CN114252183B - 既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法，属于土木工程中的预应力测量技术领域，包括混凝土结构体和有粘结预应力筋，所述有粘结预应力筋和所述混凝土粘结一体设置，第一应变片，所述有粘结预应力筋上至少粘结有一片第一应变片并沿预应力方向粘结；碳纤维片，所述有粘结预应力筋表面粘贴所述碳纤维片，所述碳纤维片粘接在与所述切割装置相对的一侧；所述碳纤维片预补强所述有粘结预应力筋；第二应变片，所述第二应变片粘结在所述碳纤维片上并沿预应力方向粘结。本发明具有既能精确测量预应力数值，又不会过大的削弱预应力筋强度的测量方式的优点。

Description

既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程中的预应力测量技术领域，更具体的说，本发明介绍一种采用碳纤维片先加固后应力释放来检测在役有粘结预应力筋应力值的方法。

背景技术

预应力结构中预应力值的大小直接关系到结构的服役状态和安全运营，在结构的长期使用中，预应力会随着服役的时间和发展而损失，预应力筋中的应力值会逐渐减少。在结构的性能评价和改造加固过程中，需要对预应力筋中的应力值进行测定以确定当下的预应力值状态，从而更好的确定结构的性能。

对于无粘结预应力结构，目前已经具有比较成熟的测定预应力的方法，比如端部拉脱法。但是，对于有粘结预应力结构，目前还没有成熟可行的工程方法；如果测定的预应力值偏高，则会对结构的安全性产生影响，测定值偏低又会造成资源浪费。

工程上通常采用应力释放法作为有粘结预应力的测定方法，一般采用混凝土应力释放法或普通钢筋的应力释放，通过释放普通钢筋或者混凝土中的应力，利用变形协调推算预应力筋中的应力，是间接的测量方法，由于混凝土结构中存在复杂的应力应变关系，也没有直接测到有粘结预应力筋本身，因此测试结果不准确。直接释放预应力筋的应力，即，直接切断有粘结预应力筋的方式得到的直接应力值，所以测量的数值是准确的，但是由于应力释放会对预应力筋造成不可逆转的破坏，释放后可能对构件造成较大的破坏，不便于使用。因此，提供一种既可精确测量预应力数值，又不会过大削弱预应力筋强度的测量方式是本领域迫切需要解决的问题。

发明内容

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种预补强后释放的有粘结预应力筋应力值测量方法，既可以精确测量预应力数值，又不会过大削弱预应力筋的强度。

为了解决上述问题，本专利提供的技术方案包括：

既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法，所述既有结构包括混凝土结构体和有粘结预应力筋，所述有粘结预应力筋和所述混凝土结构体粘结一体设置；第一应变片，所述有粘结预应力筋上至少粘贴有一片第一应变片并沿预应力方向粘贴；切割装置，所述切割装置设置在所述有粘接预应力筋上方，至少部分切割所述有粘结预应力筋；碳纤维片，所述有粘结预应力筋表面粘贴所述碳纤维片，所述碳纤维片粘贴在与所述切割装置相对的一侧；所述碳纤维片预补强所述有粘结预应力筋；第二应变片，所述第二应变片粘贴在所述碳纤维片上并沿预应力方向粘贴；应变仪，所述应变仪与所述第一应变片和第二应变片电连接，检测第一应变片和第二应变片的应变变化数值。

通过采用上述技术方案，所述切割装置至少部分切割所述有粘结预应力筋，并将所述碳纤维片粘贴在所述切割装置相对的一侧；所述测量方法既能精确测量预应力数值，又不会过大削弱预应力筋强度。

本发明的一种优选的具体实施方式，所述混凝土结构体包括剪力墙结构体、梁结构、板柱结构和筒体结构；所述有粘结预应力筋设置有多个并且均与所述混凝土结构体一体设置。

通过采用上述技术方案，所述混凝土结构体强度更强，部分切割所述有粘结预应力筋对所述混凝土结构体的强度削弱更小。

本发明的一种优选的具体实施方式，所述第一应变片粘贴在所述有粘结预应力筋的一端端部位置，所述第一应变片设置有两个，并分别粘贴在所述有粘结预应力筋的两个侧面上。

通过采用上述技术方案，所述第一应变片设置在端部并距离所述切割装置一定距离，测量到的应变数值更加准确。

本发明的一种优选的具体实施方式，所述碳纤维片剪切为10cm的长度，粘贴在所述有粘结预应力筋远离所述切割装置的一侧。

通过采用上述技术方案，所述碳纤维片预补强所述有粘结预应力筋，测量所述有粘结预应力筋的应力值后，不在拆除所述碳纤维片，能够弥补切割所带来的强度损失。

本发明的一种优选的具体实施方式，所述有粘结预应力筋表面粘贴所述第一应变片和所述第二应变片的部分涂抹热固性树脂，保护所述有粘结预应力筋。

通过采用上述技术方案，所述热固性树脂能够增强所述有粘结预应力筋的强度，弥补打磨所述有粘结预应力筋所带来的强度损失，一方面使测量数据更加准确，另一方面，使所述有粘结预应力筋的强度不会过大的削弱。

