CN113008432B - 一种有效应力检测方法及有效应力检测装置 - Google Patents

一种有效应力检测方法及有效应力检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有效应力检测方法及有效应力检测装置，有效应力检测装置包括张拉装置，张拉装置包括通过工具锚片、工具锚板对预应力筋进行向后张拉的张拉机构，张拉装置还包括使用时相对工作锚板固定设置的装置座，张拉机构设置于装置座上，装置座上还设置有用于检测张拉机构输出张拉力的力传感器，其特征在于：装置座上固定设置有传感器支座，传感器支座上设置有用于对工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋进行长度变化测量的位移传感器。本发明提供了一种在对预应力筋进行张拉，可以准确得到OA段与AB段拐点即有效应力值的有效应力检测方法及该有效应力检测方法中使用的有效应力检测装置。

Description

一种有效应力检测方法及有效应力检测装置
技术领域
本发明涉及预应力筋有效应力检测领域中的有效应力检测方法及有效应力检测装置。
背景技术
预应力施工工艺在公路水运中应用广泛，它是影响施工质量的关键因素。预应力施工的一般结构如图1所示：预应力筋6(通常为钢绞线)穿过相应混凝土4(或箱梁等部件)，预应力筋通过工作锚片2与锚板3相连，有效应力即指穿设于混凝土内的这一段预应力筋因弹性变形而产生的拉力，其等于锚板对锚片的挡止力，为方便说明问题，在本发明中将穿设于混凝土内的这一段预应力筋称为工作锚片内侧的预应力筋5，将穿设于混凝土外的这一段预应力筋称为工作锚片外侧的预应力筋1。
现有技术中通常采用反拉法来对有效应力进行检测，其过程为通过张拉装置对预应力筋的端部进行张拉，通过一个位移传感器记录张拉装置动作端的位移变化S，通过测力传感器记录张拉装置对预应力筋的作用力F，其中S与F的关系如图2所示：张拉机构在对预应力筋的端部张拉时，测力传感器显示的曲线大致分为三段，即OA段、AB段和DC段，OA为只有工作锚片外侧预应力筋参与张拉的第一阶段，DC为工作锚片外侧预应力筋和工作锚片内侧预应力筋均参与张拉的第三阶段，AB段是连接于第一阶段与第三阶段间的第二阶段，其中OA段表示张拉力F小于预应力筋的有效应力f1，只有工作锚片外侧的预应力筋参与张拉过程，AB段的起点A表示张拉力F与有效应力f1相同时，随后随着F的增加，工作锚片具有向外的移动趋势，工作锚片与锚板之间产生摩擦力 f2，F＝f1+f2，因此AB段的斜率大于OA段的斜率，在B点时，工作锚片与锚板脱离，f2消失，随后继续张拉过程中，工作锚片内侧的预应力筋也参与到张拉过程。
现有这种检测方法存在的问题在于：现有技术中，位是将该位移传感器设置于张拉装置的张拉装置动作端上，通过张拉装置动作端的位移变化来对应预应力筋的张拉长度变化，张拉装置动作端与预应力筋的连接关系通常也是通过工具锚片和工具锚板连接，也就是说张拉装置通过工具锚板对工具锚片张拉，工具锚片对预应力筋进行夹紧固定，从而实现对预应力筋的张拉，随着张拉力的增加，工具锚片的牙卡入预应力筋上越来越深(相当于工具锚片内缩)，工具锚片与工具锚板之间会产生相对滑移，这些滑移值构成一定的位移杂量，再加上张拉装置在张拉时自身也会产生一定的形变，该形变也会构成一定的位移杂量，这些位移杂量都会影响到位移传感器的读数，就会导致在OA段张拉过程中，位移传感器的读数并不能真正反应预应力筋的张拉长度变化，由于这些位移杂量的加入，使得图2中OA段不能形成稳定的位移-力值曲线，OA段不能以满足胡克定理的位移-力值曲线出现，从而导致OA段与AB段的拐A点不明确，导致无法准确得到准确的有效应力值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在对预应力筋进行张拉，可以准确得到OA段与AB段拐点即有效应力值的有效应力检测方法；本发明的目的还在于提供一种该有效应力检测方法中使用的有效应力检测装置。
为解决上述技术问题，本发明中有效应力检测装置的技术方案如下：
