CN209580015U - 一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，涉及混凝土预制构件后张拉技术领域，其技术方案包括设置在预应力混凝土结构中的多根普通钢绞线和至少一根智能钢绞线；所述智能钢绞线按照所述普通钢绞线的方式进行设置；该装置还包括液压张拉装置和锚固体系。本实用新型采用智能钢绞线少量代替普通钢绞线，在后张预应力张拉过程中，优先张拉智能钢绞线，通过智能钢绞线的测试数据在现场实地反推出液压张拉装置的张拉控制值。而后采用该液压张拉装置控制值进行其余普通钢绞线的张拉，从而实现后张预应力张拉过程的精细化控制。此外，该控制装置具有无需增加其他的施工工艺，操作方便的优点。

Description

一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置

技术领域

本实用新型涉及混凝土预制构件后张拉技术领域，特别涉及一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置。

背景技术

预应力混凝土结构是由钢筋混凝土结构演变而来，二战后重建为了弥补钢材短缺的问题，预应力混凝土技术首先在欧洲各国得到广泛的应用，而后在世界范围内迅速发展起来。预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。时至今日，预应力混凝土技术已经从应用于轨枕、电杆、压力管道等简单构件，发展应用于高层、高耸、大跨、重载与抗震结构、土木工程、能源工程、海洋工程、海洋运输等许多新领域。

预应力技术的核心是在混凝土预制板等预应力结构中施加符合设计要求的有效预应力。现阶段对预应力钢筋或钢绞线进行张拉时，对施加的有效预应力的控制指标主要有两个。一个指标是通过提前计算张拉控制力，当张拉达到该控制力时，停止张拉；另一个指标是张拉过程中钢绞线的伸长值。

由于预应力技术中最关心的是张拉结束后预应力结构预应力保有度为多少，现有方法主要是通过理论计算和预估计损失来确定张拉控制力，而理论的计算，无法将现场张拉设备和锚固系统等多方面的影响因素考虑在内，因此施工过程中，预应力精度难以把控。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其优点是能够在钢绞线的后张拉过程中对预应力进行更加精细化的控制。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：包括设置在预应力混凝土结构中的多根普通钢绞线和至少一根智能钢绞线；所述智能钢绞线按照所述普通钢绞线的方式进行设置；该装置还包括液压张拉装置和锚固体系。

通过上述技术方案，根据普通钢绞线在混凝土结构中的特点以及布设确定智能钢绞线的数量，在后张预应力张拉过程中，首先张拉智能钢绞线，使智能钢绞线的预应力值与设计值相同，通过智能钢绞线的测试数据在现场计算出液压张拉装置的张拉控制值，然后根据该液压张拉装置的张拉控制值对其余的普通钢绞线进行张拉，从而能够实现后张预应力张拉过程的精细化控制，且在整个过程中无需增加其他的施工工艺，操作简单方便，对钢绞线的有效预应力进行准确的把握，从而提高混凝土结构的抗压性能，减小变形，增大刚度。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线内部设置有监测光纤光栅传感器。

通过上述技术方案，在张拉智能钢绞线的过程中，监测光纤光栅传感器能够测量预应力钢绞线的应力，并且能够实时监测钢绞线的应力状态，从而计算出液压张拉控制值，然后根据该数值对其他普通钢绞线进行张拉，实现后张预应力张拉过程中的精细化控制，从而使混凝土结构的抗性有所提高，减小了混凝土结构承受荷载后的弯曲程度。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线内部设置有温度补偿光纤光栅传感器。

通过上述技术方案，由于监测光纤光栅传感器对温度较为敏感，在该装置长期应用过程中温度会产生一定的变化，而温度补偿光纤光栅传感器能够测试后张预应力张拉精细化控制装置的温度，因此在计算张拉控制值时可剔除温度补偿光纤光栅传感器的数值，使最终计算的张拉控制值更加的准确，实现对预应力更加精细化的控制。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线包括用于对信号进行传输的信号传输光纤，所述信号传输光纤从锚头处随着所述智能钢绞线自然引出。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线还包括光纤光栅纤维增强复合传感筋和多根边丝，所述光纤光栅纤维增强复合传感筋位于中心，围绕光纤光栅纤维增强复合传感筋缠绕的多根边丝扭绞成型，所述光纤光栅传感器贯穿所述光纤光栅纤维增强复合传感筋的轴向。

通过上述技术方案，光纤光栅纤维增强复合传感筋代替了普通钢绞线中丝，光纤光栅纤维增强复合传感筋的强度与钢材接近，因此其兼具受力与传感特性，集结构材料和功能材料于一体，并且其具有轻质、高强、耐蠕变、耐疲劳以及耐腐蚀等优异性能，容易加工成型，能够实现对钢绞线有效预应力的实时把握，实用性较强，操作简单方便。