本发明的一种优选的具体实施方式，包括如下步骤：

S1：将所述有粘结预应力筋测点区域的混凝土结构体剔凿，剔除混凝土结构体后使裸露的所述有粘结预应力筋的长度大于等于30cm；

S2：在所述有粘结预应力筋的端部打磨有粘结预应力筋直到露出平整光滑的钢绞线表面，在钢绞线的相对称的侧面上沿预应力方向上、下表面粘贴两片所述第一应变片；

S3：在所述第一应变片10-20cm处设置切割装置；

S4：在所述切割装置相对一侧的所述有粘结预应力筋位置打磨有粘结预应力筋直到露出平整的钢绞线表面，在有粘结预应力筋露出钢绞线的位置涂抹热固性树脂，然后将所述碳纤维片粘贴在涂抹热固性树脂的位置，将所述第二应变片粘贴在所述有粘结预应力筋的碳纤维片上；

S5：将所述第一应变片和所述第二应变片与所述应变仪连接，并将所述应变仪的数值调零；

S6：使用切割装置切断所述有粘结预应力钢绞线的第一根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片的读数Δε_p1，再使用切割装置切断所述有粘结预应力钢绞线的第二根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片的读数Δε_p2，取两次应变数据的平均值作为有粘结预应力筋应变Δε_p，即：

S7：根据S6步骤测量得到的读数确定有粘结预应力筋应力值，计算公式如下：

其中，σ_p是预应力筋预应力大小，Δε_p为钢绞线变化应变，E_p为钢绞线弹性模量，A_p2为去除截断钢绞线后预应力筋总截面积，A_p1为一股钢绞线的横截面积，Δε_t为第二应变片测得的碳纤维变化应变，E_t为碳纤维弹性模量，A_t为碳纤维的横截面积；

S8：拆除所述有粘结预应力筋和第二应变片，在碳纤维片表面再涂抹一侧热固性树脂，干燥后，使用原混凝土标号或高一级标号的混凝土将剔凿的混凝土修补完整。

通过采用上述技术方案，实施上述测量方法，测量的预应力数值更准确，对预应力筋的强度削弱更小。

本发明的一种优选的具体实施方式，对于梁结构，剔凿位置选在1/4-1/3跨度位置处。

通过采用上述技术方案，对于梁结构，一方面避开了梁的端部的变形，防止测量的预应力数值不准确，另一方面，避免了选在跨的正中间位置，防止对梁的强度造成过大的影响。

本发明具有以下有益效果：直接测量有粘结预应力筋的应力值，测量的数据更准确，部分切割所述有粘结预应力筋，不会过大的削弱预应力筋的强度，减少因切割造成混凝土结构体的强度损失过大；采用预补强的方式进行测量，一方面，可以弥补因打磨造成有粘结预应力筋的强度损失，避免测量数据过小而使得在后期改造加固过程中的过度加固，从而避免资源浪费；另一方面，所述碳纤维片测试结束后不拆除，并且测试结束后所述有粘结预应力筋表面涂抹热固性树脂，保护所述有粘结预应力筋，也能防止过大的削弱所述有粘结预应力筋的强度。

附图说明

图1为本发明的一种预补强后释放的有粘结预应力筋应力值测量装置示意图；

图2为本发明的一种预补强后释放的有粘结预应力筋应力值测量装置的预应力筋切槽剖面图。

附图标记说明：1、混凝土结构体；2、第一应变片；3、切割装置；4、有粘结预应力筋；5、碳纤维片；6、第二应变片；7、一股钢绞线的横截面积；8、去除截断钢绞线后有粘结预应力筋总截面积。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。

本具体实施方式提供的既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法，是用于测量既有结构的有粘结预应力筋的应力值测量装置。通常采用应力释放法作为有粘结预应力的测定方法，通过释放普通钢筋或者混凝土中的应力，利用变形协调推算预应力筋中的应力，是间接的测量方法，测量的数据不准确；通过直接切断有粘结预应力筋的方式得到的直接应力值，所以测量的数值是准确的，但是这样会对有粘结预应力筋造成不可逆转的破坏，释放后会对构件造成较大的破坏。因此，提供一种即可精准测量预应力值，又不会过大削弱预应力强度的测量方式是现有技术中面临的主要困难。

