CN109299498B - 拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法及系统，通过进行温度效应和时间效应下预应力变化测试试验，绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；分析温度对锚下预应力的影响规律，剔除温度效应影响，对锚下预应力随时间效应变化进行分析；对温度修正后测试曲线进行数据拟合回归，得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。可快捷准确的判定钢绞线是否合格，有利于提高预应力钢绞线的检测效率与准确率，充分发挥了材料的使用效率，经济性良好，也提高实际桥梁的工程质量。

Description

拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法及系统

技术领域

本发明涉及一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法及系统。

背景技术

预应力锚固是一种主动锚固技术，该项技术广泛应用于预应力混凝土结构中，其优点对于预应力混凝土结构能通过预加荷载抵消或减小外部荷载对结构产生的拉应力，减缓裂缝发生，保证结构安全。预应力锚固技术的关键在于锚下有效预应力的大小，张拉施工工艺、波纹管孔道摩阻、预应力筋应力松弛、锚具变形等多种因素会影响预应力的储备，引起预应力损失，影响预应力结构物的工作性能，损失严重时甚至会造成桥梁结构物产生开裂、下挠等病害。鉴于上述描述，考虑到预应力混凝土梁病害产生的原因及病害造成的社会、经济影响：在预应力混凝土梁施工期引入一种有效的张拉力检测技术就显得尤为重要。其中“拉脱法”作为无损检测技术中应用较为广泛的检测技术，其不仅可以较为准确测试出锚下有效预应力值，而且现场操作便捷，具有极高的工程推广应用价值

目前根据已有的研究基础，其检测原理为：在桥梁施工期内，通过反向张拉已锚固的钢绞线使得锚具与夹片脱开，并测试脱开瞬间得到的张拉力作为锚下有效预应力值典型拉脱法测试曲线如图2所示。但是目前对于拉脱法检测过程中的锚下有效预应力准确判定缺少有效的评估办法，在实际测试中发现以下问题需要研究：

1)检测单位很难保证施工单位张拉完成的时刻去现场开展检测——即“即拉即测”，而预应力钢绞线张拉后由于混凝土收缩、徐变，钢绞线松弛等力学特性受时间效应的影响，导致锚下预应力出现衰减。施工技术规范规定预应力钢绞线张拉后48小时内必须实施压浆，而48小时内的时间效应影响对测试结果的修正需要进行准确评估。

2)预应力钢绞线张拉完成时刻的温度和检测时刻的温度并不一致，环境温度场的变化必然会对预应力钢绞线的锚下有效预应力产生一定程度的影响，其中温度变化对预应力变化的定量关系需要进行准确修正。

由此可以看出，对于检测结果的时间及温度效应修正是非常重要的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法及系统，本发明能够解决拉脱法检测结果判别方法所对应的实际锚下有效预应力值不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，包括以下步骤：

进行温度效应和时间效应下预应力变化测试试验，绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；

分析温度对锚下预应力的影响规律，剔除温度效应影响，对锚下预应力随时间效应变化进行分析；

对温度修正后测试曲线进行数据拟合回归，得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。

进一步的，梁体浇筑前，在钢筋骨架内绑扎埋入式温度传感器，测试预应力随混凝土温度变化规律；进入张拉施工阶段后，在工作锚具和试验梁体之间放置穿心式压力传感器，随后进行张拉，实时动态采集锚下预应力变化。

进一步的，测试方式为设定时间内的定频率连续采集，设定时间不少于72个小时。

进一步的，根据锚下有效预应力随时间及温度效应变化的试验数据，绘制其变化规律曲线。

进一步的，温度效应的修正过程包括，对采集数据进行有效预应力变化量ΔF与温度变化值ΔT的曲线拟合，考虑到梁体长度不同，利用△F/L作为纵坐标，其中L为梁体计算长度，得到预应力随温度变化模型。

进一步的，时间效应的修正过程，对一定时间内的预应力值进行修正，得到消除温度效应后的钢绞线预应力值变化曲线，对温度进行修正后，该时间内的预应力衰减曲线局部波动现象减小或消失，即温度效应被剔除。

进一步的，对得到的曲线进行假设检验，采用柯尔莫哥洛夫检验法分别对各个时间段的预应力残余率数据进行正态分布假设检验、对数正态分布假设检验、威布尔分布假设检验，最终建立温度修正后预应力随时间变化的概率统计模型。

更进一步的，选取概率统计模型中95％下限、均值和95％上限的数据，并进行数据拟合。

一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别系统，包括温度传感器、压力传感器和控制器，其中：

所述温度传感器在浇筑混凝土前设置在钢筋骨架内；所述压力传感器设置于夹片锚和梁体之间，所述控制器控制温度传感器和压力传感器在设定时间内以设定的频率连续采集，并根据采集数据绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；分析温度对锚下预应力的影响规律，剔除温度效应影响，对锚下预应力随时间效应变化进行分析；对温度修正后测试曲线进行数据拟合回归，得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。

