量是否符合规范要求。

为了实现上述检测方法，本发明设计了如下检测装置，如图1所示，该检测装置主要包括：以串接方式安装在锚索上的张拉锚索11的千斤顶3、给千斤顶3提供反力的反力筒2、锁定锚索11的工具锚4、限位待测工作锚1的限位组件5以及位移和载荷测试仪器6，下面结合附图对各部分进行详细说明。

反力筒2为中空筒状结构，采用较厚壁的钢材制作，其底部开口，与底部对应的顶部设有供锚索11穿过的穿孔。使用时先将反力筒2套设在已经张拉完的待测工具锚1的外面，使反力筒2的开口面紧贴承托待测工作锚1的桥梁断面，再将千斤顶3置于反力筒2的顶部以进行张拉试验，以使反力筒2起到为千斤顶3提供支撑力的作用。所述千斤顶为穿心千斤顶。

工具锚4安装在千斤顶3上，其为大小、形状与待测工作锚1的形状大小相匹配的圆柱体，轴向中心开设有允许锚索11穿过的锥形锚孔40，锥形锚孔40为朝锚索张拉方向相反的方向渐缩锥度的锥形孔，在实际操作中该锥形孔40的大口朝向锚索张拉的方向，小口向着锚索张拉方向相反的方向，当锚索11插入锥形锚孔40后，再在锚孔40中放入与锚孔40匹配的夹片41夹紧锚索11。夹片41的结构采用与现有锚固工程中工作锚1中所用的夹片相同的结构，其为与锥形锚孔匹配的锥形板，每个锚孔用两块该锥形夹片以围合成一锥体时，效果较为理想。

位移和载荷测试仪器6指示锚索11在张拉过程中的长度形变和锚索在张拉过程中所承受的张拉载荷(即张拉力)，该位移和载荷测试仪器6可串接在反力筒和千斤顶之间也可串接在千斤顶和工具锚之间，在本实施例中，该位移和载荷测试仪器6串接在千斤顶3和工具锚4之间。

锚索11在张拉过程中会产生形变，而工作锚1与锚索11之间没有固定，因此，工作锚1的位移不能与锚索11的位移同步，而工作锚中的夹片12可能随锚索11一起移动，在这种情况下若检测完成后卸载，可能导致由于夹片12没有被限位而产生锚下预应力损失。

为了克服因夹片12没有被限位而产生锚下预应力损失，本发明通过一限位组件5来限位工作锚1及夹片12的初始位置，使得工作锚1在锚索张拉测试完后可以回到施工锁定前的状态。

限位组件5设于反力筒2内并紧贴工作锚1安装，其包括：连接锚头51、第一限位片52、第二限位片53以及紧固螺栓54。该连接锚头51具有类似现有锚固工程中工作锚1相同的结构，其轴向中心设有允许锚索11穿过的锥形锚孔511，锥形锚孔511中设有与锚孔结构匹配的夹紧锚索11的夹片512，每个锚孔511用两块该锥形夹片512。锥形锚孔511为朝待测工具锚1方向渐缩锥度的锥形孔，在实际操作中该锥形孔511的大口向着锚索张拉的方向，小口向着锚索张拉方向相反的方向。第一限位片52呈圆板状，中间开设有与待张拉锚索11数目相同的圆孔，圆孔内径略大于锚索11直径，使得锚索11刚好可以通过该圆孔而夹片512无法通过，第一限位片52安装在连接锚头51靠近锥形锚孔511大口的一侧，以限定夹片512使其卡紧在连接锚头的锥形锚孔511中。在第一限位片52靠近其外缘的位置设有两个或两个以上的螺孔，在连接锚头51的相应位置也设有与第一限位片52相匹配的螺孔，紧固螺栓54依次穿过第一限位片52的螺孔、连接锚头51的螺孔将第一限位片52栓紧在连接锚头51上，且紧固螺栓54的长度大于连接锚头51加第一限位片52的厚度，使得紧固螺栓54穿过第一限位片52和连接锚头51时自由端可伸出连接锚头51。第二限位片53具有与第一限位片52类似的结构，也呈圆板状，中间开设有与待张拉锚索11数目相同的圆孔，圆孔内径略大于锚索11直径。第二限位片53安装在工作锚1与连接锚头51之间，且紧固螺栓54伸出连接锚头51的自由端正好抵靠于该第二限位片53。