有效应力检测装置，包括张拉装置，张拉装置包括通过工具锚片、工具锚板对预应力筋进行向后张拉的张拉机构，张拉装置还包括使用时相对工作锚板固定设置的装置座，张拉机构设置于装置座上，装置座上还设置有用于检测张拉机构输出张拉力的力传感器，装置座上固定设置有传感器支座，传感器支座上设置有用于对工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋进行长度变化测量的位移传感器。
张拉机构为液压张拉机构，张拉机构包括轴向沿前后方向延伸的缸体，缸体内导向移动装配有活塞，工具锚板与所述活塞传动连接。
张拉机构为电动张拉机构，张拉机构包括电机和丝杠丝母机构，丝杠丝母机构包括能够前后直线动作的丝杠和与丝杠传动配合的丝母，丝母与电机传动连接，丝杠与所述工具锚板传动连接。
丝杠后端与装置座后端之间设置有轴线沿前后方向延伸的用于限制丝杆转动的，止转防尘波纹管。
传感器支座通过连接支架与装置座相连，连接支架包括沿前后方向延伸的支架纵梁，连接支架还包括前后间隔并列布置的前支架横梁和后支架横梁，前支架横梁、后支架横梁与支架纵梁构成U形结构，前支架横梁固定于装置座的前端，后支架横梁位于装置座的后侧。
本发明中有效应力检测方法的技术方案为：
一种有效应力检测方法，通过有效应力检测装置的张拉装置的张拉机构对预应力筋进行张拉，通过位移传感器检测工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋的长度变化，通过力传感器检测张拉过程中，张拉机构对预应力筋的张拉力，得到张拉过程中预应力筋的长度变化量与张拉力的关系图。
张拉机构为液压张拉机构，张拉机构包括轴向沿前后方向延伸的缸体，缸体内导向移动装配有活塞，工具锚板与所述活塞传动连接。
张拉机构为电动张拉机构，张拉机构包括电机和丝杠丝母机构，丝杠丝母机构包括能够前后直线动作的丝杠和与丝杠传动配合的丝母，丝母与电机传动连接，丝杠与所述工具锚板传动连接。
丝杠后端与装置座后端之间设置有轴线沿前后方向延伸的用于限制丝杆转动的，止转防尘波纹管。
传感器支座通过连接支架与装置座相连，连接支架包括沿前后方向延伸的支架纵梁，连接支架还包括前后间隔并列布置的前支架横梁和后支架横梁，前支架横梁、后支架横梁与支架纵梁构成U形结构，前支架横梁固定于装置座的前端，后支架横梁位于装置座的后侧。
本发明的有益效果为：本发明中，位移传感器检测工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋的长度变化，在对预应力进行张拉过程中，即使工具锚片产生内缩而与工具锚板之间产生相对滑移，位移传感器直接检测到的是预应力筋的长度变化，因此不会受到工具锚片、工作锚片相对滑移的影响，在张拉力小于预应力筋的有效应力前，工作锚片外侧的预应力筋的长度变化与力值关系图，遵循胡克定律，为一条斜率一致的斜线，因此可以准确的得到力值变化的拐点值，从而准确的获得有效应力值。
附图说明
图1是现有技术中预应力筋与工作锚片、工作锚板的配合示意图；
图2是现有技术中张拉过程中，位移传感器读数与力传感器读数的关系曲线图；
图3是本发明中有效应力检测装置的实施例1的结构示意图；
图4是实施例1中，试验1中其中一次位移传感器读数与力传感器读数的关系曲线图；
图5是实施例1中，试验2中其中一次位移传感器读数与力传感器读数的关系曲线图；
图6是实施例1中，试验3中其中一次位移传感器读数与力传感器读数的关系曲线图；
图7是本发明中有效应力检测装置的实施例2的结构示意图；
具体实施方式
有效应力检测装置的实施例1如图2～6所示：包括张拉装置，张拉装置包括装置座和通过工具锚片22、工具锚板23对预应力筋进行向后张拉的张拉机构，本实施例中的张拉机构为电动张拉机构，张拉机构包括电机11和丝杠丝母机构，丝杠丝母机构包括能够前后直线动作的丝杠19和与丝杠传动配合的丝母20，丝母20与电机传动连接，丝杠与工具锚板传动连接。具体的，丝母上同轴线固定有大齿轮15，电机的电机轴上固定有与大齿轮咬合传动的小齿轮12，大齿轮15、小齿轮12和丝母20设置于壳体罩13内，壳体罩13为装置座的一部分，壳体罩的后端固定有止转防尘波纹管17，大齿轮15与止转防尘波纹管17之间设置有后侧限位轴承16，装置座还包括前侧套筒8，丝母前端与前侧套筒之间顺次设置有前侧限位轴承21和力传感器10，本实施例中，力传感器为一个可以直接对力进行测量的测力传感器，止转防尘波纹管17的后端与丝杠19后端固定连接，止转防尘波纹管17既能起到防止灰尘进入轴承及壳体罩内侧的作用，又能起到限制丝杠转动的作用，这样当电机带动丝母转动时，丝母仅能转动而不能轴向移动，丝杠可以沿前后方向轴向移动而不能转动。