本实用新型进一步设置为：所述温度补偿光纤光栅传感器通过中空金属管与光纤光栅纤维增强复合传感筋进行隔离。

通过上述技术方案，将温度补偿光纤光栅传感器通过中空金属管与光纤光栅纤维增强复合传感筋进行隔离，能够使得温度补偿光纤光栅传感器不与光纤光栅纤维增强复合传感筋协同变形，实现该温度补偿光纤光栅传感器仅测试该精细化控制装置的温度。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线和所述普通钢绞线外覆盖有相同的防腐剂和/或PE护套材料。

通过上述技术方案，在智能钢绞线和普通钢绞线上覆盖防腐剂或者PE护套材料，能够有效的防止智能钢绞线和普通钢绞线在长时间的使用过程中被腐蚀，提高智能钢绞线和普通钢绞线的耐久性，延长智能钢绞线和普通钢绞线的使用寿命。

本实用新型进一步设置为：所述预应力混凝土结构为预制板、预制柱、预制梁、预制管道、预制桩或预制枕木。

本实用新型进一步设置为：所述智能钢绞线和所述普通钢绞线共同构成整个预应力混凝土结构的受力体系。

通过上述技术方案，智能钢绞线和普通钢绞线同样承担所施加的预应力，且其所受到的预应力张拉控制值相同，提高预应力混凝土结构的抗裂性，使预应力混凝土结构在正常使用的情况下不开裂或开裂的较晚，减小变形，增大刚度。

本实用新型进一步设置为：所述锚固体系包括锚具和锚垫板。

通过上述技术方案，智能钢绞线和普通钢绞线的端部通过锚垫板与混凝土结构相连接，锚具将锚垫板和智能钢绞线或者普通钢绞线进行固定，该锚固体系均为现有成型产品，不需要为智能钢绞线额外增加施工工艺和设备。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过设置的智能钢绞线以及液压张拉装置，使智能钢绞线的预应力值与设计值相同，通过智能钢绞线的测试数据在现场计算出液压张拉装置的张拉控制值，然后根据该液压张拉装置的张拉控制值对其余的普通钢绞线进行张拉，从而能够实现后张预应力张拉过程的精细化控制，且在整个过程中无需增加其他的施工工艺，操作简单方便，提高混凝土结构的抗压性能，减小变形，增大刚度；

2、通过设置的温度补偿光纤光栅传感器，能够更加准确的剔除温度的影响，更加真实的反映出智能钢绞线所负担的预应力大小，从而得到更准确的张拉控制值，实现后张预应力张拉过程的精细化控制；

3、通过在智能钢绞线和普通钢绞线上覆盖防腐剂或者PE护套材料，能够有效的防止智能钢绞线和普通钢绞线在长时间的使用过程中被腐蚀，提高智能钢绞线和普通钢绞线的耐久性，延长智能钢绞线和普通钢绞线的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为体现智能钢绞线的结构示意图；

图3为体现监测光纤光栅传感器和温度补偿光纤光栅传感器设置的示意图。

附图标记：1、混凝土结构；2、普通钢绞线；3、智能钢绞线；31、光纤光栅传感器；311、监测光纤光栅传感器；312、温度补偿光纤光栅传感器；32、光纤光栅纤维增强复合传感筋；33、边丝；34、中空金属管；35、信号传输光纤；4、锚固体系；41、锚具；42、锚垫板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例：一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，如图1所示，包括设置在预应力混凝土结构1中的多根普通钢绞线2和至少一根智能钢绞线3，预应力混凝土结构1为预制板、预制柱、预制梁、预制管道、预制桩或预制枕木。根据普通钢绞线2在混凝土结构1中的特点以及布设确定智能钢绞线3的数量，该实施例中采用一根智能钢绞线3。智能钢绞线3按照和普通钢绞线2相同的方式进行设置，即通过同条件位置的智能钢绞线3代换普通钢绞线2。该精细化控制装置还包括液压张拉装置（图中未画出）和锚固体系4。智能钢绞线3和普通钢绞线2共同构成整个预应力混凝土结构1的受力体系。

智能钢绞线3以及普通钢绞线2的的端部通过锚固体系4与混凝土结构1相连接，锚固体系4包括锚具41和锚垫板42，智能钢绞线3和普通钢绞线2的端部通过锚垫板42与混凝土结构1相连接，锚具41将锚垫板42和智能钢绞线3或者普通钢绞线2进行固定。

在后张预应力张拉过程中，首先张拉智能钢绞线3，使智能钢绞线3的预应力值与设计值相同，记录下该工况下液压张拉装置的张拉值；然后根据该液压张拉装置的张拉控制值对其余的普通钢绞线2进行张拉，使普通钢绞线2的张拉值与智能钢绞线3的张拉值相等，从而能够实现后张预应力张拉过程的精细化控制。

由于采用智能钢绞线3记录下来的张拉值，更精准地考虑了现场张拉设备、锚固体系、施工环境、施工人员等影响因素，所以相当于对张拉装置和锚固体系4进行了一次更准确的预标定。该张拉值相比背景技术中理论计算得出的张拉控制值更加准确，因此提高了有效预应力的控制精度，从而提高混凝土结构1的抗压性能，减小了变形，增大了刚度。