该限位组件5通过紧固螺栓54紧固第一限位片52与连接锚头51，使夹片512卡紧在连接锚头51的锥形锚孔511内，并通过夹片512卡紧锚索11，使连接锚头51和紧固螺栓54随着锚索11一起同步移动。当该限位组件5安装在锚索的张拉初始位置时，即便锚索在张拉后形变伸长或是在千斤顶卸载后锚索缩回，限位组件5仍然在该初始位置上。而因限位组件5的紧固螺栓54通过第二限位片53抵靠在工作锚1上，因此可通过该限位组件5来限定工作锚1，保证工作锚1在测试张拉完后可以回到施工锁定前的状态。

上述检测装置安装于锚固工程的安装步骤如下：

步骤a：安装限位组件5：

a₁、将待测锚索11穿过第二限位片53，使该第二限位片53安装在待测工作锚1上；

a₂、将待测锚索11穿入连接锚头51的锚孔511中，置入连接锚头夹片512，锁紧连接锚头夹片512，依次穿过连接锚头51和第一限位片52，并通过紧固螺栓54栓紧连接锚头51和第一限位片52，使紧固螺栓54的自由端抵靠第二限位片53。

步骤b：将反力筒2套装在工作锚1外，使其底部开口紧贴承托待测工作锚1的桥梁断面并紧固在桥梁断面上。

步骤c：将反力筒2的顶端作为反力平台，安装千斤顶3；

步骤d：在千斤顶3的顶部安装工具锚4，将待测锚索11穿入工具锚4的锚孔40中，置入工具锚夹片41，锁紧待测锚索。

步骤f：最后，将千斤顶3与油泵(图中未示)连接。

在完成以上用于检测桥梁锚下预应力的装置的安装后，该装置的使用步骤如下：

1、通过油泵施加初试荷载，使得各设备之间紧密衔接；

2、缓慢施加荷载，当检测张拉力达到平衡锚下真实预应力，即千斤顶3活塞刚产生位移时，通过位移和载荷测试仪6记录该位移S_A以及该位置的锚索张拉力P_A；

3、分级施加荷载，使锚索依次克服桥梁孔道的反向摩阻、补偿孔道反向摩阻影响段内正向摩阻，使得锚索受力恢复到施工张拉锁定前的受力状态，分别记录各状态的锚索的位移S_j和其对应的锚索张拉力P_j；

4、继续施加载荷，使得锚索恢复施工张拉锁定前的受力状态后，再张拉一段，并记录下该段的锚索的位移S_c和锚索张拉力P_c

根据上述试验数据，画出桥梁锚再次张拉的P-S曲线，通过力学分析可知：当检测张拉力超过张拉松动点B后，检测张拉的P-S曲线和实际施工张拉的P-S曲线斜率相等，即检测张拉的P-S曲线的BC段的斜率和实际施工张拉的P-S曲线(图中的OE段)的斜率相等，而实际施工张拉的P-S曲线在施工过程中已经绘制过，因此，根据上述条件，利用施工张拉(理论计算)P-S曲线(直线)平移至检测张拉P-S曲线C点，检测张拉P-S曲线与该直线的交点即为B点，其对应的张拉力为检测张拉松动力B，进而计算锚下预应力标准值。

将计算得出的锚下预应力值进行评估，进而判定预应力桥梁施工施加的预应力质量水平，对部分存在预应力缺陷的桥梁施加补救措施，对于在以上质量检测试验中锚索预应力不合格的锚固工程，拆除上述装置中的限位组件5，进行张拉补强，在分级施加荷载到指定荷载后，卸荷，工作锚夹片12重新索定锚索，完成锚索补强。

在完成检测、补强试验步骤后，最后进行卸载和拆除步骤：卸载和拆除步骤采用逐级卸荷，按顺序拆卸工具锚4、位移和载荷测试仪器6、千斤顶3、反力筒2、限位组件5。最后对锚头进行封锚处理，试验完毕。