在本具体实施方式中，主要的发明构思包括将在役混凝土结构体1剔凿，使裸露的所述有粘结预应力筋4的长度大于等于30cm，在所述有粘结预应力筋4表面粘结第一应变片2，在第一应变片2附近架设切割装置3，在所述切割装置3相对的一侧，所述有粘结预预应力筋4表面粘结所述碳纤维片5，将第二应变片6粘结在所述碳纤维片5上，并将所述第一应变片2和所述第二应变片6与所述应变仪电连接，通过所述切割装置3切割钢绞线的1-2根钢丝，检测第一应变片2和第二应变片6的应变变化数值，并通过推导计算得出有粘结预应力筋4的应力值。上述测量方法既能准确测量预应力数值，又不会过大的削弱有粘结预应力筋强度。为此本具体实施方式中提供了以下具体实施例。

实施例1

本实施例提供了既有结构预补强后释放的有粘结预应力值测试方法，参照图1至图2，所述既有结构包括混凝土结构体1和有粘结预应力筋4，所述有粘结预应力筋4和所述混凝土结构体1粘结一体设置。

具体的说，所述有粘结预应力筋4是将预应力筋先放置在混凝土结构体1的预留孔道中，张拉锚固后通过灌浆而与周围的混凝土粘结一体设置，使有粘结预应力筋4与周围的混凝土紧密结合在一起，提高了混凝土结构体1的强度；所述混凝土结构体1中设置有多个有粘结预应力筋4，所述有粘结预应力筋4均放置在预留孔道中，张拉锚固后通过灌浆而与周围的混凝土粘结一体设置，极大的提高了混凝土结构体1的强度。

所述混凝土结构体1包括剪力墙结构体、梁结构、板柱结构和筒体结构；所述有粘结预应力筋4设置有多个并且均与所述混凝土结构体1一体设置。所述混凝土结构体1的强度更强，部分切割所述有粘结预应力筋4对所述混凝土结构体1的强度削弱更小。

所述有粘结预应力筋4上至少粘贴有一片第一应变片2并沿预应力方向粘贴。具体的说，所述第一应变片2粘贴在所述有粘结预应力筋4的一端端部位置并沿预应力方向粘贴。能够为切割装置3的架设预留一定的空间，使切割位置3与所述第一应变片2间隔一定距离，测量的数据更加准确。

优选的，在本具体实施例中，所述第一应变片2设置为两个，并分别粘贴在所述有粘结预应力筋4的相对称的两个侧面上。通过测量所述有粘结预应力筋4的两侧的应变数值，测量的结果更直接也更准确。

进一步的，所述第一应变片2为电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，所述第一应变片2与应变仪电连接，应变仪能够检测到电阻变化，并通过控制电路计算得出应变变化。

所述切割装置3设置在所述有粘结预应力筋4一侧，至少部分切割所述有粘结预应力筋4。具体的说，所述切割装置3可以为火焰切割机、等离子切割机或者激光切割机，切割速度快，节约测量时间；但是且速度过快导致切割厚度不易控制，容易多切或少切，使得测量数据不准。在本实施例中所述切割装置3优选为手动金属切割机，切割速度能够根据测试人员的需要而控制，不会因切割速度过快而控制不准造成多切，进而过大的削弱有粘结应力筋4的强度，并且测量的应力值数据也比较准确。

通过采用切割装置3切割部分所述有粘结预应力筋4，既能保证所述有粘结预应力筋4的强度不会过大的削弱，又能精确测量预应力数值。

所述有粘结预应力筋4表面粘贴所述碳纤维片5，所述碳纤维片5粘贴在与所述切割装置3相对的一侧。具体的说，所述碳纤维片5剪切为10cm的长度，粘贴在所述有粘结预应力筋4上与所述切割装置3切割片相对的一侧，即所述有粘结预应力筋4上背离所述切割装置3的一侧。所述碳纤维片5粘贴在所述有粘结预应力筋4表面能够起到预补强的作用，即释放的时候有一部分力值直接转移到碳纤维上，测量的结果也是完整的。另外，有粘结预应力筋4应力值测量完成后，所述碳纤维片5保持在所述有粘结预应力筋4上，能够保护有粘结预应力筋4，加强有粘结预应力筋4的强度。

