CN108489641B - 一种预应力钢绞线应力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力钢绞线应力测量装置及方法；属于钢绞线应力测量技术领域。包括交流电源，第一、第二电阻，第一、第二线圈，感应电动势测量仪，磁通密度测量仪；交流电源与第一电阻连接，第一电阻与第一线圈连接；第二线圈与第二电阻连接；钢绞线分别穿过第一线圈和第二线圈；感应电动势测量仪用于测量感应电动势大小；磁通密度测量仪用于测量磁通密度，得到磁场强度变化量，进而得到预应力钢绞线应力值。本发明能够实现对预应力钢绞线应力的无损检测，简单方便，可以应用于各种场合的应力检测。

Description

一种预应力钢绞线应力测量装置及方法

技术领域

本发明属于钢绞线应力测量技术领域，涉及一种预应力钢绞线应力测量装置及方法。

背景技术

斜拉桥的斜拉索、系杆拱桥的吊杆和系杆、悬索桥的缆索体系、预应力结构的体外索和预应力筋等是工程结构的关键受力构件之一，素有“生命线”之称，其服役状况直接关系到桥梁等工程结构的安全运营与使用寿命。目前，常用于钢缆索索力测量的方法有压应力法和振动频率法。利用压应力法测量拉索索力时，将环形弹性材料和应变传感材料组成穿心式压应力传感器安装在拉索锚具和索孔垫板之间，拉索的张力使弹性材料受到锚具和索孔垫板之间的压力而发生形变，通过附着在弹性材料上的应变传感材料将弹性材料的形变转换成可以测量的电信号或者光信号.再通过二次仪表测量钢索预应力。使用应变传感材料的传感器有电阻应变式传感器和光纤传感器两种，电阻应变式传感器的电阻-应变特性易受环境影响，且在索力长期作用下容易疲劳损坏而失效，寿命也不长；光纤传感器存在安装精度要求高，价格昂贵，成本较高。振动频率法利用钢索的固有频率计算钢索预应力，但频率法的首要问题在于缆索的基频很难从现场的噪声中提取出来，往往需要有经验的工程师在现场进行多次测试，然后结合经验，用人工的方法初筛选出较好的频率信号，再进行分析。这样的方法不仅耗费人力物力，同时也很可能造成人为误差，破坏了检测的严谨性。另外，还有一种连续交流磁通量测量方式，通过给磁通量传感器提供连续的交流电流，检测钢索的磁导率，进而计算出钢索的预应力值，这样的方法能耗大，测量时间长。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种预应力钢绞线应力测量装置及方法，实现对预应力钢绞线应力的无损检测，简单方便，可以应用于各种场合的应力检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种预应力钢绞线应力测量装置，该装置包含，交流电源，第一电阻，第二电阻，第一线圈，第二线圈，感应电动势测量仪和磁通密度测量仪；

所述第一电阻与第一线圈串联之后连接在所述交流电源两端形成第一回路，所述第一线圈绕制在钢绞线的一端；

所述第二电阻与所述第二线圈串联形成第二回路，所述第二线圈绕制在所述钢绞线的另一端，所述感应电动势测量仪和磁通密度测量仪设置在所述第二回路上，用于测量感应电动势以及磁场强度的变化量。

一种预应力钢绞线应力测量方法，该方法包含如下步骤：

S1：连接设备，启动测量装置，在钢绞线未受到外界载荷的作用下，通过磁通密度测量仪测量标定磁通密度；

S2：计算出标定磁场强度；

S3：将钢绞线进行拉伸，并通过磁通密度测量仪和感应电动势测量仪测出对应拉伸状态下的磁通密度以及感应电动势；

S4：根据对应拉伸状态下的磁通密度以及感应电动势计算出应力磁场强度；

S5：根据标定磁场强度和应力磁场强度计算出钢绞线在拉伸状态下磁场强度变化量；

S6：根据磁场强度变化量计算出预应力钢绞线应力大小。

进一步，步骤S2中标定磁场强度为：

其中，B₁为钢绞线发生变形前磁通密度，μ₀为空气磁导率。

进一步，步骤S4中应力磁场强度为：

其中B₂为钢绞线发生变形后磁通密度，μ₀为空气磁导率。

进一步，步骤S5中磁场强度变化量为：

ΔH＝H₁-H₂

其中ΔH为磁场强度变化量。

进一步，步骤S6中预应力钢绞线应力为：

其中，K_μ为单轴磁各项异性常数，S为第二线圈围绕面积，R₂为次级线圈短电路电阻，λ_s为磁致伸缩常数，M_s为饱和磁化强度，V₂为感应电动势，E为钢绞线弹性模量，H为磁场强度，θ为磁场与易磁化轴夹角。

