CN108844891A - 一种预应力管道摩阻试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种预应力管道摩阻试验装置及其试验方法，穿设于预应力管道中的预应力钢绞线束沿轴线方向分别向两端依次穿过穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚，穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶以及工具锚均与预应力管道同心设置，穿心式压力传感器通过数据线与测试仪相连，在任一端上施加张拉力，穿心式压力传感器会出现压缩变形，测试仪分别测出两端的预应力的差值即为管道摩阻力。采用第一穿心式千斤顶配合第一吊钩，可方便的固定第一穿心式千斤顶倾斜角度。采用第二穿心式千斤顶，可通过吊顶调节油缸和配重油缸来调整第二穿心式千斤顶的重心和吊点位置，通过倾角传感器和控制单元，可控制第二穿心式千斤顶倾斜角度，给安装带来便利。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体地说，涉及一种预应力管道摩阻试验装置及其试验方法。
背景技术
预应力混凝土桥的预应力是桥梁上部结构的重要组成部分。预应力束的恰当布置，不仅能使结构的跨越能力出现飞跃，使工程质量提高，而且可大幅度减轻结构自重，使结构变得美观轻巧，从而节约大量钢材和混凝土。反之如果预应力配置不当，不仅浪费材料，而且还会造成混凝土结构开裂，甚至破坏的严重后果，因此预应力配置对工程具有重要意义。
在实际工程中，预应力在张拉、承载及运营期内产生的损失都将对桥梁结构产生一定的影响，特别是对于长束、弯曲等具有特殊性质的预应力构造结构而言，这种损失的影响会直接关系到桥梁建设的安全质量。加到混凝土构件上的初始预应力，由于种种原因会随着时间增长而发生应力损失。在先张构件中，应力损失的原因有：混凝土的弹性压缩、收缩、徐变以及预应力钢筋的松弛；在后张构件中，还有摩阻力和锚具造成的损失。弹性压缩、摩阻力和锚具损失是瞬时性的，而钢筋松弛损失、混凝土收缩和徐变则是随着时间变化的。其中，预应力管道摩阻损失一般是由两方面构成，即预应力管道的弯曲以及偏差。《公路桥涵施工技术规范》中规定“预应力损失可根据试验数据确定，如无可靠的试验资料可按本规范的规定计算”，据此大多数设计者按其提供的公式和参数计算延伸量，所以就产生了延伸量不符的情况。尤其是，目前针对预应力混凝土桥的管道摩阻还没有高效的试验方法。另外，针对倾斜的锚垫板，在安装千斤顶的过程中，需要调整到千斤顶的轴线垂直于锚垫板的平面，然而在安装过程中，如何调节千斤顶的倾斜角度与锚垫板相匹配，目前多是采用人工对拉千斤顶来调整，并没有更加快捷有效的方法。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种预应力管道摩阻试验装置，穿设于预应力管道中的预应力钢绞线束沿轴线方向分别向两端依次穿过穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚，其中，穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶以及工具锚均与预应力管道同心设置，其中，各穿心式压力传感器通过数据线与测试仪相连，在任一端上施加张拉力，穿心式压力传感器会出现压缩变形，测试仪分别测出两端的预应力的差值即为管道摩阻力。
优选地，所述试验装置还包括第一吊钩，在钩柄的端部还延伸出底板，底板上设置有沿底板平面方向穿透底板的供钢丝绳穿过的穿绳孔，并且，在底板上沿穿绳孔的长度方向的两侧还设置有穿透至穿绳孔的螺栓孔，所述穿心式千斤顶包括第一穿心式千斤顶，在第一穿心式千斤顶的上端沿轴线方向间隔设置有第一孔环和第二孔环，从所述穿绳孔穿过的钢丝绳的两端分别固定在第一孔环和第二孔环上，当调整好钢丝绳的倾斜角度后，从所述螺栓孔穿入螺栓将钢丝绳与底板进行紧压固定，使第一穿心式千斤顶在被整体吊起过程能保持固定角度的倾斜状态，以使第一穿心式千斤顶保持固定倾角安装。
