CN104990649A - 一种简易钢绞线预应力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易钢绞线预应力测量装置，包括第一至第三电容、第一电感、钢绞线、第一至第四电阻、选择开关、放大器和频率计；第一电容与第一电感连接；第一电感与钢绞线连接，钢绞线与选择开关其中一个动触点连接，选择开关另一个动触点连接于第一电感与钢绞线公共端，选择开关静触点与第二电容连接，第二电容分别与第一电阻和第二电阻连接，第一电阻与第二电阻公共端与放大器正向输入端连接，放大器输出端与正向输入端之间并联第三电阻，放大器输出端与反向输入端之间并联第四电阻，放大器反向输入端经第三电容接地，放大器输出端与频率计输入端连接。本发明采用间接测量方式来测量钢绞线电感变化量，更加简单，便捷，实现对预应力钢绞线无损测量。

Description

一种简易钢绞线预应力测量装置及方法

技术领域

本发明涉及结构监测领域，具体涉及一种简易钢绞线预应力测量装置及方法。

背景技术

目前预应力钢绞线的预应力测量方法主要由磁通量法、声传感法、微压痕技术以及光纤传感技术等。声传感利用超声波信号在材料中发射、衍射过程中出现的传播速度、幅度、频率等变化，但测量精度不高；微压痕检测通过在微细刚性材料阵列中压入受测材料，从而测量材料对微纳入材料的压入抵抗能力及反应情况，确定材料的力学性质，但在预应力钢绞线受力状态下确定应力状态的方法无确定结果，并且会对钢绞线产生一定的损伤；光纤传感技术预先把布拉格光栅传感器预埋进预应力砼内部的方法来实现检测，但随着时间推移，传感器老化加剧，严重影响测量准确性；磁通量法利用钢材的电磁效应来分析应力分布及损伤等与电磁特性变化的一般规律，但预应力混凝土中预应力钢绞线受力，且无法加载磁性线圈而无法使用；综上，对于预应力钢绞线的预应力测量，目前还没有合适准确的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种简易钢绞线预应力测量装置，本发明的目的之二是提供一种利用前述装置进行预应力测量的方法。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种简易钢绞线预应力测量装置，包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、钢绞线、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、选择开关、放大器和频率计；所述第一电容的一端接地，另一端与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端与钢绞线的一端连接，所述钢绞线的另一端与选择开关的其中一个动触点连接，选择开关的另一个动触点连接于第一电感与钢绞线的公共端，选择开关的静触点与第二电容的一端连接，第二电容的另一端分别与第一电阻和第二电阻连接，第一电阻的另一端接电源，第二电阻的另一端接地；所述第一电阻与第二电阻的公共端与放大器的正向输入端连接，放大器的输出端与正向输入端之间并联第三电阻，放大器的输出端与反向输入端之间并联第四电阻，放大器的反向输入端经第三电容接地，放大器的输出端与频率计的输入端连接。

本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种钢绞线预应力测量的方法，具体包括以下步骤：

S1选择线路一，通过频率计测量出用于标定的第一电感的谐振频率，所述线路一不接入钢绞线；

S2选择线路二，通过频率计测量出钢绞线和第一电感同时连入电路的谐振频率，根据谐振频率计算出此时线路中的电感值；

S3根据步骤S1和步骤S2计算出正常时钢绞线的电感值；

S4根据步骤S3获得的正常时钢绞线的电感值得到正常时钢绞线的长度；

S5测量钢绞线受力时的电感值，从而得到钢绞线受力时的长度，进而得到钢绞线的长度的变化量，

S6根据钢绞线长度的变化量，得到钢绞线预应力大小。

优选的，钢绞线发生形变前的电感值L₂通过以下方法获得：其中L₀为线路二测得的总的电感值，L₁为第一电感的电感值，f₀为线路二测得的谐振频率，C为光速；其中L为线路所对应的电感值。

优选的，所述钢绞线的长度l通过以下方法获得：其中n为分裂导线根数，R为分裂导线所占圆周的半径，d为分裂导线按正多角形排列时分裂间距；r_m为圆柱导线等值半径。

优选的，所述钢绞线预应力P_p大小通过以下方法获得：其中Δl为钢绞线长度变化量，A_p为钢绞线横截面积，E_p为钢绞线弹性模量。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

区别与现有测量技术，本发明采用间接测量的方式来测量钢绞线电感变化量，更加简单，便捷，实现对预应力钢绞线的无损测量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的预应力检测装置结构简图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

由于钢绞线电感量较小，直接测量不方便，因此采用间接测量的方式进行测量，在钢绞线串入LC回路中，如图1所示，一种简易钢绞线预应力测量装置，包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电感L1、钢绞线L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、选择开关S、放大器A1和频率计；所述第一电容的一端接地，另一端与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端与钢绞线的一端连接，所述钢绞线的另一端与选择开关的其中一个动触点连接，选择开关的另一个动触点连接于第一电感与钢绞线的公共端，选择开关的静触点与第二电容的一端连接，第二电容的另一端分别与第一电阻和第二电阻连接，第一电阻的另一端接电源，第二电阻的另一端接地；所述第一电阻与第二电阻的公共端与放大器的正向输入端连接，放大器的输出端与正向输入端之间并联第三电阻，放大器的输出端与反向输入端之间并联第四电阻，放大器的反向输入端经第三电容接地，放大器的输出端与频率计的输入端连接。

