CN111060228A - 在役锚索预应力的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在役锚索预应力的检测方法,包括如下步骤:a、在对在役锚索预应力检测前,先在室内对磁通量传感器进行标定;b、在现场在役锚索预应力检测前,选择内径大于锚具外径的磁通量传感器,并将锚头的混凝土凿除清理干净;将磁通量传感器一端套于锚头上,次级线圈长度覆盖锚具,再连接磁弹仪;c、磁弹仪将检测到的电压积分值转换为预应力测量值。本发明能够实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。
Description
技术领域
本发明涉及边(滑)坡、地下厂房等锚固工程领域,尤其是涉及一种在役锚索预应力的检测方法。
背景技术
1956年,我国引入锚杆支护技术,至今已60余年,期间锚杆(索)在水利、交通、国土、环保等行业部门锚固工程中发挥了较大的优势,取得了显著的成绩。然而,60年代至90年代的工程因年代久远,边(滑)坡锚索因降雨、冲击、长期时效性、锈蚀等因素而产生预应力损失,且有部分工程已经或即将达到服役年限,加之90年代之前传感技术不发达,边(滑)坡锚索工程未安装有传感器或传感器已失效,在役的锚索预应力损失成为了各大边坡锚索工程的重大隐患。
目前,在役锚索预应力检测的方法有反拉法、弹性波法、X射线法、超声波法、电阻率法以及磁导率法,反拉法是检测在役锚索预应力损伤应用最广泛的一种手段,但在实际工程应用中发现,反拉法存在一定的缺陷,现场发现千斤顶较为笨重,对于高位的锚索体难以攀升,同时需求至少3个工程技术人员,而二次张拉会对索体产生损伤甚至导致索体被拉断的情况,这些缺陷要求更为简便、节省人工、无损的检测方法;弹性波法、X射线法、超声波法、电阻率法均对裸露在外的钢绞线测量有效,而对于深埋在地下的锚索则无法实现。
另外,中国专利公布号103048066A公开了一种边坡锚索预应力状态监测方法,公开日为2013-04-17,该方法包括如下步骤,第一步,确定检测用磁通传感器的激励线圈匝数和电流;第二步,对待测边坡锚索和检测用磁通传感器进行拉力试验,确定拉力与磁导率之间的关系;第三步,在待测边坡锚索上安装设计好的磁通传感器;第四步,在计算机中对第三步磁通传感器传出的数据进行监控分析,实时监测锚索预应力。在实际应用中,其还存在如下不足:该磁通传感器的接收线圈和激励线圈均位于中部,若将该磁通传感器套于钢绞线上,激励线圈产生的磁场致使钢绞线产生磁导率变化,磁导率信号由接收线圈输出,然后转换为电压信号,由此测得锚索预应力。但对于在役锚固工程,锚孔浇筑后钢绞线锚固于地下,磁通传感器无法套于钢绞线上,因此,只能从锚头位置测量锚索预应力。但对于该圆筒式传感器,测量时锚头部分仅位于传感器的端部,而接收线圈和激励线圈均位于中部,激励线圈形成的磁场虽然可以使锚头铁磁性材料磁导率发生改变,但由于接收线圈位于中部,无法输出磁信号,因此,预应力也难以输出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题,提供一种在役锚索预应力的检测方法。本发明能够实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种在役锚索预应力的检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
a、在对在役锚索预应力检测前,先在室内对磁通量传感器进行标定;
b、在现场在役锚索预应力检测前,选择内径大于锚具外径的磁通量传感器,并将外锚头的混凝土凿除清理干净;将磁通量传感器一端套于外锚头上,次级线圈长度覆盖锚具,再连接磁弹仪;
c、磁弹仪将检测到的电压积分值转换为预应力测量值。
所述步骤a中的标定过程如下:
a1)选择与现场工程相同的锚具尺寸和根数,并获取现场锚索的预应力设计值;
a2)准备与锚具尺寸对应的磁通量传感器和磁弹仪;
a3)在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器、锚具、标准传感器;
a4)将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定,并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪输出的电压积分值;
a5)反测第一级力值,与标准传感器进行比较,修改零值使测量力值与标准传感器一致,记录零值、测量的电压积分值和力值;
