CN103207041A - 压电式张拉力监测装置 - Google Patents

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Abstract

一种压电式张拉力监测装置，在被测的1根或3～5根中的每根钢绞线外设置有夹片，夹片的外部设置有锚环，锚环外设置有圆环，圆环与锚环外表面之间至少设置有2个等分圆周的压电传感器，压电传感器通过数据线与计算机相连，压电传感器将接收到的钢绞线所承载的拉力通过夹片引起锚环变形受到的压力转换成电信号输出到计算机，计算机按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线的张拉力。本发明具有稳定性好、测量精度高、可以反复使用等优点，可用于预应力混凝土结构工程施工时，监测钢绞线的张拉力。

Description

压电式张拉力监测装置
技术领域
本发明属于测量力的设备或装置技术领域，具体涉及到锚具钢绞线组装件的测试仪器。
背景技术
目前预应力技术在土木工程中应用十分广泛，在预应力混凝土结构工程施工时，绝大多数是采用的是后张法：即先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道或埋设套管，待混凝土达到要求强度后，将至少一根或多根钢绞线穿入预留的孔道内，用千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉钢绞线，使构件同时受到反力压缩，待张拉到控制拉力，控制拉力的大小通过张拉设备上的油压表来间接测量，即用特制的锚具（绝大多数采用的是YJM型锚具）将钢绞线锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力，在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢绞线不致锈蚀，使钢绞线与混凝土粘结成为整体，协同工作。
当采用YJM型锚具将钢绞线锚固于混凝土构件上后，混凝土获得的预压应力值是否满足设计要求，这是由锚具的锚固力值决定，而工程施工中目前还没有直接测量锚具锚固力值的可行方法，采用的是近似值，即认为锚具的锚固力值就是张拉设备上的油压表给出的控制拉力值。由于YJM型锚具在锚固过程中预应力筋的滑移、内缩以及锚口摩阻损失等因素，采用该控制拉力值显然有误差，误差过大时会导致构件预加应力小于设计值，从而留下工程隐患（工程建设中预压应力值偏小的事故经常出现，导致大梁预拱度偏小、严重时构件开裂等）。为了确保工程质量，精确得到锚固力的大小，合理估算YJM型锚具在锚固过程中由于预应力筋的滑移、内缩以及锚口摩阻损失等带来的锚固力损失值，有人通过在锚垫板和锚具之间安装压力传感器来精确测量锚固力值，但这种做法只能供研究采用，不能在工程中广泛推广，因为一是压力传感器要占取空间，这样将改变结构几何尺寸的设计；二是压力传感器不能重复使用，从而增加工程造价，因为每只压力传感器从几百元到数千元。因此如何在施工过程中准确监测YJM型锚具钢绞线的张拉力是预应力混凝土结构工程施工时需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种设计合理、安装方便、稳定性好、测量精度高、可以反复使用，并且不会改变结构原设计的压电式张拉力监测装置。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在被测的1根或3～5根中的每根钢绞线外设置有夹片，夹片的外部设置有锚环，锚环外设置有圆环，圆环与锚环外表面之间圆环上至少设置有2个等分圆周的压电传感器，压电传感器通过数据线与计算机相连。
本发明的压电传感器为：在壳体内设置有密封套，密封套内设置有压电陶瓷块，压电陶瓷块的上表面设置有上垫块和导线、下表面设置有下垫块，上垫块与壳体内上端之间安装有弹簧。
本发明的设置在密封套内的压电陶瓷块、上垫块、下垫块为圆柱体。
本发明的密封套为橡胶密封套。
由于本发明采用在圆环与锚环之间安装有至少2个压电传感器，压电传感器将所接收到的钢绞线所承载的拉力通过夹片引起锚环变形受到的压力转换成电信号输出到计算机，计算机按照事先设定的程序进行运算，输出钢绞线的张拉力。本发明具有稳定性好、测量精度高、可以反复使用等优点，可用于预应力混凝土结构工程施工时，监测钢绞线的张拉力，确保锚具锚固力满足设计要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的主视图。
图2是图1的左视图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是图2中压电传感器1的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、2、3中，本实施例的压电式张拉力监测装置由压电传感器1、夹片2、钢绞线3、圆环4、锚环5、计算机6联接构成。
在被测的钢绞线3外安装有夹片2，夹片2的锥角为15°，夹片2的外部套装有锚环5，夹片2和锚环5的几何形状与现有工程中使用的锚具相同，锚环5的中心加工有中心孔，中心孔为锥形孔，中心孔的锥度与夹片2的锥度相同。锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有2个压电传感器1，2个压电传感器1的中心线在同一条直径上。2个压电传感器1通过数据线与计算机6相连，计算机6内设置有A/D转换器，钢绞线3在张拉力的作用下通过夹片2引起锚环5发生变形，由于圆环4不变形，锚环5对2个压电传感器1加压，2个压电传感器1将接收到的压力信号转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。