首先将开关拨至1位置，线路一接通，通过频率计测量出第一电感的谐振频率，然后将开关拨至2位置，线路二接通，通过频率计测量出钢绞线和第一电感同时连入电路的谐振频率，最终计算出钢绞线和标定电感的共同电感值，因为第一电感的电感值通过测量得到，因此可以直接得出钢绞线的电感值。

其中回路中的电感与电容值确定(分别为L₁，C)，通过谐振法测量出回路的谐振频率 $f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}},$ 由此可得到回路中的总电感值 $L_0=\frac{1}{f_0^2*4{\mathrm{\π}}^{2}C}.$

标定的电感值和实际测量结果有误差，所以在钢绞线接入前进行再次测试定值电感值L₁。

钢绞线由n束缠单根钢筋绕在一起，属于分裂导线型，对于分裂导线的电感量的计算量，其电感值其中，分裂导线分布在多边形几何顶点上，则几何间距式中：n为分裂导线根数，R为分裂导线所占圆周的半径，d为分裂导线按正多角形排列时分裂间距；r_m为圆柱导线等值半径。

所以，对于钢绞线来说，有 $\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}(ln\frac{2l}{D_S}-1)=\frac{1}{f_0^2*4{\mathrm{\π}}^{2}C}-L_1$

即： $ln\frac{2l}{D_S}-1=\frac{1}{f_0^2*2\mathrm{\π}C}-L_1*\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\μ}}_0}$

即： $\frac{2l}{D_S}-1=e^{(\frac{1}{f_0^2*2\mathrm{\π}C}-L_1*\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\μ}}_0})}$

即： $1=(e^{\frac{1}{f_0^2*2\mathrm{\π}C}}+1)*D_S$

根据测量得到的电感，可以算出钢绞线受到张力时的长度l，钢绞线没发生形变的长度减去发生形变时长度的变化量为Δl；

钢绞线因受到力而张拉的长度和应力有如下对应关系：

Δl：钢绞线长度变化量；

P_p：钢绞线的应力；

l_钢：钢绞线长度；

A_p：钢绞线横截面积；

E_p：钢绞线弹性模量；

可以得到根据之前计算钢绞线电感量与长度的关系，根据测量的电感求出钢绞线的长度变化量，则可以计算出钢绞线的预应力大小，从而实现钢绞线无损检测间接的测量预应力大小。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，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 (5)

1.一种简易钢绞线预应力测量装置，其特征在于：包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、钢绞线、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、选择开关、放大器和频率计；所述第一电容的一端接地，另一端与第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端与钢绞线的一端连接，所述钢绞线的另一端与选择开关的其中一个动触点连接，选择开关的另一个动触点连接于第一电感与钢绞线的公共端，选择开关的静触点与第二电容的一端连接，第二电容的另一端分别与第一电阻和第二电阻连接，第一电阻的另一端接电源，第二电阻的另一端接地；所述第一电阻与第二电阻的公共端与放大器的正向输入端连接，放大器的输出端与正向输入端之间并联第三电阻，放大器的输出端与反向输入端之间并联第四电阻，放大器的反向输入端经第三电容接地，放大器的输出端与频率计的输入端连接。

2.利用权利要求1所述的钢绞线预应力测量装置进行预应力测量的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1 选择线路一，通过频率计测量出用于标定的第一电感的谐振频率，所述线路一不接入钢绞线；

S2 选择线路二，通过频率计测量出钢绞线和第一电感同时连入电路的谐振频率，根据谐振频率计算出此时线路中的电感值；

S3 根据步骤S1和步骤S2计算出正常时钢绞线的电感值；

S4 根据步骤S3获得的正常时钢绞线的电感值得到正常时钢绞线的长度；

S5 测量钢绞线受力时的电感值，从而得到钢绞线受力时的长度，进而得到钢绞线的长度的变化量，

S6 根据钢绞线长度的变化量，得到钢绞线预应力大小。

3.根据权利要求2所述的预应力测量方法，其特征在于：钢绞线发生形变前的电感值L₂通过以下方法获得：

其中L₀为线路二测得的总的电感值，L₁为第一电感的电感值，f₀为线路二测得的谐振频率，C为光速；其中L为线路所对应的电感值。

4.根据权利要求3所述的预应力测量方法，其特征在于：所述钢绞线的长度l通过以下方法获得：

其中n为分裂导线根数，R为分裂导线所占圆周的半径，d为分裂导线按正多角形排列时分裂间距；r_m为圆柱导线等值半径。

5.根据权利要求4所述的预应力测量方法，其特征在于：所述钢绞线预应力P_p大小通过以下方法获得：

其中Δl为钢绞线长度变化量，A_p为钢绞线横截面积，E_p为钢绞线弹性模量。