a6)反测第七级力值,与标准传感器进行比较,修改空载值使测量力值与标准传感器一致,记录空载值、测量的电压积分值和力值;
a7)根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合,将拟合得到的参数输入到磁弹仪内。
所述步骤c中,对单个锚头测量3次,取其平均值作为最终的预应力值。
所述磁通量传感器包括初级线圈、次级线圈、外壳、隔离壳、内壳和密封圈,外壳、初级线圈、隔离壳、次级线圈和内壳从外至内依次设置,外壳两端通过密封圈密封。
所述初级线圈由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体,初级线圈的外径等于外壳的内径,内径等于次级线圈的外径,初级线圈的长度等于整个磁通量传感器的长度。
所述次级线圈由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体,次级线圈与初级线圈之间设置圆筒状隔离壳。
所述次级线圈长度为整个磁通量传感器的1/3,且大于锚具的厚度。
所述外壳为圆筒状,厚度为0.5~1cm。
所述内壳为圆筒状,长度与磁通量传感器长度相同。
所述密封圈为圆环状,外半径等于外壳的内径,内半径等于内壳的内径。
采用本发明的优点在于:
一、本发明中,无需对锚固体进行开挖,仅在锚头部位放置磁通传感器便可测量锚索预应力,提供的在役锚索预应力检测方法,实现了无损检测。
二、本发明提供的传感器质量轻,一般在10kg~20kg,检测仪器仅5kg,仅需2人操作,相比目前市场上最有效的反拉法测量锚索预应力,千斤顶重达50kg以上,需要油泵等重型设备,同时需要4人方能完成检测,由此可见,本发明提供的锚索预应力检测方法经济投入更少。
三、本发明检测单个锚固体预应力从安装到检测仅需5分钟,而对于反拉法,从安装、调试以及多级反拉,则需要1小时以上,因此,本发明提供的锚索预应力检测方法检测效率更高。
四、本发明采用磁致伸缩原理,该原理对于铁磁性材料的应力测量精度高达95%以上,对于锚头复合体铁磁性材料完全适用,因此本发明提供的锚索预应力检测方法检测精度较高。
五、本发明适用于在役锚固工程锚头位置的锚索预应力的检测工程,具有传感器轻便、测量精度高、检测效率高、经济投入小、无损检测等特点。
六、本发明针对铁磁性材料特性,采用磁致伸缩原理,可以用于锚头位置测量,实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。
附图说明
图1为本发明磁通量传感器纵剖面图;
图2为本发明磁通量传感器横剖面图;
图3为本发明磁通量传感器检测预应力示意图;
图4为本发明磁通量传感器检测位置示意图。
图中标记为:1、锚索,2、磁通量传感器,3、锚具,4、外锚头,5、次级线圈,6、磁弹仪,7、初级线圈,8、外壳,9、隔离壳,10、内壳,11、密封圈,12、混凝土,13、夹片。
具体实施方式
实施例1
一种在役锚索预应力的检测方法,包括如下步骤:
a、在对在役锚索1预应力检测前,先在室内对磁通量传感器2进行标定;
b、在现场在役锚索1预应力检测前,选择内径大于锚具3外径的磁通量传感器2,并将外锚头4的混凝土凿除清理干净;将磁通量传感器2一端套于外锚头4上,磁通量传感器2的次级线圈5长度覆盖锚具,再连接磁弹仪6;
c、磁弹仪6将检测到的电压积分值转换为预应力测量值。
所述步骤a中的标定过程如下:
a1)选择与现场工程相同的锚具尺寸和根数,并获取现场锚索的预应力设计值;
a2)准备与锚具尺寸对应的磁通量传感器2和磁弹仪6;
a3)在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器2、锚具3、标准传感器;
a4)将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定,并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪输出的电压积分值;
a5)反测第一级力值,与标准传感器进行比较,修改零值使测量力值与标准传感器一致,记录零值、测量的电压积分值和力值;
a6)反测第七级力值,与标准传感器进行比较,修改空载值使测量力值与标准传感器一致,记录空载值、测量的电压积分值和力值;
a7)根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合,将拟合得到的参数输入到磁弹仪内。
