CN106323521A - 一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术的不足，实现了一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统，该系统包括：预应力钢筋束，通过张拉机固定在被测箱梁中；第二张拉锚具，张拉支架，预应力钢筋束，第一张拉锚具依次固定；钢筋应变计、直流电源、高精度万用表；与现有技术和产品相比，该发明具有显著优点：能够根据测点导线引出位置不同和数量，实现任意位置钢筋束预应力；可在浇筑过程中预留测量导线，可实现长期预应力损失监测。

Description

一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统及方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构检测技术领域，尤其涉及一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统及方法。

背景技术

为减少和控制大跨度预应力混凝土连续(刚构)箱梁桥腹板主拉应力，防止箱梁腹板混凝土开裂，通常在箱梁腹板布置竖向预应力钢筋束，通过张拉钢筋束传力到混凝土而使混凝土结构物在承受设计载荷前使全截面或部分截面受到压应力，改善结构在使用阶段的承载性能，是保证梁体在质量和结构安全的重要手段和方法。

传统对于钢筋束预应力测量主要通过钢筋应变计测量外部张拉钢筋束局部的应力来反映整体箱梁所受预应力，该方法既不能连续反映预应力分布和变化，也不能对箱梁内局部预应力进行测量，对于分析和研究预应力损失不能提供直接的数据支持，因此，提出一种连续可测的预应力测量方法势在必行。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，实现了一种可提高精度和稳定性的光纤光栅测量装置，该装置由波长解调模块、单模光纤和数据采集单元组成，其中波长解调模块是用来对反射回来的中心波长进行解调，测量出中心波长的偏移量。单模光纤是用来传输光信号，而且不同的光缆对应的波长解调模块的不同通道。数据采集单元是由特殊的环形光栅结构来组成的，通过温度数据补偿修正、位置结构数据精确互补和多通道采集，同时提高了光纤光栅测量系统的精度和稳定性。

本发明请求保护一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统，该系统包括：

预应力钢筋束，通过张拉机固定在被测箱梁中；第二张拉锚具，张拉支架， 预应力钢筋束，第一张拉锚具依次固定；

钢筋应变计，被安装在张拉支架处的预应力钢筋束中，并由应变采集设备测量应变值；

直流电源通过电源正极导线与预应力钢筋束正极连接点连接，通过电源负极导线与预应力钢筋束负极连接点连接，并在预应力钢筋束上施加恒定电压；

多个测点连接点均匀分布在预应力钢筋束中，并连接补偿电阻和测点连接导线；

高精度万用表，用于测量测点连接导线间电压，并计算分布预应力。

应用于如上所述系统的预应力测量方法，该方法包括如下步骤：

S101，对预应力钢筋束进行等距测点布置，需记录测点距离，并对测量导线通过补偿电阻进行电阻补偿，使各个测量导线电阻阻值相等；

S102，对预应力钢筋束进行预应力加载，并通第一张拉锚具、第二张拉锚具、张拉支架进行固定，并通过张拉机进行预应力加载；

S103，使用直流电源对预应力钢筋束施加稳定电压，并使用高精度万用表，对各个测点间电压进行测量；

S104，钢筋应变计的安装与测量可根据被测需要张拉前安装或张拉后安装，并记录当前应变值；根据公式计算各个测点的应力；其中，应变计两边一定距离l₀之间电压为U₀，被测点电压为U_n；其中，ω₀为拉伸载荷，S₀为钢筋束截面积。

进一步的，步骤S103中，稳定电压为5～12V之间。

与现有技术和产品相比，该发明具有显著优点：

(1)能够根据测点导线引出位置不同和数量，实现任意位置钢筋束预应力；

(2)可在浇筑过程中预留测量导线，可实现长期预应力损失监测；

(3)本方法易于实施，精确度高、结果可靠。

附图说明

图1是本发明的混凝土桥梁钢筋分布预应力测量方法等效电路图。

图2是本发明混凝土桥梁钢筋分布预应力测量方法原理图。

上述附图中的各标记意义如下：

1.预应力钢筋束；2.被测箱梁；3.钢筋束负极连接点；4.第一张拉锚具；5.补偿电阻；6.张拉锚具(二)；7.钢筋束正极连接点；8.钢筋应变计；9.张拉支架；10.电源正极导线；11.直流电源；12.应变采集设备；13.电源负极导线；14.测点连接点；15.测点连接导线；16.高精度万用表。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图2所示，为本发明请求保护的一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统，该系统包括：