所述第二应变片6粘贴在所述碳纤维片5上并沿预应力方向粘贴，即所述第二应变片6测量切割位置的所述有粘结预应力筋4粘结的所述碳纤维片5的应变值。根据碳纤维片的应变值、碳纤维片的弹性模量和碳纤维片的横截面积以及第一应变片测量的有粘结预应力筋的应变变化、有粘结预应力筋的弹性模量和去除截断钢绞线后有粘结预应力筋总截面积8还有一股钢绞线的横截面积7；再通过公式

计算得出预应力筋的应力大小。

优选的，所述有粘结预应力筋4表面粘贴所述第一应变片2和所述第二应变片6的部分涂抹热固性树脂，保护所述有粘结预应力筋4。具体的说，所述热固性树脂为聚酯树脂、酚醛树脂和呋喃树脂，上述热固性树脂刚性大、硬度高、不易燃，作为增强材料能够很好的保护所述有粘结预应力筋。在本具体实施例中，所述热固性树脂优选为环氧树脂，所述环氧树脂附着力强，粘结在金属表面不易脱落，所述环氧树脂还具有刚性大硬度高等优点，粘结在所述有粘结预应力筋表面能够增强有粘结预应力筋4的强度，预补打磨有粘结预应力筋4表面而造成的有粘结预应力筋4的强度降低；防止由此造成的测量有粘结预应力筋4应力值偏低；进而防止在后期改造加固过程中过度加固而造成资源浪费。

实施例2

本实施例提供了既有结构预补强后释放的有粘结预应力筋应力值测量方法，参照图1至图2，所述测量方法包括如下步骤：

S1：将所述有粘结预应力筋4测点区域的混凝土结构体剔凿，剔除结构体后使裸露的所述有粘结预应力筋的长度大于等于30cm；

S2：在所述有粘结预应力筋4的端部打磨有粘结预应力筋直到露出平整光滑的钢绞线表面，在钢绞线的相对称的侧面上沿预应力方向上、下表面粘贴两片所述第一应变片2；

S3：在所述第一应变片10-20cm处设置切割装置；

S4：在所述切割装置相对一侧的所述有粘结预应力筋4位置打磨有粘结预应力筋4直到露出平整的钢绞线表面，在有粘结预应力筋4露出钢绞线的位置涂抹热固性树脂，然后将所述碳纤维片5粘贴在涂抹热固性树脂的位置，将所述第二应变片6粘贴在所述有粘结预应力筋4的碳纤维片5上；

S5：将所述第一应变片2和所述第二应变片6与所述应变仪连接，并将所述应变仪的数值调零；

S6：使用切割装置3切断所述有粘结预应力筋4钢绞线的第一根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片的读数Δε_p1，再使用切割装置3切断所述有粘结预应力筋4钢绞线的第二根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片2的读数Δε_p2，取两次应变数据的平均值作为有粘结预应力筋应变Δε_p，即：

S7：根据S6步骤测量得到的读数确定有粘结预应力筋应力值，计算公式如下：

其中，σ_p是预应力筋预应力大小，Δε_p为钢绞线变化应变，E_p为钢绞线弹性模量，A_p2为去除截断钢绞线后有粘结预应力筋总截面积8，A_p1为一股钢绞线的横截面积7，Δε_t为第二应变片测得的碳纤维变化应变，E_t为碳纤维弹性模量，A_t为碳纤维的横截面积；

S8：拆除所述有粘结预应力筋4和第二应变片6，在碳纤维片5表面再涂抹一侧热固性树脂，干燥后，使用原混凝土标号或高一级标号的混凝土将剔凿的混凝土修补完整。

对于梁结构，剔凿位置选在1/4-1/3跨度位置处；对于梁结构越靠近跨中的位置，所述预应力筋的应力值越稳定，但是截断所述有粘结预应力筋4造成的影响也越大；另外，梁的端部位置，有粘结预应力筋4也会发生变形，应力值也不稳定。选在1/4-1/3跨度位置处剔凿所述混凝土结构体1即能够避开变形的位置，又能够选在尽量靠近跨中位置处；从而使得测量的应力值数据值准确可靠。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.既有结构预补强后释放的有粘结预应力钢绞线应力测量装置，所述既有结构包括混凝土结构体(1)和有粘结预应力钢绞线(4)，所述有粘结预应力钢绞线(4)和所述混凝土结构体(1)粘结一体设置，其特征在于；

