CN103454026A

CN103454026A - 薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统、测量方法

Info

Publication number: CN103454026A
Application number: CN2013103913110A
Authority: CN
Inventors: 朱太山; 贾少燕; 程德虎; 赵廷华; 冯光伟; 水淼; 赵海涛; 张玉明; 陈晓光; 王彩玲; 申鲁; 高英
Original assignee: Hohai University HHU; Henan Water and Power Engineering Consulting Co Ltd
Current assignee: Hohai University HHU; Henan Water and Power Engineering Consulting Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统。所述薄壁混凝土结构为最小横截面尺寸小于50cm的结构，一根锚索至少包括三根预应力钢绞线；所述测量系统包括依次设置的扁形锚垫板、中空垫板、锚索测力计、定位器、工作锚、限位板、荷载施加装置以及工具锚；扁形锚垫板的表面设置有刚好可部分容纳中空垫板的凹槽；中空垫板与锚索测力计的横截面形状、尺寸相同；定位器为中空结构，中空部分沿厚度方向分为两段，中空部分的上段刚好可部分容纳工作锚，中空部分的下段刚好可部分容纳锚索测力计。本发明还公开了一种上述测量系统的测量方法。本发明具有操作简单，测试结果准确、可靠的优点。

Description

薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统、测量方法

技术领域

本发明涉及混凝土结构预应力测量系统、测量方法，尤其涉及薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统、测量方法。

背景技术

当前预应力混凝土结构已广泛地应用于桥梁、水工结构、建筑结构、海洋平台等土木工程中,在经济和社会的发展中发挥着越来越重要的作用。预应力混凝土结构施工的关键在于预应力的施加，若预应力钢筋实际的预应力值小于设计值，则无法依设计要求发挥预应力混凝土结构的优越性，会影响结构的承载能力和安全性。因而在预应力混凝土结构施工和运行过程中，需要监测预应力钢筋的预应力值，评判是否符合设计对预应力的要求。实际工程中导致预应力损失的因素众多，如何准确测试预应力混凝土构件内预应力筋的实际预应力是一个关键而复杂的问题。目前，在桥梁、工民建等领域，断面较大、多束预应力布置一般采用圆形锚垫板、圆形测力计，资料表明该型式测力系统钢筋预应力测力计值能够真实反映预应力钢筋实际受力状态。但对于大型薄壁渡槽、泵站等薄壁混凝土结构，厚度往往比较小，目前市场上常用的方形、圆形多孔预应力锚垫板、测力计的工作面较大，无法支撑在薄壁结构上。因此薄壁结构、多束预应力钢筋需要采用扁形锚垫板，测力计也采用扁形，参照上述比较成熟的圆形测力系统布置方式和测试方法，测力计值往往与千斤顶油表读数不一致，且相差较大，由测力计值反映的预应力损失超过设计允许值，因此如何根据薄壁混凝土结构的断面小、扁形测试装置特点，开发一套测力系统和测试方法，对薄壁预应力结构预应力检测具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有预应力测量系统应用于薄壁混凝土结构所存在的测量数据误差过大的不足，提供一种薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统、测量方法，以真实反映薄壁混凝土结构扁形预应力钢筋布置预应力值，为预应力混凝土在薄壁结构中的工程应用提供可靠的数据参考，为工程设计和安全运行提供技术支撑。

本发明的薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统，所述薄壁混凝土结构为最小横截面尺寸小于50cm的结构，所述多束是指一根锚索至少包括三根预应力钢绞线；所述测量系统包括依次设置的扁形锚垫板、中空垫板、锚索测力计、定位器、工作锚、限位板、荷载施加装置以及工具锚；扁形锚垫板的表面设置有刚好可部分容纳中空垫板的凹槽；中空垫板与锚索测力计的横截面形状、尺寸相同；定位器为中空结构，中空部分沿厚度方向分为两段，中空部分的上段刚好可部分容纳工作锚，中空部分的下段刚好可部分容纳锚索测力计，在定位器的中空部分工作锚与锚索测力计的受力区域直接接触。

优选地，所述锚索测力计为3孔结构，其中中孔为圆形，对应工作锚的中间一根锚索；两侧孔为半圆+方形+半圆，分别对应工作锚左侧的锚索和右侧的锚索。

如上所述薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、对锚索测力计和荷载施加装置进行配套联合率定；