图4给出了本实施例的压电传感器1的结构示意图。在图4中，本实施例的压电传感器1由壳体1-1、弹簧1-2、导线1-3、上垫块1-4、密封套1-5、压电陶瓷块1-6、下垫块1-7联接构成。
在壳体1-1内安装有密封套1-5，密封套1-5为橡胶密封套。密封套1-5内安装有压电陶瓷块1-6，压电陶瓷块1-6用于受到压力时产生电信号，压电陶瓷块1-6的上表面用胶粘接有上垫块1-4，压电陶瓷块1-6的上表面焊接有导线1-3，压电陶瓷块1-6将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号通过导线1-3输出，压电陶瓷块1-6的下表面用胶粘接有下垫块1-7，压电陶瓷块1-6、上垫块1-4、下垫块1-7的几何形状均为圆柱体。上垫块1-4与壳体1-1内上端之间安装有弹簧1-2，弹簧1-2用于压电陶瓷块1-6不受力时恢复到原来位置。
实施例2
在本实施例中，在锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有3个压电传感器1，3个压电传感器1的中心线之间的夹角为120°，压电传感器1的结构与实施例1相同，3个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，在锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有4个压电传感器1，4个压电传感器1的中心线之间的夹角为90°，压电传感器1的结构与实施例1相同，4个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例4
在本实施例中，在锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有6个压电传感器1，6个压电传感器1的中心线之间的夹角为60°，压电传感器1的结构与实施例1相同，6个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例5
在以上的实施例1～4中，在3根钢绞线3的每根钢绞线3外安装有夹片2，3组夹片2的外围安装有锚环5，锚环5的轴向加工有3个锥形孔，锥形孔的锥角与实施例1相同，每根钢绞线外的夹片2安装在1个锥形孔内，锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有3个压电传感器1，3个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例6
在以上的实施例1～4中，在4根钢绞线3的每根钢绞线3外安装有夹片2，4组夹片2的外围安装有锚环5，锚环5的轴向加工有4个锥形孔，锥形孔的锥角与实施例1相同，每根钢绞线外的夹片2安装在1个锥形孔内，锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有4个压电传感器1，4个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例7
在以上的实施例1～4中，在5根钢绞线3的每根钢绞线外安装有夹片2，5组夹片2的外围安装有锚环5，锚环5的轴向加工有5个锥形孔，锥形孔的锥角与实施例1相同，每根钢绞线外的夹片2安装在1个锥形孔内，锚环5外套装有圆环4，圆环4与锚环5外表面之间在圆环4上通过螺纹均布固定安装有5个压电传感器1，5个压电传感器1将接收到因钢绞线3所承受的拉力、钢绞线3通过夹片2引起锚环5变形而受到的压力转换成电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。其他零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
根据上述原理还可设计出另外一种具体结构的压电式张拉力监测装置，但均在本发明的保护范围之内。
本发明的工作原理如下：
在现场预应力张拉力施工过程中，随着钢绞线3张拉力增大，钢绞线3通过夹片2使锚环5的变形也随着增大，在圆环4与锚环5之间安装有压电传感器1，压电传感器1因锚环5的变形受到压力而产生电信号输出到计算机6，计算机6按照事先设定的程序进行运算，计算出钢绞线3的张拉力。

Claims (4)

1.一种压电式张拉力监测装置，在被测的1根或3～5根中的每根钢绞线（3）外设置有夹片（2），夹片（2）的外部设置有锚环（5），其特征在于：锚环（5）外设置有圆环（4），圆环（4）与锚环（5）外表面之间圆环（4）上至少设置有2个等分圆周的压电传感器（1），压电传感器（1）通过数据线与计算机（6）相连。
2.根据权利要求1所述的压电式张拉力监测装置，其特征在于所述的压电传感器（1）为：在壳体（1-1）内设置有密封套（1-5），密封套（1-5）内设置有压电陶瓷块（1-6），压电陶瓷块（1-6）的上表面设置有上垫块（1-4）和导线（1-3）、下表面设置有下垫块（1-7），上垫块（1-4）与壳体（1-1）内上端之间安装有弹簧（1-2）。
3.根据权利要求2所述的压电式张拉力监测装置，其特征在于：所述的设置在密封套（1-5）内的压电陶瓷块（1-6）、上垫块（1-4）、下垫块（1-7）为圆柱体。
4.根据权利要求2或3所述的压电式张拉力监测装置，其特征在于：所述的密封套（1-5）为橡胶密封套。
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