丝杠19的前端与工具锚板23固定连接，工具锚板23后侧的锥孔中设置有工具锚片22，工具锚片22内侧具有用于嵌入预应力筋外周的锚牙，工具锚板和工具锚片属于现有技术，其具体结构不再详述。图中项1表示工作锚板3外侧的预应力筋；项5表示工作锚板内侧的预应力筋。
装置座上固定设置有传感器支座18，传感器支座上设置有用于对工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋进行长度变化测量的位移传感器24。传感器支座通过连接支架与装置座相连，连接支架包括沿前后方向延伸的支架纵梁9，连接支架还包括前后间隔并列布置的前支架横梁7和后支架横梁14，前支架横梁、后支架横梁与支架纵梁构成U形结构，前支架横梁固定于装置座的前端，后支架横梁位于装置座的后侧。
使用时，将待张拉的预应力筋由前侧套筒、工具锚板、工具锚片和丝杠内穿过，电机通过丝母带动丝杠朝后直线移动，丝杠带动工具锚板朝后移动，随着张拉过程的进行，张拉力的增加，工具锚片上的锚牙会卡到预应力筋上越来越深，工具锚片的内缩，会导致工具锚板与工具锚片之间产生相对滑移，这个滑移距离经过测试，最多可达6mm，但是在本实施例中，由于位移传感器测量的是工具锚片后侧的预应力筋的长度变化，因此位移传感器的读数是真实的反应预应力的张拉长度，跟工具锚片、工具锚板之间的相对滑移无关，与装置座自身的受张拉产生的变形也无关，在张拉力小于预应力筋有效应力的这一段时间内，工作锚片外侧的预应力筋的张拉变形符合胡克定律的弹性变形规律，位移传感器可以测量工作锚片外侧的预应力筋的真实张拉长度，因此根据位移传感器的读数和力传感器的读数能够获得一个斜率稳定的曲线，如图4所示，OA 为只有工作锚片外侧预应力筋参与张拉的第一阶段，DC为工作锚片外侧预应力筋和工作锚片内侧预应力筋均参与张拉的第三阶段，AB段是连接于第一阶段与第三阶段间的第二阶段，其中OA段表示张拉力F小于预应力筋的有效应力f1，只有工作锚片外侧的预应力筋参与张拉过程，AB段的起点A表示张拉力F与有效应力f1相同时，随后随着F的增加，工作锚片具有向外的移动趋势，工作锚片与锚板之间产生摩擦力f2，F＝f1+f2，因此AB段的斜率大于OA段的斜率，在B点时，工作锚片与锚板脱离，f2消失，随后继续张拉过程中，工作锚片内侧的预应力筋也参与到张拉过程。由于没有了杂散位移值的影响，因此位移传感器可以测量工作锚片外侧预应力筋的真实张拉长度，OA段测量的位移传感器读数和力传感器读数就能够真实的反应这一阶段，因此得到的是一个斜率稳定的OA 段斜线，OA段与AB段的斜率拐点A点可以清晰的得到，因此可以准确的获得预应力筋的有效应力。
经过对比试验，直接测量工具锚板的位移来反应预应力筋的张拉长度，即试验1；直接测量工作锚片与工具锚片之间的预应力筋的张拉长度来反应预应力筋的整体张拉长度，即试验2；还有试验3，即本实施例中，通过检测工具锚片后侧的预应力筋的张拉长度来反应预应力筋的整体张拉长度。
试验1中位移传感器的读数受工具锚片、工作锚片的相对滑移影响，受装置座受压时的变形影响，因此无法真实的反应预应力筋的张拉长度；试验2中，工作锚片与工具锚片之间的预应力筋受张拉力影响，其自身直径会发生变化，也会影响位移传感器的读数，因此位移传感器也不能真实的反应预应力筋的张拉长度；只有试验3，即采取本实施例技术方案后，位移传感器才能真实的反应预应力筋的张拉长度。
图表示试验1中位移传感器读数与测力传感器读数的关系曲线；图表示试验2中位移传感器读数与测力传感器读数的关系曲线；图表示试验3中位移传感器读数与测力传感器读数的关系曲线。经过对比试验，可以清晰的看到，只有位移传感器检测工具锚片后侧的预应力筋长度变化时，即试验3时，位移传感器才能真实有效的反应工作锚片外侧预应力筋的张拉长度变化，OA段才是一段斜率稳定的斜线，因此OA段与AB的拐点比较清晰，可以准确的得到A所对应的力值，即预应力筋的有效应力。
