CN105865690A - 一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置及测定方法，检测装置包括中空构造的限位筒，限位筒的外壁设置有限位卡座，限位卡座上设置有限位开关，限位筒的一个端面向内凹陷形成限位槽，限位槽的底部设置有固定孔，固定孔的底部设置有限位杆弹簧，限位杆弹簧的非固定端连接有限位杆，限位杆包括竖杆和L形杆，竖杆与限位杆弹簧连接，L形杆一端与竖杆垂直连接，另一端与限位开关配合，限位开关与继电器连接，夹片设置在限位槽内。本发明能够有效控制夹片被拉动向外位移1mm时让油泵停止工作，使得夹片回缩量低于1mm，从而减少预应力回缩损失和极限承载力损失；本发明可对测试值进行修正从而进一步提高所测定预应力的精度。

Description

一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置及测定方法

技术领域

本发明涉及土木工程质量安全检测技术领域，具体涉及一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置及测定方法。

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头的有效预应力。无论哪种方法，一般均需同时测试张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1。

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，对该钢绞线(及锚固)的极限张力一般也就越低，对结构极限承载力的不利影响也就越大。例如，在“二次张拉低回缩钢绞线竖向预应力锚固系统设计、施工、验收技术规范”中，明确规定“2次张拉应在张拉控制应力处于稳定状态下进行，锚固阶段张拉端的内缩量应符合下列规定。a、第一次张拉锚固回缩量≤6mm；b、第二次张拉锚固回缩量≤1mm”。

如前所述，现有的反张拉检测一方面对夹片没有采取特殊的限制，还是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，否则无法绘制完整的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

本发明目的在于提供一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，解决现有的反拉法测定钢绞线预应力时导致的预应力回缩损失和极限承载力损失的问题。

此外，本发明还提供一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置的测定方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，包括中空构造的限位筒，限位筒的外壁设置有限位卡座，限位卡座上设置有限位开关，限位筒的一个端面向内凹陷形成限位槽，限位槽的底部设置有固定孔，固定孔的底部设置有限位杆弹簧，限位杆弹簧的非固定端连接有限位杆，限位杆包括竖杆和L形杆，竖杆与限位杆弹簧连接，L形杆一端与竖杆垂直连接，另一端与限位开关配合，限位开关与继电器连接，夹片设置在限位槽内。

现有的用于反拉法测定钢绞线预应力的装置主要是采用中空构造的限位板，在反拉法的张拉过程中，单纯的依靠中空构造的限位板不能够对夹片的位移进行准确的控制，从而导致检测作业对夹片的损伤以及影响极限承载力；而且，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。

本发明所述限位筒为钢绞线的穿束路径，限位卡座具体是指用于固定限位开关的结构，限位卡座上设置有多个横杆，将限位开关固定在横杆上，进而限位卡座还具有调节限位开关与L形杆之间距离的作用；所述限位槽的深度设置为8mm，其作用为束缚夹片并且限制夹片的最大位移；所述限位开关具体是指一种微动继电器开关，主要作用为当L形杆抵触到限位开关后，继电器开始工作，使线路断开，从而使油泵停止工作，不再继续张拉；所述竖杆的非连接端顶住夹片，所述固定筒的侧壁上设置有用于穿过L形杆的通孔，L形杆能够在通孔沿着固定筒的轴向移动，当夹片开始向外位移(向外位移具体是指夹片在反拉力作用下移向固定筒即挤压固定筒)时，限位杆也随之向外位移，当移动一定距离后L形杆触碰到限位开关，油泵停止工作，夹片也即不再向外位移。

本发明通过设置能够在固定筒轴向上移动的限位杆，限位杆包括竖杆和L形杆，竖杆与夹片接触，L形杆与限位开关之间的距离能够确定，当L形杆与限位开关接触后油泵停止工作，即L形杆与限位开关之间的距离为夹片的移动位移，该移动位移能够进行准确的控制，从而避免了导致检测作业对夹片的损伤以及影响极限承载力，进而减少预应力回缩损失和极限承载力损失。