优选地，所述穿心式千斤顶包括第二穿心式千斤顶，在第二穿心式千斤顶的上表面上设置有沿轴向的燕尾槽，所述试验装置还包括第二吊钩，第二吊钩的下部可滑动地嵌入在所述燕尾槽内，在所述第二穿心式千斤顶的上表面还固定有吊点调节气缸，吊点调节气缸的缸筒与第二穿心式千斤顶的上表面固定连接，吊点调节气缸的活塞杆与第二吊钩连接为一体，吊索的一端钩在第二吊钩上，另一端钩在起重设备的起重钩上，通过吊点调节气缸将第二吊钩推送到不同位置，将第二穿心式千斤顶调节到所需的安装角度。
优选地，在第二穿心式千斤顶上还设置有配重气缸，在配重气缸的活塞杆的端头设置有配重块，通过活塞杆推送配重块变换不同的位置，从而改变第二穿心式千斤顶的重心位置。
优选地，在第二穿心式千斤顶上还设置有倾角传感器，用于检测第二穿心式千斤顶的倾斜角度。
优选地，试验装置还包括控制单元，倾角传感器与控制单元相连接，通过检测的倾角，控制单元控制配重气缸推送配重块变换位置，从而调整第二穿心式千斤顶的倾斜角度。
优选地，控制单元是单片机或PLC控制器。
一种预应力管道摩阻系数试验方法，利用以上所述的预应力管道摩阻试验装置进行以下步骤：
S1，对管道进行清洁整理，依据设计要求将预应力钢绞线穿好；
S2，搭建预应力管道摩阻系数试验装置，将传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚依次安装在预应力管道内的预应力束上，并且，使得穿心式压力传感器、对中环、以及穿心式千斤顶均与预应力管道同心设置；
S3，通过数据线将两端的传感器分别与测试仪连接；
S4，对管道两端的穿心式千斤顶同时进行充油，并保持一定的压力；
S5，将其中一端作为张拉端，另一端作为固定端，关闭固定端的千斤顶油阀，分五级张拉张拉端，一直达到设计张拉力为止，记录两端压力的差值；
S6，将两端进行角色对换，将所述一端作为固定端，所述另一端作为张拉端，仍然按照步骤5分五级张拉，并记录两端压力的差值；
S7，利用以下的公式1和公式2，计算得到预应力钢绞线和管道的摩擦系数μ，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k，
其中，
μ为预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和；
k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x为从张拉端至计算截面的管道长度；
Yi为第i根预应力管道对应的ln(nz/nb)值，nz是主动端实际张拉力，nb是计算截面的实际拉力；
xi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线长度；
θi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线包角。
本发明提供了一种预应力管道摩阻试验装置及其试验方法，其中，采用第一穿心式千斤顶配合第一吊钩，能够方便的固定第一穿心式千斤顶的倾斜角度，以便与倾斜的锚垫板配合安装。采用第二穿心式千斤顶，可以通过吊顶调节气缸和配重气缸来调整第二穿心式千斤顶的重心和吊点的位置，从而使得第二穿心式千斤顶能够以适宜的倾斜角度来与锚垫板配合安装。并且，通过倾角传感器和控制单元，还可以轻松的控制第二穿心式千斤顶的倾斜角度，给安装带来了更大的便利。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的预应力管道摩阻试验装置的构件组成图；
图2是表示本发明实施例的预应力管道摩阻试验装置的结构示意图；
图3是表示本发明实施例的第一穿心式千斤顶的吊装示意图；
图4-1是表示本发明实施例的第二穿心式千斤顶的右倾状态的吊装示意图；
图4-2是表示本发明实施例的第二穿心式千斤顶的水平状态的吊装示意图；
图4-3是表示本发明实施例的第二穿心式千斤顶的左倾状态的吊装示意图；
图5是表示本发明实施例的安装有配重气缸的第二穿心式千斤顶的吊装示意图；
图6是表示本发明实施例的安装有倾角传感器的第二穿心式千斤顶的吊装示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的预应力管道摩阻试验装置及其试验方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