本发明的有益效果在于：本发明能够实现对预应力钢绞线应力的无损检测，简单方便，可以应用于各种场合的应力检测。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明结构图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明的一种预应力钢绞线应力测量装置，包括交流电源，第一、第二电阻，第一、第二线圈，感应电动势测量仪，磁通密度测量仪；交流电源与第一电阻连接，第一电阻与第一线圈连接；第二线圈与第二电阻连接；钢绞线分别穿过第一线圈和第二线圈；感应电动势测量仪用于测量感应电动势大小；磁通密度测量仪用于测量磁通密度，得到磁场强度变化量，进而得到预应力钢绞线应力值。

运用上述测量装置的测量方法，具体包含如下步骤：

步骤一，钢绞线未受外界荷载作用下(钢绞线中应力为零)，通过磁通密度测量仪测出用于标定的磁通密度B₁；根据测出的磁通密度计算出当前状态下的磁场强度

其中B₁为钢绞线发生变形前磁通密度，μ₀为空气磁导率。

步骤二，钢绞线在某一拉力(工程实际中，拉力作用下钢绞线中应力值为500-1000MPa)作用下，通过磁通密度测量仪测出磁通密度B₂，通过电压测量计测出感应电动势V₂；根据测出磁通密度计算出当前状态下的磁场强度

其中B₂为钢绞线发生变形后磁通密度，μ₀为空气磁导率。

1、由Joulc效应有：

又由线弹性材料胡克定律有：

由铁磁材料磁化理论有：

ΔM＝ΔμH (3)

根据上述公式推导得出：

而

则预应力钢绞线应力为：

其中ΔH为磁场强度变化量，K_μ为单轴磁各项异性常数，S为第二线圈围绕面积，R₂为次级线圈短电路电阻，λ_s为磁致伸缩常数，M_s为饱和磁化强度，V₂为感应电动势，E为钢绞线弹性模量，H为磁场强度，θ为磁场与易磁化轴夹角。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种预应力钢绞线应力测量方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：

S1：连接设备，启动测量装置，在钢绞线未受到外界载荷的作用下，通过磁通密度测量仪测量标定磁通密度；

S2：计算出标定磁场强度为：

其中B₁为钢绞线发生变形前磁通密度，μ₀为空气磁导率；

S3：将钢绞线进行拉伸，并通过磁通密度测量仪和感应电动势测量仪测出对应拉伸状态下的磁通密度以及感应电动势；

S4：根据对应拉伸状态下的磁通密度以及感应电动势计算出应力磁场强度为：

其中B₂为钢绞线发生变形后磁通密度，μ₀为空气磁导率；

S5：根据标定磁场强度和应力磁场强度计算出钢绞线在拉伸状态下磁场强度变化量为：ΔH＝H₁-H₂，其中ΔH为磁场强度变化量；

S6：根据磁场强度变化量计算出预应力钢绞线应力大小为：

其中，K_μ为单轴磁各项异性常数，S为第二线圈围绕面积，R₂为次级线圈短电路电阻，λ_s为磁致伸缩常数，M_s为饱和磁化强度，V₂为感应电动势，E为钢绞线弹性模量，H为磁场强度，θ为磁场与易磁化轴夹角。

2.适用于权利要求1所述测量方法的一种预应力钢绞线应力测量装置，其特征在于：该装置包含，交流电源，第一电阻，第二电阻，第一线圈，第二线圈，感应电动势测量仪和磁通密度测量仪；

所述第一电阻与第一线圈串联之后连接在所述交流电源两端形成第一回路，所述第一线圈绕制在钢绞线的一端；

所述第二电阻与所述第二线圈串联形成第二回路，所述第二线圈绕制在所述钢绞线的另一端，所述感应电动势测量仪和磁通密度测量仪设置在所述第二回路上，用于测量感应电动势以及磁场强度的变化量。

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