预应力钢筋束1，通过张拉机固定在被测箱梁2中；第二张拉锚具6，张拉支架9，预应力钢筋束1，第一张拉锚具4依次固定；

钢筋应变计8，被安装在张拉支架处的预应力钢筋束1中，并由应变采集设备12测量应变值；

直流电源11通过电源正极导线10与预应力钢筋束正极连接点7连接，通过电源负极导线13与预应力钢筋束负极连接点3连接，并在预应力钢筋束1上施加恒定电压；

多个测点连接点14均匀分布在预应力钢筋束1中，并连接补偿电阻5和测点连接导线；

高精度万用表16，用于测量测点连接导线间电压，并计算分布预应力。

以下通过计算推导预应力的计算公式：

应变采集设备读取钢筋应变计应变值为ε₀，应变计两边一定距离l₀之间电压为U₀，被测点应变值为ε_n，被测点测量掉线间距l_n，电压为U_n，R为补偿电阻，由于高精度万用表内阻可视为无限大，该电阻值可忽略。

根据材料力学，钢筋束应力为:

$\mathrm{\σ}=\frac{w}{S}---\left(1\right)$

其中，w为拉伸载荷，S为钢筋束截面积。

且应力与应变关系为：

σ＝Eε (2)

其中，E为钢筋束弹性模块，ε为钢筋束应变。

假设钢筋束界面均匀，即钢筋束电阻与导线长度成正比，钢筋束电阻为：

$R=\frac{\mathrm{\ρ}l}{S}---\left(3\right)$

其中，ρ为钢筋束电阻率，l钢筋束长度，S为钢筋束截面积。

由于钢筋束内电流相等，即：

$\frac{U_0}{R_0}=\frac{U_n}{R_n}---\left(4\right)$

其中，R₀、R_n分别为标准段和被测段钢筋束内阻。

联立(1)、(2)、(3)、(4)可得，本方法的计算公式：

${\mathrm{\σ}}_n=\frac{U_n{l}_0}{U_0{l}_n}{\mathrm{\σ}}_0---\left(5\right)$

若测点等距布置，上式可简化为：

${\mathrm{\σ}}_n=\frac{U_n}{U_0}{\mathrm{\σ}}_0---\left(6\right)$

即，预应力与钢筋束成正比关系。

应用于上述系统的混凝土桥梁钢筋分布预应力测量方法，包括如下步骤：

S101，对预应力钢筋束1进行等距或非等距测点布置(需记录测点距离)，并对测量导线15通过补偿电阻5进行电阻补偿，使各个测量导线电阻阻值相等；各个测量导线选型需具有良好的防护等级，具备混凝土浇筑后正常使用的能力；

S102，对预应力钢筋束1进行预应力加载，并通第一张拉锚具4、第二张拉锚具6、张拉支架9和图2中未标注出的紧固件进行固定，并通过张拉机进行预应力加载；

S103，使用直流电源11对预应力钢筋束1施加稳定电压，推荐5～12V之间，并使用高精度万用表16，对各个测点间电压进行测量；

S104，钢筋应变计的安装与测量可根据被测需要张拉前安装或张拉后安装，并记录当前应变值；根据公式计算各个测点的应力；其中，应变计两边一定距离l₀之间电压为U₀，被测点电压为U_n；其中，ω₀为拉伸载荷，S₀为钢筋束截面积。

本发明中应用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。

Claims (3)

1.一种混凝土桥梁钢筋分布预应力测量系统，其特征在于，该系统包括：

预应力钢筋束，通过张拉机固定在被测箱梁中；第二张拉锚具，张拉支架，预应力钢筋束，第一张拉锚具依次固定；

钢筋应变计，被安装在张拉支架处的预应力钢筋束中，并由应变采集设备测量应变值；

直流电源通过电源正极导线与预应力钢筋束正极连接点连接，通过电源负极导线与预应力钢筋束负极连接点连接，并在预应力钢筋束上施加恒定电压；

多个测点连接点均匀分布在预应力钢筋束中，并连接补偿电阻和测点连接导线；

高精度万用表，用于测量测点连接导线间电压，并计算分布预应力。

2.应用于如权利要求1所述系统的预应力测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S101，对预应力钢筋束进行等距测点布置，需记录测点距离，并对测量导线通过补偿电阻进行电阻补偿，使各个测量导线电阻阻值相等；

S102，对预应力钢筋束进行预应力加载，并通第一张拉锚具、第二张拉锚具、张拉支架进行固定，并通过张拉机进行预应力加载；

S103，使用直流电源对预应力钢筋束施加稳定电压，并使用高精度万用表，对各个测点间电压进行测量；

S104，钢筋应变计的安装与测量可根据被测需要张拉前安装或张拉后安装，并记录当前应变值；根据公式计算各个测点的应力；其中，应变计两边一定距离l₀之间电压为U₀，被测点电压为U_n；其中，ω₀为拉伸载荷，S₀为钢筋束截面积。。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S103中，稳定电压为5～12V之间。