步骤2、清理锚垫板槽内杂物，安装中空垫板；

步骤3、安装锚索测力计，进行零荷载读数；

步骤4、安装工作锚及夹片；

步骤5、安装定位器，使工作锚与锚索测力计对中；

步骤6、安装限位板、荷载施加装置以及工具锚和夹片；

步骤7、进行分级加载，读取锚索测力计读数；

步骤8、进行卸载，读取锚索测力计读数。

优选地，所述分级加载为3级加载，即先张拉至设计荷载的30%，静停2分钟；然后张拉至设计荷载的70%，静停2分钟；最后张拉至设计吨位的105%，静停3分钟。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用中空垫板、定位器等措施以及一套相应的安装测试方法，最大程度地消除了预应力测量过程中所产生的误差，为在试验室和工程场地环境条件进行薄壁混凝土结构扁锚预应力钢筋预应力值测量提供了相对操作简单、测试结果稳定可靠的测力系统和方法，最大限度避免了测试装置、操作人员人为造成的误差。

附图说明

图1 为本发明的薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统结构示意图；图中标号含义如下：

1为扁形锚垫板，2为中空垫板，3为锚索测力计，4为定位器，5为工作锚，6为限位板，7为荷载施加装置，8为工具锚；

图2（a）、图2（b）、图2（c）依次为中空垫板的俯视图、左视图、纵剖图；

图3（a）、图3（b）、图3（c）依次为锚索测力计的俯视图、左视图、纵剖图；

图4（a）、图4（b）、图4（c）依次为定位器的俯视图、左视图、纵剖图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

在类似沙河U型渡槽这样的工程中，环向预应力对槽体承载力、工作性态十分重要，且其具有断面大、薄壁、环向预应力多束扁形布置等特点，如何准确、可靠进行环向预应力钢筋损失测试并进行评价十分重要。然而实际工程中发现，由于结构断面尺寸较小，多根钢绞线不适合采用圆形锚垫板，也不适合采用现有比较成熟的圆形测力计进行预应力监测。采用扁形测力系统布置方式和测试方法时，往往出现预应力筋放张时部分测力计数值较设计值偏差较大，最大时可达48%，测力计值与与千斤顶油表值也存在不一致，测力计值无法真实反映预应力筋的受力状态。经大量实验分析发现，影响扁锚测力计读数偏差较大主要有以下几个原因：

1）单孔环向扁锚绞线布置为多根（不少于3根），采用测力计为多孔（不少于3孔），每根绞线单独穿过测力计，张拉或放张时绞线与测力计间会产生摩擦，从而会影响测力计读数；

2)预应力钢筋、锚垫板、测力计、工作锚及千斤顶很难对中，张拉施工时测力计存在偏压现象，测力计4根振弦读数相差较大，会导致测力计值失真；

3）测力计属精密仪器，对外面受力环境尤其是受压面平整度要求较高,扁锚锚垫板与测力计接触面未经过处理，较粗糙，个别锚垫板顶部凹凸不平，对测力计值也会造成较大影响；

4）测力计出厂前进行了单独率定，千斤顶与油表也进行了联合率定，但两套测力系统未进行联合率定，存在系统间误差。

根据以上分析，设计了图1所示的薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统，所述薄壁混凝土结构为最小横截面尺寸小于50cm的结构，所述多束是指一根锚索至少为三根预应力钢绞线（即至少开有3个锚索孔）。如图所示，该测量系统包括依次设置的扁形锚垫板1、中空垫板2、锚索测力计3、定位器4、工作锚5、限位板6、荷载施加装置7以及工具锚8。扁形锚垫板1上部表面开有凹槽，该凹槽平面尺寸比中空垫板2稍大，刚好容纳部分中空垫板2。中空垫板2的结构如图2（a）～图2（c）所示，其截面尺寸同锚索测力计3，下部安装在扁形锚具1的凹槽中，上部与锚索测力计3的底面接触。为了减小钢绞线与测力计之间的摩擦力对测量结果的影响，本实施例中锚索测力计3为3孔结构（如图3（a）～图3（c）所示），其中中孔为圆形，对应工作锚5的中间一根锚索；两侧孔为半圆+方形+半圆，分别对应工作锚5左侧的锚索和右侧的锚索，锚索测力计3的下部与中空垫板2接触，上部安装在定位器4下部中空部分。工作锚5的孔数同锚索钢绞线根数，安装在定位器4上部中空部分。定位器4为定位装置，其结构如图4（a）～图4（c）所示，为中空结构，上部中空平面尺寸同工作锚5平面尺寸，下部中空平面尺寸同锚索测力计3平面尺寸。限位板6可采用现有产品，例如柳工欧维姆生产的BM15-5锚具配套限位板，其平面尺寸同工作锚5，下部与工作锚5接触，上部与荷载施加装置7接触，用以控制工作锚具回缩量。荷载施加装置7一般为油压千斤顶，用以张拉预应力钢绞线。工具锚8安装在荷载施加装置7上部，同夹片一起用以固定钢绞线。