进一步地，力传感器通过钢绞线与限位筒远离限位槽的一端紧贴，千斤顶通过钢绞线与力传感器紧贴，千斤顶的侧壁连接有输油管，输油管与油泵相连。

所述力传感器为现有传感器，能够直接读出油泵停止工作后测试的预应力值，无需测试位移图，简单、直观、可靠。

进一步地，限位筒的外壁设置有卡槽，卡槽的底部设置有若干螺纹孔，限位卡座通过螺栓与螺纹孔的配合固定在卡槽内。

卡槽的设置能够确保限位卡座固定的牢固性，设置若干螺纹孔的作用是便于调节限位卡座的位置，便于调节限位开关与L形杆之间的距离。

进一步地，L形杆与限位开关呈中心对齐设置。

所述中心对齐设置具体是指，L形杆与限位开关的中心轴在同一直线上，如此设置便于提高限位开关对L形杆接触时的灵敏度，进一步的提高了夹片移动位移可准确控制的效果。

进一步地，限位开关远离L形杆的一端连接有限位开关弹簧。

限位开关弹簧具有移动缓冲力，避免限位开关在L形杆的过度挤压下导致的损伤。

进一步地，限位筒采用碳钢制成。

进一步地，限位杆采用不锈钢制成。

进一步地，限位卡座采用PVC工程塑料制成。

所述碳钢、不锈钢、PVC工程塑料均为现有技术材料，其中碳钢的强度较高，能够确保限位筒的刚性需求，不锈钢具有防锈蚀、腐蚀的优点；PVC工程塑料抗氧化性强，质量轻，在降低限位卡座重量的同时确保其使用性能。

一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置的测定方法，包括以下步骤：

1)、准备工作：将钢绞线穿过上述检测装置，使竖杆紧贴夹片，调整限位卡座，使限位开关与L形杆的距离确定；

2)、测定过程：打开油泵，千斤顶开始进行反拉，在反拉力下夹片向着固定筒移动，当L形杆抵触到限位开关时，油泵停止工作，千斤顶不在继续反拉，通过力传感器直接读数，得到此时测试的当前预应力值F₀；

3)、重复步骤2)，多次测量后取当前预应力值F₀的平均值；

4)、预应力值的修正：原有效预应力值F则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，ΔF为张力修正值，ΔF由下使计算：

$\mathrm{\Δ}F=\frac{\mathrm{\Δ}L-\mathrm{\κ}}{L}{\mathrm{AE}}_s$

其中，ΔL为夹片位移量，即限位开关与L形杆之间的初始距离；

κ为夹片解除咬合时的位移量，取为0.5mm；

L为钢绞线的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。

在本发明所述的测定方法中，夹片位移以及钢绞线的相关参数，可对测试值进行修正从而进一步提高所测定预应力的精度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过设置限位开关、与限位开关配合的限位杆，限位开关与限位杆之间的距离能够进行准确控制，并且，限位开关能够通过感应限位杆来停止油泵，进而实现夹片的移动位移能够准确控制，从而实现较少预应力回缩损失和极限承载力损失。

2、本发明能够有效控制夹片被拉动向外位移1mm时让油泵停止工作，使得夹片回缩量低于1mm，从而减少预应力回缩损失和极限承载力损失。

3、本发明在油泵停止工作后，能通过力传感器直接读出测试的预应力值，无需测试位移图，简单、直观、可靠。

4、在本发明所述的测定方法中，夹片位移以及钢绞线的相关参数，可对测试值进行修正从而进一步提高所测定预应力的精度。

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。在附图中：

图1是锚索反拉F－S曲线；

图2是检测装置的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是检测装置的安装示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-限位筒，2-限位卡座，3-限位开关弹簧，4-限位开关，5-限位杆弹簧，6-限位杆，7-夹片，8-锚头，9-力传感器，10-千斤顶，11-限位槽，12-卡槽，13-钢绞线，14-输油管，61-竖杆，62-L形杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图2、图3所示，一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，包括中空构造的限位筒1，限位筒1的外壁设置有限位卡座2，限位卡座2上设置有限位开关4，限位筒1的一个端面向内凹陷形成限位槽11，限位槽11的底部设置有固定孔，固定孔的底部设置有限位杆弹簧5，限位杆弹簧5的非固定端连接有限位杆6，限位杆6包括竖杆61和L形杆62，竖杆61与限位杆弹簧5连接，L形杆62一端与竖杆61垂直连接，另一端与限位开关4配合，限位开关4与继电器连接，夹片7设置在限位槽11内。

实施例2：

如图2至图4所示，本实施例基于实施例1，力传感器9通过钢绞线13与限位筒1远离限位槽11的一端紧贴，千斤顶10通过钢绞线13与力传感器9紧贴，千斤顶10的侧壁连接有输油管14，输油管14与油泵相连。

实施例3：

本如图2至图4所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述限位筒1的外壁设置有卡槽12，卡槽12的底部设置有若干螺纹孔，限位卡座2通过螺栓与螺纹孔的配合固定在卡槽12内。

实施例4：

如图2至图4所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述L形杆62与限位开关4呈中心对齐设置；所述限位开关4远离L形杆62的一端连接有限位开关弹簧3。