第一应变片(2)，所述有粘结预应力钢绞线(4)上至少粘贴有一片第一应变片(2)并沿预应力方向粘贴；

切割装置(3)，所述切割装置(3)设置在所述有粘结预应力钢绞线(4)一侧，至少部分切割所述有粘结预应力钢绞线(4)，所述切割装置(3)切断所述有粘结预应力钢绞线(4)中的第一根钢丝和第二根钢丝；

碳纤维片(5)，所述有粘结预应力钢绞线(4)表面粘贴所述碳纤维片(5)，所述碳纤维片(5)粘贴在与所述切割装置(3)相对的一侧；所述碳纤维片(5)预补强所述有粘结预应力钢绞线(4)；

第二应变片(6)，所述第二应变片(6)粘贴在所述碳纤维片(5)上并沿预应力方向粘贴；

应变仪，所述应变仪与所述第一应变片(2)和第二应变片(6)电连接，检测第一应变片(2)和第二应变片(6)的应变变化数值；所述切割装置(3)切断所述第一根钢丝时，记录此时所述应变仪中第一应变片(2)的读数，所述切割装置(3)切断所述第二根钢丝时，记录此时所述应变仪中第一应变片(2)的读数，取两次应变数据的平均值作为有粘结预应力钢绞线的应变。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于；所述混凝土结构体(1)包括剪力墙结构体、梁结构、板柱结构和筒体结构；

所述有粘结预应力钢绞线(4)设置有多个并且均与所述混凝土结构体(1)一体设置。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于；所述第一应变片(2)粘贴在所述有粘结预应力钢绞线(4)的一端端部位置，所述第一应变片(2)设置有两个，并分别粘贴在所述有粘结预应力钢绞线(4)的两个侧面上。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于；所述碳纤维片(5)剪切为10cm的长度，粘贴在所述有粘结预应力钢绞线(4)远离所述切割装置(3)的一侧。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于；所述有粘结预应力钢绞线(4)表面粘贴所述第一应变片(2)和所述第二应变片(6)的部分涂抹热固性树脂，保护所述有粘结预应力钢绞线(4)。

6.一种预补强后释放的有粘结预应力钢绞线应力值测量方法，其特征在于；所述方法采用如权利要求1-5中任一项所述的测量装置实现，所述方法包括如下步骤：

S1：将所述有粘结预应力钢绞线(4)测点区域的混凝土结构体(1)剔凿，剔除混凝土结构体(1)后使裸露的所述有粘结预应力钢绞线(4)的长度大于等于30cm；

S2：在所述有粘结预应力钢绞线(4)的端部打磨有粘结预应力钢绞线(4)直到露出平整光滑的钢绞线表面，在钢绞线的相对称的侧面上沿预应力方向上、下表面粘贴两片所述第一应变片；

S3：在所述第一应变片10-20cm处设置切割装置(3)；

S4：在所述切割装置相对一侧的所述有粘结预应力钢绞线(4)位置打磨有粘结预应力钢绞线(4)直到露出平整的钢绞线表面，在有粘结预应力钢绞线(4)露出钢绞线的位置涂抹热固性树脂，然后将所述碳纤维片(5)粘贴在涂抹热固性树脂的位置，将所述第二应变片(6)粘贴在所述有粘结预应力钢绞线(4)的碳纤维片(5)上；

S5：将所述第一应变片(2)和所述第二应变片(6)与所述应变仪连接，并将所述应变仪的数值调零；

S6：使用切割装置(3)切断所述有粘结预应力钢绞线(4)中的第一根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片的读数Δε_p1，再使用切割装置(3)切断所述有粘结预应力钢绞线(4)中的第二根钢丝，记录此时应变仪中第一应变片(2)的读数Δε_p2，取两次应变数据的平均值作为有粘结预应力钢绞线应变Δε_p，即：

S7：根据S6步骤测量得到的读数确定有粘结预应力钢绞线(4)应力值，计算公式如下：

其中，σ_p是预应力钢绞线预应力大小，Δε_p为钢绞线变化应变，E_p为钢绞线弹性模量，A_p2为去除包含截断的所述第一根钢丝和第二根钢丝后预应力钢绞线总截面积，A_p1为一股钢丝的横截面积，Δε_t为第二应变片测得的碳纤维片的变化应变，E_t为碳纤维片的弹性模量，A_t为碳纤维片的横截面积；

S8：拆除所述有粘结预应力钢绞线(4)和第二应变片(6)，在碳纤维片(5)表面再涂抹一侧热固性树脂，干燥后，使用原混凝土标号或高一级标号的混凝土将剔凿的混凝土修补完整。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于；对于梁结构，剔凿位置选在1/4-1/3跨度位置处。

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