此外，由于该方案是在不增加原有预应力张拉施工的张拉设备、锚固体系、施工工艺的基础上进行的，无需增加其他的施工工艺，所以具有操作简单高效的优点。

如图2所示，智能钢绞线3包括光纤光栅传感器31和光纤光栅纤维增强复合传感筋32，光纤光栅传感器31贯穿光纤光栅纤维增强复合传感筋32的轴向。在光纤光栅纤维增强复合传感筋32的外壁还设置有多根边丝33（可以是六根），光纤光栅纤维增强复合传感筋32位于中心，六根边丝33围绕光纤光栅纤维增强复合传感筋32缠绕扭绞成型，边丝33可以是普通高强钢丝。

光纤光栅纤维增强复合传感筋32代替了普通钢绞线2中丝，光纤光栅纤维增强复合传感筋32的强度与钢材接近，因此其兼具受力与传感特性，集结构材料和功能材料于一体，并且其具有轻质、高强、耐蠕变、耐疲劳以及耐腐蚀等优异性能，容易加工成型，能够实现对钢绞线有效预应力的实时把握，实用性较强，操作简单方便。

如图3所示，光纤光栅传感器31包括监测光纤光栅传感器311。监测光纤光栅传感器311能够测量预应力钢绞线的应力，并且能够实时监测智能钢绞线3的应力状态，监测光纤光栅传感器311与光纤光栅纤维增强复合传感筋32为一体结构，因此，监测光纤光栅传感器311和光纤光栅纤维增强复合传感筋32协同变形。

在张拉智能钢绞线3的过程中，根据监测光纤光栅传感器311所测量出的预应力钢绞线的应力，从而计算出液压张拉控制值，然后根据该数值对其他普通钢绞线2进行张拉，实现后张预应力张拉过程中的精细化控制，从而使混凝土结构1的抗性有所提高，减小了混凝土结构1承受荷载后的弯曲程度。

如图3所示，由于监测光纤光栅传感器311对温度较为敏感，在该装置长期应用过程中温度会产生一定的变化，可能会影响所张拉控制值的测量，因此，光纤光栅传感器31还包括温度补偿光纤光栅传感器312。温度补偿光纤光栅传感器312能够测试后张预应力张拉精细化控制装置的温度，因此在计算张拉控制值时可剔除温度补偿光纤光栅传感器312的数值，使最终计算的张拉控制值更加的准确，实现对预应力更加精细化的控制。

温度补偿光纤光栅传感器312不与光纤光栅纤维增强复合传感筋32协同变形，因此温度补偿光纤光栅传感器312不与光纤光栅纤维增强复合传感筋32之间不相接触。在温度补偿光纤光栅传感器312的外壁上套设有一中空金属管34，中空金属管34将温度补偿光纤光栅传感器312与光纤光栅纤维增强复合传感筋32隔离开来，实现该温度补偿光纤光栅传感器312仅测试该精细化控制装置的温度。

智能钢绞线3包括用于对信号进行传输的信号传输光纤35，信号传输光纤35从锚头处随着智能钢绞线3自然引出。

智能钢绞线3和普通钢绞线2外覆盖有相同的防腐剂和/或PE护套材料。防腐剂或者PE护套材料，能够有效的防止智能钢绞线3和普通钢绞线2在长时间的使用过程中被腐蚀，提高智能钢绞线3和普通钢绞线2的耐久性，延长智能钢绞线3和普通钢绞线2的使用寿命。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：包括设置在预应力混凝土结构(1)中的多根普通钢绞线(2)和至少一根智能钢绞线(3)；所述智能钢绞线(3)按照所述普通钢绞线(2)的方式进行设置；该装置还包括液压张拉装置和锚固体系(4)；

所述智能钢绞线(3)还包括光纤光栅纤维增强复合传感筋(32)和多根边丝(33)，所述光纤光栅纤维增强复合传感筋(32)位于中心，围绕光纤光栅纤维增强复合传感筋(32)缠绕的多根边丝(33)扭绞成型，监测光纤光栅传感器(311)和温度补偿光纤光栅传感器(312)贯穿所述光纤光栅纤维增强复合传感筋(32)的轴向；

所述智能钢绞线(3)和所述普通钢绞线(2)共同构成整个预应力混凝土结构(1)的受力体系。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述智能钢绞线(3)内部设置有监测光纤光栅传感器(311)。

3.根据权利要求2所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述智能钢绞线(3)内部设置有温度补偿光纤光栅传感器(312)。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述智能钢绞线(3)包括用于对信号进行传输的信号传输光纤(35)，所述信号传输光纤(35)从锚头处随着所述智能钢绞线(3)自然引出。

5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述温度补偿光纤光栅传感器(312)通过中空金属管(34)与纤维增强复合传感筋进行隔离。

6.根据权利要求5所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述智能钢绞线(3)和所述普通钢绞线(2)外覆盖有相同的防腐剂和/或PE护套材料。

7.根据权利要求1所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述预应力混凝土结构(1)为预制板、预制柱、预制梁、预制管道、预制桩或预制枕木。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征是：所述锚固体系(4)包括锚具(41)和锚垫板(42)。