实施例5：

本实施例基于实施例1或实施例2，所述限位筒1采用碳钢制成；所述限位杆6采用不锈钢制成；所述限位卡座2采用PVC工程塑料制成。

本发明的工作原理：首先将检测装置穿过钢绞线13，将锚头8套设在夹片7外壁，调整限位开关4与L形杆62之间的距离(为1mm)，限位开关4与继电器连接，继电器与油泵停止开关相连，打开油泵，千斤顶10开始进行反拉，当反拉力大到一定程度，钢绞线13内外拉力非常接近，钢绞线13在反拉力作用下达到一个平衡，再增大反拉力时，夹片7开始向外位移(即向着固定筒1移动)，带动限位杆6同样向外位移，当位移量达到事先调整的1mm时，L形杆62抵触到限位开关4，此时油泵停止工作，千斤顶10不在继续反拉，通过力传感器9直接度数，得到此时测试的预应力值。

实施例6：

如图2至图4所示，本发明还涉及一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置的测定方法，包括以下步骤：

1)、准备工作：将钢绞线13穿过上述检测装置，使竖杆61紧贴夹片7，调整限位卡座2，使限位开关4与L形杆62的距离确定为1mm；

2)、测定过程：打开油泵，千斤顶10开始进行反拉，在反拉力下夹片7向着固定筒1移动，当L形杆62抵触到限位开关4时，油泵停止工作，千斤顶10不在继续反拉，通过力传感器9直接读数，得到此时测试的当前预应力值F₀；

3)、重复步骤2)，5次测量后取当前预应力值F₀的平均值，测得的力值分别为173.31KN、173.28KN、173.33KN、172.46KN、173.25KN；均值为173.13KN，变异系数为0.002，测试结果稳定，偏差小；

4)、预应力值的修正：原有效预应力值F则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，ΔF为张力修正值，ΔF由下使计算：

$\mathrm{\Δ}F=\frac{\mathrm{\Δ}L-\mathrm{\κ}}{L}{\mathrm{AE}}_s$

其中，ΔL为夹片7位移量，即限位开关4与L形杆62之间的初始距离；

κ为夹片7解除咬合时的位移量，取为0.5mm；

L为钢绞线的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。

具体地，在本实施例中：L为4000mm，A为139mm2，计算可得ΔF为3.35KN；因此，原有效预应力F为169.8KN。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，包括中空构造的限位筒(1)，限位筒(1)的外壁设置有限位卡座(2)，限位卡座(2)上设置有限位开关(4)，限位筒(1)的一个端面向内凹陷形成限位槽(11)，限位槽(11)的底部设置有固定孔，固定孔的底部设置有限位杆弹簧(5)，限位杆弹簧(5)的非固定端连接有限位杆(6)，限位杆(6)包括竖杆(61)和L形杆(62)，竖杆(61)与限位杆弹簧(5)连接，L形杆(62)一端与竖杆(61)垂直连接，另一端与限位开关(4)配合，限位开关(4)与继电器连接，夹片(7)设置在限位槽(11)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，力传感器(9)通过钢绞线(13)与限位筒(1)远离限位槽(11)的一端紧贴，千斤顶(10)通过钢绞线(13)与力传感器(9)紧贴，千斤顶(10)的侧壁连接有输油管(14)，输油管(14)与油泵相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述限位筒(1)的外壁设置有卡槽(12)，卡槽(12)的底部设置有若干螺纹孔，限位卡座(2)通过螺栓与螺纹孔的配合固定在卡槽(12)内。

4.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述L形杆(62)与限位开关(4)呈中心对齐设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述限位开关(4)远离L形杆(62)的一端连接有限位开关弹簧(3)。

6.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述限位筒(1)采用碳钢制成。

7.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述限位杆(6)采用不锈钢制成。

8.根据权利要求1所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置，其特征在于，所述限位卡座(2)采用PVC工程塑料制成。

9.采用权利要求1至8任一项所述的一种基于反拉法的钢绞线预应力检测装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、准备工作：将钢绞线(13)穿过权利要求1至8所述的检测装置，使竖杆(61)紧贴夹片(7)，调整限位卡座(2)，使限位开关(4)与L形杆(62)的距离确定；

2)、测定过程：打开油泵，千斤顶(10)开始进行反拉，在反拉力下夹片(7)向着固定筒(1)移动，当L形杆(62)抵触到限位开关(4)时，油泵停止工作，千斤顶(10)不在继续反拉，通过力传感器(9)直接读数，得到此时测试的当前预应力值F₀；

3)、重复步骤2)，多次测量后取当前预应力值F₀的平均值；

4)、预应力值的修正：原有效预应力值F则由下式计算：

F＝F₀-ΔF

其中，ΔF为张力修正值，ΔF由下使计算：

$\mathrm{\Δ}F=\frac{\mathrm{\Δ}L-\mathrm{\κ}}{L}{\mathrm{AE}}_s$

其中，ΔL为夹片(7)位移量，即限位开关(4)与L形杆(62)之间的初始距离；

κ为夹片(7)解除咬合时的位移量，取为0.5mm；

L为钢绞线的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。