值得一提的是，以上仅以桥梁锚为具体实施例来说明该预应力检测装置的应用，在实际应用中，该预应力检测装置和通过该检测装置来检测锚下预应力的装置还可应用于其他混凝土梁锚的锚下预应力检测。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混凝土梁锚下预应力检测的装置，其安装在已经张拉完但还未注浆的混凝土梁的锚索上，锚索伸出混凝土梁的根部锁固有工作锚，其特征在于，包括：以串接方式依次安装在锚索上的反力筒、穿心式的千斤顶以及工具锚，所述反力筒套设在工作锚外，底部开口，且开口面紧贴承托所述工作锚的混凝土梁断面，顶部设有供锚索穿过的通孔；所述千斤顶安装于所述反力筒的顶面以张拉锚索；所述工具锚安装在所述千斤顶上以锁定锚索；还包括串接在所述锚索上并位于所述反力筒和所述工具锚之间的位移和荷载测试仪器；还包括设于反力筒内部并紧挨工作锚安装的限位组件，所述限位组件包括：连接锚头、第一限位片、第二限位片以及紧固螺栓，所述连接锚头为圆柱体，轴向中心设有供锚索穿过并沿锚索张拉方向相反的方向渐缩锥度的锥形锚孔，在连接锚头锥形锚孔中设有与其锚孔结构匹配的用于夹紧锚索的夹片；所述第一限位片呈圆板状，安装于连接锚头靠近其锥形锚孔大口的一侧，且该第一限位片中设置有刚好允许锚索穿过的圆孔；在第一限位片靠近其外缘的位置设有螺孔，在连接锚头的相应位置设有与第一限位片相匹配的螺孔，所述紧固螺栓依次穿过第一限位片和连接锚头的螺孔将第一限位片栓紧在连接锚头上，且紧固螺栓自由端伸出连接锚头；所述第二限位片也呈圆板状，其上也设有刚好允许锚索穿过的圆孔，所述第二限位片安装在工作锚与连接锚头之间，且紧固螺栓伸出连接锚头的自由端正好抵靠该第二限位片。

2.如权利要求1所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置，其特征在于，所述位移和荷载测试仪器位于所述反力筒和所述千斤顶之间或者位于所述千斤顶和所述工具锚之间。

3.如权利要求1所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置，其特征在于，所述工具锚为圆柱体，轴向中心设有供锚索穿过并沿锚索张拉方向相反的方向渐缩锥度的锥形锚孔，在工具锚锥形锚孔中设有与锚孔结构匹配的用于夹紧锚索的夹片。

4.一种混凝土梁锚下预应力检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：安装上述权利要求1-3中任意一项所述的混凝土梁锚下预应力检测的装置：先后依次安装反力筒、千斤顶和工具锚，在工具锚中置入工具锚夹片，索紧锚索，

步骤b：进行拉动试验：

b₁、施加初始荷载，使得各张拉装置之间紧密衔接；

b₂、缓慢施加荷载，当千斤顶活塞刚产生位移时，通过位移和荷载测试仪器记录此时的锚索位移以及此时的锚索张拉力；

b₃、分级施加荷载，直到锚索受力恢复到施工张拉锁定前的受力状态，分别记录此过程中各阶段的锚索位移和其对应的锚索张拉力；

b₄、继续施加载荷，记录下此时锚索的位移和锚索张拉力；

步骤c：根据步骤b₂、b₃、b₄的试验数据，画出检测张拉P-S曲线，然后将理论计算的施工张拉P-S曲线平移至检测张拉P-S曲线的对应步骤b₄的检测点上，检测张拉P-S曲线与该施工张拉P-S曲线的交点即为混凝土梁锚下的预应力值。

5.如权利要求4所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其特征在于，在步骤a之前还包括步骤f_a：将锚索穿过第二限位片并使第二限位片紧挨待测工作锚，再将锚索穿过连接锚头的锥形锚孔，置入连接锚头夹片，锁紧连接锚头夹片，将锚索穿过第一限位片，通过紧固螺栓栓紧连接锚头和第一限位片，并使紧固螺栓的自由端抵靠第二限位片。

6.如权利要求5所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其特征在于，在步骤c之后还包括拆卸该混凝土梁锚下预应力检测的装置的步骤：首先依序拆卸工具锚、千斤顶、反力筒，然后拆卸紧固螺栓、第一限位片和连接锚头，最后拆卸第二限位片。

7.如权利要求4所述的混凝土梁锚下预应力检测的方法，其特征在于，在步骤c之后还包括补偿步骤，该补偿步骤包括：分级施加荷载张拉锚索，使其张拉至设计拉力值后，卸荷，重新索定工作锚夹片。

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