上述涉及到的分为7级进行标定、修改、拟合、数据转换等,采用现有技术。
所述步骤c中,对单个锚头测量3次,取其平均值作为最终的预应力值。
所述磁通量传感器2包括初级线圈7、次级线圈5、外壳8、隔离壳9、内壳10和密封圈11,外壳8、初级线圈7、隔离壳9、次级线圈5和内壳10从外至内依次设置,外壳8两端通过密封圈11密封。
所述初级线圈7由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体,初级线圈7的外径等于外壳8的内径,内径等于次级线圈5的外径,初级线圈7的长度等于整个磁通量传感器2的长度。
所述次级线圈5由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体,次级线圈5与初级线圈7之间设置圆筒状隔离壳9。
所述次级线圈5长度为整个磁通量传感器2的1/3,且大于锚具3的厚度。
所述外壳8为圆筒状,厚度为0.5~1cm。
所述内壳10为圆筒状,长度与磁通量传感器2长度相同。
所述密封圈11为圆环状,外半径等于外壳8的内径,内半径等于内壳10的内径。
实施例2
本实施例结合附图,对本发明做进一步说明。
本发明适用于在役锚固工程锚头位置的锚索预应力的检测工程。
本发明磁通量传感器为圆筒式,由初级线圈7、次级线圈5、外壳8、隔离壳9、内壳10以及密封圈11组成(图1、图2)。
初级线圈7由铜丝缠绕成圆筒状,然后采用胶粘结形成整体,初级线圈7的外径等于外壳8的内径,内径等于次级线圈5的外径,初级线圈7的长度等于整个磁通量传感器2的长度。
次级线圈5同样由铜丝缠绕成圆筒状,然后采用胶粘结形成整体,次级线圈5与初级线圈7之间采用隔离壳9进行隔离,隔离壳9为聚乙烯材质,同样为圆筒状。
次级线圈5位于磁通量传感器2的端部,长度约为整个磁通量传感器2的1/3,且大于锚具3的厚度。
外壳8为圆筒状,厚度约0.5~1cm,材质为碳素钢,外壳8具有屏蔽外界磁场的作用,防止初级线圈7和次级线圈5磁场漏磁。
内壳10为圆筒状,位置在磁通量传感器2最内侧,长度与磁通量传感器2长度相同,材质为聚乙烯材料。
密封圈11为圆环状,外半径等于外壳8的内径,内半径等于内壳10的内径,具有封堵两端线圈外露的作用,材质为聚乙烯材料。
本发明的检测对象是在役锚固工程的锚头(图3、图4),锚头由混凝土12、锚具3、夹片13和钢绞线组成,通过对锚头复合体磁导率的检测测量锚索的预应力值。
在对在役锚索预应力检测前,应事先在室内对传感器进行标定,标定过程如下:
1)选择与现场工程相同的锚具尺寸和根数,并获取现场锚索的预应力设计值;
2)准备与锚具尺寸对应的磁通量传感器和磁弹仪;
3)在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器、锚具、标准传感器等;
4)将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定,并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪输出的电压积分值;
5)反测第一级力值,与标准传感器进行比较,修改零值使测量力值与标准传感器尽量一致,记录零值、测量的电压积分值和力值;
6)反测第七级力值,与标准传感器进行比较,修改空载值使测量力值与标准传感器尽量一致,记录空载值、测量的电压积分值和力值;
7)然后根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合,将拟合得到的参数输入到磁弹仪内,以便用于野外在役锚索预应力的测量。
在现场在役锚索预应力检测前,选择内径略大于锚具外径的磁通量传感器2,并将锚头的混凝土12凿除清理干净;将磁通量传感器2一端套于锚头上,次级线圈5长度覆盖锚具3,连接磁弹仪6,准备测试。
接通磁弹仪6的电源,磁弹仪6会根据检测到的电压积分值自动转换为预应力测量值,通常单个锚头应测量3次,取其平均值作为最终的预应力值。
本发明的原理如下:
(1)外锚头4去除混凝土覆盖层后,为锚具3、夹片13和钢绞线构成的复合型铁磁材料,当铁磁材料受到力的作用时,在它的内部发生应变,从而产生应力,使得磁导率发生变化,根据磁致伸缩原理,铁磁材料应力与磁导率具有良好的线性关系。
(2)磁通量传感器2由初级和次级两层线圈组成,当在初级线圈的两端加一个交流激励信号,就会产生一个随时间而变化的交变磁场,并且根据法拉第电磁感应定律,当锚头收到交变磁场的激励,在次级线圈5中就会产生一个感生电动势,此感生电动势可被磁弹仪转换为电压信号,信号经过处理后变为电压积分值输出,从而实现磁导率到电压变化再到预应力的转换。