上述三个试验在试验室获得的具体力值如下：
Figure BDA0002937279550000081
上述图标是在实验室中，试验1、试验2和试验3各进行三次，标准力值是指根据预应力筋的初始张拉长度计算出的准确有效应力值，平均误差和平均力值显示了张拉试验对有效力值检测准确性，可以看出，试验3的平均力值更接近标准力值。而最大力值与最小力值的差则显示了试验的波动范围，波动范围越小，则说明该试验更加有效，因为在真是桥梁的预应力筋张拉过程中，不允许进行多次张拉而获得平均值，因为多次张拉会造成工作锚片与预应力筋的连接失效，影响桥梁的安全使用，因此真正的张拉现场，只允许进行一次张拉来获得预应力筋的有效应力，从测量数据波动情况来看，试验1的波动范围最大，其在真实张拉环境中，最不可取，因为一次测量极有可能得到的是最不准确的测量值。
有效应力检测装置的实施例2如图7所示：实施例2与实施例1不同的是，张拉机构为液压张拉机构，张拉机构包括轴向沿前后方向延伸的缸体25，缸体内导向移动装配有活塞26，工具锚板23与所述活塞26传动连接。具体的活塞后端通过力传感器10连接有轴线沿前后方向延伸的空心传动杆27，空心传动杆的前端与工具锚板23固定连接。在本实施例中，力传感器仍为一个能够直接对张力进行测量的测力传感器，在本发明的其他实施例中，力传感器还可以是一个与缸体内腔相连的压力传感器，压力传感器测量得到缸体内液体的压强，通过压强换算得到张力机构的输出张力。
一种有效应力检测方法的实施例如图3、图6和图7所示，通过有效应力检测装置的张拉装置的张拉机构对预应力筋进行张拉，通过位移传感器检测工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋的长度变化，通过力传感器检测张拉过程中，张拉机构对预应力筋的张拉力，得到张拉过程中预应力筋的长度变化量与张拉力的关系图。如图6所示，则A点对应的力值F即为预应力筋的有效应力。该实施例中的有效应力检测装置与上述各有效应力检测装置实施中所述的有效应力检测装置相同，在此不再详述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.有效应力检测装置，包括张拉装置，张拉装置包括通过工具锚片、工具锚板对预应力筋进行向后张拉的张拉机构，张拉装置还包括使用时相对工作锚板固定设置的装置座，张拉机构设置于装置座上，装置座上还设置有用于检测张拉机构输出张拉力的力传感器，其特征在于：装置座上固定设置有传感器支座，传感器支座上设置有用于对工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋进行长度变化测量的位移传感器，张拉机构为电动张拉机构，张拉机构包括电机和丝杠丝母机构，丝杠丝母机构包括能够前后直线动作的丝杠和与丝杠传动配合的丝母，丝母与电机传动连接，丝杠与所述工具锚板传动连接，装置座包括壳体罩和前侧套筒，丝母设置于壳体罩内，力传感器设置于丝母前端与前侧套筒之间，丝杠的前端与工具锚板固定连接。
2.根据权利要求1所述的有效应力检测装置，其特征在于：丝杠后端与装置座后端之间设置有轴线沿前后方向延伸的用于限制丝杠转动的止转防尘波纹管。
3.一种使用如权利要求1所述的有效应力检测装置的有效应力检测方法，其特征在于：通过有效应力检测装置的张拉装置的张拉机构对预应力筋进行张拉，通过位移传感器检测工具锚片、工具锚板后侧的预应力筋的长度变化，通过力传感器检测张拉过程中，张拉机构对预应力筋的张拉力，得到张拉过程中预应力筋的长度变化量与张拉力的关系图。
4.根据权利要求3所述的有效应力检测方法，其特征在于：丝杠后端与装置座后端之间设置有轴线沿前后方向延伸的用于限制丝杠转动的止转防尘波纹管。
5.根据权利要求3或4所述的有效应力检测方法，其特征在于：传感器支座通过连接支架与装置座相连，连接支架包括沿前后方向延伸的支架纵梁，连接支架还包括前后间隔并列布置的前支架横梁和后支架横梁，前支架横梁、后支架横梁与支架纵梁构成U形结构，前支架横梁固定于装置座的前端，后支架横梁位于装置座的后侧。
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