该预应力管道摩阻试验装置包括穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶和工具锚。该装置是在预应力钢绞线束的两端分别沿轴向向两端设置穿心式压力传感器、穿心式千斤顶、对中环、以及工具锚。如图1所示，在预应力钢绞线束3的左端同心地设置有穿心式压力传感器11、对中环13、穿心式千斤顶18以及工具锚16，在右端同心地设置有穿心式压力传感器11、对中环13、穿心式千斤顶18以及工具锚16。其中，两个穿心式压力传感器11都通过接线箱6中的数据线与测试仪7相连，两个油泵17分别给对应的穿心式千斤顶18供油。将一定的力施加在任一端上时，穿心式压力传感器会出现压缩变形，此时利用测试仪7就能够分别测出两端的预应力，两端的预应力的差值就是所测量的管道摩阻力。
图2是预应力管道摩阻试验装置的安装图。如图2所示，预应力钢绞线束3穿设在由混凝土4浇筑形成的预应力管道5中。其中，工作锚10包括锚垫板101和喇叭口102，预应力钢绞线束3从喇叭口以及锚垫板101中穿出，并依次穿过穿心式压力传感器11、对中环13、穿心式千斤顶18以及工具锚16。
在一个可选实施例中，根据锚垫板倾斜的角度，需要将千斤顶设置为轴线垂直于锚垫板的方向。下文仅以一个千斤顶的吊装为例进行说明。如图3所示，在第一穿心式千斤顶15的上端沿轴线方向间隔设置有第一孔环151和第二孔环152。管道摩阻试验装置还包括第一吊钩154，第一吊钩154包括弯钩和钩柄，在钩柄的端部还延伸出底板155，在底板155上设置有穿绳孔157，以供钢丝绳153穿过。穿过穿绳孔157的钢丝绳153的两端分别固定在第一孔环151和第二孔环152上，从而将第一穿心式千斤顶14吊起。在底板155上沿穿绳孔157的长度方向的两侧还设置有穿透至穿绳孔157的螺栓孔，当调整好钢丝绳153的倾斜角度后，通过螺栓156将钢丝绳153与底板155进行紧压固定，第一吊钩154就不会沿钢丝绳滑移，使第一穿心式千斤顶14在被整体吊起过程能保持固定角度的倾斜状态，从而使得千斤顶与锚垫板对中快速、准确。
以上是采用钢丝绳悬挂在第一穿心式千斤顶15的两个吊点上，下面还有另外一种采用一个吊点的方式。下面以第二穿心式千斤顶14为例进行说明。在一个可选实施例中，在第二穿心式千斤顶14的上表面上设置有沿轴向的燕尾槽141，第二吊钩142的下部延伸嵌入在所述燕尾槽内，使得第二吊钩142可以沿着第二穿心式千斤顶的轴线方向滑动。在所述第二穿心式千斤顶14的上表面还固定有吊点调节气缸243，吊点调节气缸143的缸筒与第二穿心式千斤顶14的上表面固定连接，可以采用焊接的方式连接。吊点调节气缸143的活塞杆1431与第二吊钩142连接为一体，吊点调节气缸143可以推动第二吊钩142沿燕尾槽142滑动。吊索144的一端钩在第二吊钩142上，另一端钩在吊机或者手拉葫芦等起重设备上，用于将第二穿心式千斤顶吊起。通过吊点调节气缸143将第二吊钩142推送到不同位置，例如，如图4-1所示，吊点被推送到左边，第二穿心式千斤顶为右倾状态。如图4-2所示，吊点被推送到中间位置，第二穿心式千斤顶则水平状态。如图4-3所示，吊点被推送到右边，第二穿心式千斤顶为左倾状态。
进一步地，如图5所示，在第二穿心式千斤顶上还设置有配重气缸145，在配重气缸的活塞杆1451的端头设置有配重块146，通过活塞杆1451推送配重块146变换不同的位置，从而改变第二穿心式千斤顶的重心位置。通过吊点调节气缸143和配重气缸145，可以将第二穿心式千斤顶调节到所需的安装角度。更进一步地，如图6所示，在第二穿心式千斤顶14上还设置有倾角传感器147，用于检测第二穿心式千斤顶14的倾斜角度。并且，倾角传感器147与控制单元相连接，通过检测的倾角，控制单元控制配重气缸145推送配重块146变换位置，从而调整第二穿心式千斤顶14的倾斜角度。控制单元可以是单片机或PLC控制器等，且控制单元可以是具有触摸显示屏的控制器，在显示屏上可以显示第二穿心式千斤顶的倾斜角度，并通过触控按钮来控制配重气缸145，从而可以轻松调整第二穿心式千斤顶14的倾斜角度。