进一步的，所述压力传感器为穿心式压力传感器，在预应力张拉施工前，放置在夹片锚和梁体之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出了一种拉脱法检测锚下预应力的时间及温度效应修正值判别方法，该方法不仅结合了现场锚下预应力测试试验，准确测得锚下有效预应力值；而且可以根据实际检测中不同的时间及温度条件下钢绞线锚下有效预应力的准确数值。本发明操作便捷，有利于准确的判定钢绞线中实际的有效预应力，有利于提高拉脱法检测的检测效率与准确率，经济性良好，也有助于提高实际桥梁的工程质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1(a)和图1(b)是锚下有效预应力时间及温度效应修正测试试验示意图。

图2是拉脱法检测典型曲线。

图3(a)-(f)是现场测试梁横纵截面图。

图4(a)-(f)是现场测试数据曲线图。

图5是24小时内温度及预应力时程曲线(部分数据)。

图6(a)-(f)是测试500小时后的预应力与温度的关系(部分)。

图7是预应力随温度变化模型。

图8(a)-(f)是消除温度影响后钢绞线预应力变化曲线。

图9是48小时内时间效应影响下预应力变化数学回归模型

其中1为测试梁体，2为自动采集模块，3为穿心式压力传感器，4为埋入式温度传感器，5为预应力钢绞线，6为工作锚具。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

一种拉脱法检测结果的温度效应和时间效应修正值判别方法，结合温度效应和时间效应下预应力变化测试试验，绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；首先分析总结温度对锚下预应力的影响规律，随后剔除温度效应影响后，对锚下预应力随时间效应变化进行分析，最后对温度修正后测试典型曲线进行数据拟合回归，最终分别得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。

选取不同截面形式及长度的试验梁体进行测试，梁体截面如图3所示。在梁体混凝土浇筑并养生7-8日后，进入预应力钢束的张拉施工阶段，在预应力筋穿束未张拉前，将压力传感器安装至锚具与梁端之间，即进入张拉阶段；在张拉过程中，保持每分钟采集1次锚下预应力数值和环境温度数值，实时监控锚下预应力变化过程。待张拉结束3小时后，将设备调成自动采集模式，采样频率为1次/10分钟。自动化测试设备由采集模块、穿心式压力传感器、温度传感器及相关配件组成，并通过无线系统对数据进行采集，其中穿心式压力传感器可同步进行温度数据采集。

该专利共测试67个测试样本，其中有40个长期测试样本，测试时间达到30天。27个位短期测试样本，测试时间为72小时。每根钢束测试预应力的初始时刻定在现场预应力钢绞线张拉结束的时刻，其中长期测试样本用于研究温度效应修正，短期测试样本用于研究时间效应修正，所有测试数据曲线如图4所示。

温度效应修正

进一步的，为得到温度效应对锚下预应力的影响规律，首先要消除时间对锚下有效预应力早期的影响，统计长期测试样本500小时后有效预应力与温度的关系(部分如图6所示)，分析得到：500小时后，大部分数据(图6a-d、f)具有良好的线性关系，而少部分数据(图6e)离散型相对较大，但数据整体呈线性分布趋势。

进一步的，对应钢绞线的1884组数据进行有效预应力变化量ΔF与温度变化值ΔT的曲线拟合，考虑到梁体长度不同，为使钢绞线张拉力变化量保持一致，用△F/L作为纵坐标，其中L为梁体计算长度，得到预应力随温度变化模型(图7)：

ΔF＝0.0806ΔT+0.015 (1)

式中：ΔF表示受温度影响的预应力值变化量，单位：kN；ΔT表示环境温度变化量，单位：℃。

时间效应修正

进一步的，利用式(1)对其48小时内的预应力值进行修正，得到消除温度效应后的钢绞线预应力值变化曲线(如图8所示)，采用式(1)对温度进行修正后，48小时内的预应力衰减曲线局部波动现象减小或消失，即温度效应被剔除；

进一步的，为得到准确的钢绞线预应力修正值，对得到的67条曲线进行假设检验，采用柯尔莫哥洛夫检验法(D_n检验法)分别对48个时间段的预应力残余率数据进行正态分布假设检验、对数正态分布假设检验、威布尔分布假设检验，最终建立了温度修正后预应力随时间变化的概率统计模型，选取统计模型中95％下限、均值和95％上限的数据，并进行数据拟合，具体参见图6。

进一步的分别取48小时内钢绞线预应力残余率95％上下限建立数学回归模型，表达式为：

上限：y＝t^-4.464e-3e^{-1.13e-5(t-1)} (2)

下限：y＝t^-2.102e-2e^{-4.22e-4(t-1)} (3)