Claims (10)
1.一种在役锚索预应力的检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
a、在对在役锚索预应力检测前,先在室内对磁通量传感器(2)进行标定;
b、在现场在役锚索预应力检测前,选择内径大于锚具(3)外径的磁通量传感器(2),并将外锚头(4)的混凝土(12)凿除清理干净;将磁通量传感器(2)一端套于外锚头(4)上,次级线圈(5)长度覆盖锚具(3),再连接磁弹仪(6);
c、磁弹仪(6)将检测到的电压积分值转换为预应力测量值。
2.根据权利要求1所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述步骤a中的标定过程如下:
a1)选择与现场工程相同的锚具(3)尺寸和根数,并获取现场锚索(1)的预应力设计值;
a2)准备与锚具(3)尺寸对应的磁通量传感器(2)和磁弹仪(6);
a3)在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器(2)、锚具(3)、标准传感器;
a4)将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定,并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪(6)输出的电压积分值;
a5)反测第一级力值,与标准传感器进行比较,修改零值使测量力值与标准传感器一致,记录零值、测量的电压积分值和力值;
a6)反测第七级力值,与标准传感器进行比较,修改空载值使测量力值与标准传感器一致,记录空载值、测量的电压积分值和力值;
a7)根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合,将拟合得到的参数输入到磁弹仪(6)内。
3.根据权利要求2所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述步骤c中,对单个锚头测量3次,取其平均值作为最终的预应力值。
4.根据权利要求3所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述磁通量传感器(2)包括初级线圈(7)、次级线圈(5)、外壳(8)、隔离壳(9)、内壳(10)和密封圈(11),外壳(8)、初级线圈(7)、隔离壳(9)、次级线圈(5)和内壳(10)从外至内依次设置,外壳(8)两端通过密封圈(11)密封。
5.根据权利要求4所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述初级线圈(7)由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体,初级线圈(7)的外径等于外壳(8)的内径,内径等于次级线圈(5)的外径,初级线圈(7)的长度等于整个磁通量传感器(2)的长度。
6.根据权利要求5所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述次级线圈(5)由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体,次级线圈(5)与初级线圈(7)之间设置圆筒状隔离壳(9)。
7.根据权利要求6所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述次级线圈(5)长度为整个磁通量传感器(2)的1/3,且大于锚具(3)的厚度。
8.根据权利要求7所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述外壳(8)为圆筒状,厚度为0.5~1cm。
9.根据权利要求8所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述内壳(10)为圆筒状,长度与磁通量传感器(2)长度相同。
10.根据权利要求9所述的在役锚索预应力的检测方法,其特征在于:所述密封圈(11)为圆环状,外半径等于外壳(8)的内径,内半径等于内壳(10)的内径。
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