以上是结合图1至图6说明了预应力管道摩阻试验装置，下面说明一下应用以上所述的预应力管道摩阻试验装置进行预应力管道摩阻试验的方法，包括以下步骤：
1)对管道进行清洁整理，依据设计图纸正确地将预应力钢绞线穿好；
2)将管道摩阻试验装置按照图1、图2所示安装在预应力钢绞线束的两端，尤其是保证穿心式压力传感器、对中环以及穿心式千斤顶三者同心；
3)对管道两端的穿心式千斤顶同时进行充油，并保持一定的压力；
4)将其中一端作为张拉端，另一端作为固定端，关闭固定端的穿心式千斤顶油阀，分五级逐渐施加张拉，一直达到设计张拉力为止，记录两端压力的差值；
5)将两端进行角色对换，将所述一端作为固定端，所述另一端作为张拉端，仍然按照步骤4分五级张拉，并记录两端压力的差值；
6)利用以下的公式1和公式2，计算得到预应力钢绞线和管道的摩擦系数μ，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k。
其中，μ为预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和；
k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x为从张拉端至计算截面的管道长度，可近似取该段管道在构件纵轴上的投影长度；
Yi为第i根预应力管道对应的ln(nz/nb)值，nz是主动端实际张拉力，nb是计算截面的实际拉力；
xi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线长度；
θi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线包角；
在一个可选实施例中，在步骤2中，管道两端使用的是第一穿心式千斤顶15，采用两个吊点利用钢丝绳和第一吊钩154将第一穿心式千斤顶15吊起，穿过穿绳孔157的钢丝绳153的两端分别固定在第一孔环151和第二孔环152上，从而将第一穿心式千斤顶15吊起。当调整好钢丝绳153的倾斜角度后，通过螺栓156将钢丝绳153与底板155进行紧压固定。然后将第一穿心式千斤顶吊至安装位置，进行安装。
在一个可选实施例中，在步骤2中，管道两端使用的是第二穿心式千斤顶14，采用一个吊点将第二穿心式千斤顶14吊起。将吊索的一端挂在起重设备的起重钩上，将吊索144的另一端挂在所述第二吊钩142上。通过吊点调节气缸143将第二吊钩142推送到不同位置，从而改变第二穿心式千斤顶14的倾斜角度。
进一步地，通过吊点调节气缸143和配重气缸145，可以将第二穿心式千斤顶14调节到所需的安装角度。
更进一步地，还通过设置在第二穿心式千斤顶14上的倾角传感器147检测的倾角，控制单元控制配重气缸145推送配重块146变换位置，从而调整千斤顶的倾斜角度。
下面以主桥右幅1号墩1#块的顶板钢绞线束A1和腹板钢绞线束B1的测量实例来说明。
同一端张拉测试三次后，将张拉端与固定端互换后再进行试验操作，现场记录的试验数据如下：
表1
表2
将表1与表2的数据结合公式(1)、(2)可求得实测值，具体结果见表3。
表3
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，穿设于预应力管道中的预应力钢绞线束沿轴线方向分别向两端依次穿过穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚，其中，
穿心式压力传感器、对中环、穿心式千斤顶以及工具锚均与预应力管道同心设置，
其中，各穿心式压力传感器通过数据线与测试仪相连，在任一端上施加张拉力，穿心式压力传感器会出现压缩变形，测试仪分别测出两端的预应力的差值即为管道摩阻力。
2.根据权利要求1所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，
所述试验装置还包括第一吊钩，在钩柄的端部还延伸出底板，底板上设置有沿底板平面方向穿透底板的供钢丝绳穿过的穿绳孔，并且，在底板上沿穿绳孔的长度方向的两侧还设置有穿透至穿绳孔的螺栓孔，