式中：t≥1，单位：min。

进一步的，其中95％下限值可对实际工程中检测结果进行修正，既保证了张拉施工质量和检测结果的准确性，又考虑了实际张拉施工过程中的操作可实施性；95％上限值主要用于学术研究。

进一步的，可根据以上温度效应1组和时间效应2组公式对拉脱法检测锚下有效预应力检测值进行准确修正。

利用上述技术方案对拉脱法检测进行判别，具体方法步骤如下：

步骤一，选取需要测试的试验梁，在浇筑混凝土前在钢筋骨架内绑扎内置温度传感器，用于测量混凝土内部的温度，随后浇筑混凝土，养护7-9日；

步骤二，在预应力张拉施工前，在夹片锚和梁体之间放置穿入穿心式压力传感器，该压力传感器内置温度传感器，用于测试记录环境温度；随后进行张拉施工；

步骤三，张拉施工过程中，每分钟采集1次锚下预应力值，实时监测锚下预应力变化，张拉结束后3小时，将采集频率定为10分钟/1次，短期试验梁采集时间为72小时，长期试验梁采集时间为1个月。

步骤四，测试过程结束后，对所有梁体的整个测试过程数据进行分析，最终得到时间及温度效应影响下的数学拟合模型。

表1试验测试数据(单位：kN)

梁体类型参见图3。“L”表示长期监测，时间约为1个月，“S”表示短期监测，时间约为72小时。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，其特征是：包括以下步骤：

进行温度效应和时间效应下预应力变化测试试验，绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；

分析温度对锚下预应力的影响规律，剔除温度效应影响，所述剔除温度效应的过程为：采用公式ΔF＝0.0806ΔT+0.015对温度进行修正后，48小时内的预应力衰减曲线局部波动现象减小或消失，即温度效应被剔除，对锚下预应力随时间效应变化进行分析，其中ΔF表示受温度影响的预应力值变化量，单位：kN,ΔT表示环境温度变化量，单位：℃；

对温度修正后测试曲线进行数据拟合回归，所述数据拟合回归的过程为：对得到的曲线进行假设检验，采用柯尔莫哥洛夫检验法分别对各个时间段的预应力残余率数据进行正态分布假设检验、对数正态分布假设检验、威布尔分布假设检验，最终建立温度修正后预应力随时间变化的概率统计模型,选取概率统计模型中95％下限、均值和95％上限的数据，并进行数据拟合,得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。

2.如权利要求1所述的一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，其特征是：梁体浇筑前，在钢筋骨架内绑扎埋入式温度传感器，测试预应力随混凝土温度变化规律；进入张拉施工阶段后，在工作锚具和试验梁体之间放置穿心式压力传感器，随后进行张拉，实时动态采集锚下预应力变化。

3.如权利要求1所述的一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，其特征是：测试方式为设定时间内的定频率连续采集，设定时间不少于72个小时。

4.如权利要求1所述的一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，其特征是：根据锚下有效预应力随时间及温度效应变化的试验数据，绘制其变化规律曲线。

5.如权利要求1所述的一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别方法，其特征是：温度效应的修正过程包括，对采集数据进行有效预应力变化量ΔF与温度变化值ΔT的曲线拟合，考虑到梁体长度不同，利用△F/L作为纵坐标，其中L为梁体计算长度，得到预应力随温度变化模型。

6.一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别系统，其特征是：包括温度传感器、压力传感器和控制器，其中：

所述温度传感器在浇筑混凝土前设置在钢筋骨架内；所述压力传感器设置于夹片锚和梁体之间，所述控制器控制温度传感器和压力传感器在设定时间内以设定的频率连续采集，并根据采集数据绘制锚下有效预应力随时间及温度效应变化的典型曲线；分析温度对锚下预应力的影响规律，剔除温度效应影响，所述剔除温度效应的过程为：采用公式ΔF＝0.0806ΔT+0.015对温度进行修正后，48小时内的预应力衰减曲线局部波动现象减小或消失，即温度效应被剔除，对锚下预应力随时间效应变化进行分析，其中ΔF表示受温度影响的预应力值变化量，单位：kN，ΔT表示环境温度变化量，单位：℃；对温度修正后测试曲线进行数据拟合回归，所述数据拟合回归的过程为：对得到的曲线进行假设检验，采用柯尔莫哥洛夫检验法分别对各个时间段的预应力残余率数据进行正态分布假设检验、对数正态分布假设检验、威布尔分布假设检验，最终建立温度修正后预应力随时间变化的概率统计模型,选取概率统计模型中95％下限、均值和95％上限的数据，并进行数据拟合,得到温度效应和时间效应影响下修正的锚下有效预应力的数学回归模型。

7.如权利要求6所述的一种拉脱法检测结果时间及温度效应修正的判别系统，其特征是：所述压力传感器为穿心式压力传感器，在预应力张拉施工前，放置在夹片锚和梁体之间。

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