利用上述测量系统进行预应力测量时，包括以下步骤：

步骤1、对锚索测力计和荷载施加装置进行配套联合率定；

步骤2、清理锚垫板槽内杂物，安装中空垫板；

步骤3、安装锚索测力计，进行零荷载读数；

步骤4、安装工作锚及夹片；

步骤5、安装定位器，使工作锚与锚索测力计对中；

步骤6、安装限位板、荷载施加装置以及工具锚和夹片；

步骤7、进行分级加载，读取锚索测力计读数；其中分级加载优选采用3级加载的方法，即先张拉至设计荷载的30%，静停2分钟；然后张拉至设计荷载的70%，静停2分钟；最后张拉至设计吨位的105%，静停3分钟；

步骤8、进行卸载，读取锚索测力计读数。

为了验证本发明的效果，进行了以下对比实验：

实验1、大型输水U形混凝土结构（1号）环向预应力钢筋预应力值测试：

对某榀槽（1号）进行预应力进行张拉，张拉未采用中空垫板及定位器，测力计采用5孔，千斤顶与测力计未进行联合率定，采用5级张拉，即张拉方式采用设计吨位的10%、25%、50%、75%、100%逐级张拉，其余同本发明测试步骤，测力计实测值如表1所示。由表可见，在卸载时，由测力计反映的预应力损失较大，最大达到43.23%。

表1 测试1索测力计监测力值（单位：吨）

锚索编号/特征时刻	D^P15	D^P16	D^P17	D^P18
					最后一级张拉	100.17	76.33	94.14	88.80
卸载	56.87	51.58	66.18	57.19
					卸载后预应力损失（%）	43.23	32.42	30.15	35.59

实验2、大型输水U形混凝土结构（2号）环向预应力钢筋预应力值测试：

对某榀槽（2号）进行预应力进行张拉，张拉采用本发明的测量系统及测试方法，即：采用中空垫板及定位器，测力计采用3孔，千斤顶与测力计未进行联合率定，测力计实测值如表2所示。由表可见，在卸载时，由测力计反映的预应力损失在15.0%左右，真实反映了预应力钢筋的受力状态。

表2 测试2索测力计监测力值（单位：吨）

锚索编号/特征时刻	D^P15	D^P16	D^P17	D^P18
					最后一级张拉	99.54	100.10	100.47	97.69
卸载	83.75	83.71	83.94	87.54
					卸载后预应力损失（%）	15.86	17.20	16.45	10.39

从以上对比实验可以看出，相比传统方法，本发明具有操作相对简单，测试结果准确、可靠等优点。

Claims

1.薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统，所述薄壁混凝土结构为最小横截面尺寸小于50cm的结构，所述多束是指一根锚索至少包括三根预应力钢绞线；其特征在于，所述测量系统包括依次设置的扁形锚垫板（1）、中空垫板（2）、锚索测力计（3）、定位器（4）、工作锚（5）、限位板（6）、荷载施加装置（7）以及工具锚（8）；扁形锚垫板（1）的表面设置有刚好可部分容纳中空垫板（2）的凹槽；中空垫板（2）与锚索测力计（3）的横截面形状、尺寸相同；定位器（4）为中空结构，中空部分沿厚度方向分为两段，中空部分的上段刚好可部分容纳工作锚（5），中空部分的下段刚好可部分容纳锚索测力计（3），在定位器（4）的中空部分工作锚（5）与锚索测力计（3）的受力区域直接接触。

2.如权利要求1所述薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统，其特征在于，所述锚索测力计（3）为3孔结构，其中中孔为圆形，对应工作锚（5）的中间一根锚索；两侧孔为半圆+方形+半圆，分别对应工作锚（5）左侧的锚索和右侧的锚索。

3.如权利要求1或2所述薄壁混凝土结构多束扁锚预应力测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对锚索测力计和荷载施加装置进行配套联合率定；

步骤2、清理锚垫板槽内杂物，安装中空垫板；

步骤3、安装锚索测力计，进行零荷载读数；

步骤4、安装工作锚及夹片；

步骤5、安装定位器，使工作锚与锚索测力计对中；

步骤6、安装限位板、荷载施加装置以及工具锚和夹片；

步骤7、进行分级加载，读取锚索测力计读数；

步骤8、进行卸载，读取锚索测力计读数。

4.如权利要求3所述测量方法，其特征在于，所述分级加载为3级加载，即先张拉至设计荷载的30%，静停2分钟；然后张拉至设计荷载的70%，静停2分钟；最后张拉至设计吨位的105%，静停3分钟。