所述穿心式千斤顶包括第一穿心式千斤顶，在第一穿心式千斤顶的上端沿轴线方向间隔设置有第一孔环和第二孔环，从所述穿绳孔穿过的钢丝绳的两端分别固定在第一孔环和第二孔环上，当调整好钢丝绳的倾斜角度后，从所述螺栓孔穿入螺栓将钢丝绳与底板进行紧压固定，使第一穿心式千斤顶在被整体吊起过程能保持固定角度的倾斜状态，以使第一穿心式千斤顶保持固定倾角安装。
3.根据权利要求1所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，
所述穿心式千斤顶包括第二穿心式千斤顶，在第二穿心式千斤顶的上表面上设置有沿轴向的燕尾槽，所述试验装置还包括第二吊钩，第二吊钩的下部可滑动地嵌入在所述燕尾槽内，在所述第二穿心式千斤顶的上表面还固定有吊点调节气缸，吊点调节气缸的缸筒与第二穿心式千斤顶的上表面固定连接，吊点调节气缸的活塞杆与第二吊钩连接为一体，吊索的一端钩在第二吊钩上，另一端钩在起重设备的起重钩上，
通过吊点调节气缸将第二吊钩推送到不同位置，将第二穿心式千斤顶调节到所需的安装角度。
4.根据权利要求3所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，
在第二穿心式千斤顶上还设置有配重气缸，在配重气缸的活塞杆的端头设置有配重块，通过活塞杆推送配重块变换不同的位置，从而改变第二穿心式千斤顶的重心位置。
5.根据权利要求4所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，在第二穿心式千斤顶上还设置有倾角传感器，用于检测第二穿心式千斤顶的倾斜角度。
6.根据权利要求5所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，试验装置还包括控制单元，倾角传感器与控制单元相连接，通过检测的倾角，控制单元控制配重气缸推送配重块变换位置，从而调整第二穿心式千斤顶的倾斜角度。
7.根据权利要求6所述的预应力管道摩阻试验装置，其特征在于，控制单元是单片机或PLC控制器。
8.一种预应力管道摩阻试验方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的预应力管道摩阻试验装置进行以下步骤：
S1，对管道进行清洁整理，依据设计要求将预应力钢绞线穿好；
S2，搭建预应力管道摩阻试验装置，将传感器、对中环、穿心式千斤顶、工具锚依次安装在预应力管道内的预应力束上，并且，使得穿心式压力传感器、对中环、以及穿心式千斤顶均与预应力管道同心设置；
S3，通过数据线将两端的传感器分别与测试仪连接；
S4，对管道两端的穿心式千斤顶同时进行充油，并保持一定的压力；
S5，将其中一端作为张拉端，另一端作为固定端，关闭固定端的千斤顶油阀，分五级张拉张拉端，一直达到设计张拉力为止，记录两端压力的差值；
S6，将两端进行角色对换，将所述一端作为固定端，所述另一端作为张拉端，仍然按照步骤5分五级张拉，并记录两端压力的差值；
S7，利用以下的公式1和公式2，计算得到预应力钢绞线和管道的摩擦系数μ，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k，
其中，
μ为预应力钢筋与管道壁的摩擦系数；
θ为从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和；
k为管道每米局部偏差对摩擦的影响系数；
x为从张拉端至计算截面的管道长度；
Yi为第i根预应力管道对应的ln(nz/nb)值，nz是主动端实际张拉力，nb是计算截面的实际拉力；
xi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线长度；
θi为第i根预应力管道对应的预应力筋空间曲线包角。
9.根据权利要求8所述的预应力管道摩阻试验方法，其特征在于，在步骤S5、S6中，预应力钢绞线束上的载荷按照20％、40％、60％、80％、100％分五级加载。
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- 2018-03-30 CN CN201810297902.4A patent/CN108844891A/zh active Pending
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