预应力钢索张力测试仪

摘要

一种预应力钢索张力测试仪，包括：设置在支架座上两外端与支点座联接的支架、支点座上的支点、上联接板上外部套装有套管的上调节杆、上联接板上的夹子、支架座的下端与手柄联接的下调节杆，下调节杆与支架座下端之间设丝母，丝母与支座之间设轴承，设置在支架座内上端与上调节杆下端联接、下端与下调节杆的上端联接的负荷传感器，设置在负荷传感器上的下联接板、支架座内安装在传感器座上的上端与下联接板联接的位移传感器、通过电缆与负荷传感器和位移传感器相连接的测量仪表。可用于检测水泥混凝土制品中预应力钢索的张力、单根预应力钢索构件中线绕管和管道的初始预应力钢索的张力、桅杆和天线上的钢索张力、吊索以及高空传输钢索的张力。

说明书

技术领域

本发明属于测量力或应力的一般计量技术领域，具体涉及到测量预应力钢绞线的张力。

背景技术

我国公路干线上已经修建了大量的预应力混凝土桥梁，其中许多桥梁在投入运营后出现了因预应力钢索有效值不足而导致主梁跨中挠度过大，梁体开裂等病害现象。因此对于在役桥梁预应力钢索当前有效张力值实施专项检测及评价，其结果可作为技术处治决策的依据。同时，对于建设中的混凝土桥梁实施预应力钢索张力专项检测技术对于桥梁施工控制、全面了解桥梁结构性能、实现健康状况监测也具有重要的现实意义及工程实用价值。目前，对于斜拉桥、吊桥等索支撑结构及采用体外预应力体系桥梁的张力检测技术较为成熟，测试方法主要分为：液压测试法、锚下传感器测试法、静态应变测试法、弦振测试法、磁通量测试法及光纤传感器法等。这些测试方法中基于静力学原理测试预应力钢索张力的成套技术设备在桥梁检测领域的应用在国内还未有涉及，而在国外也处于研究阶段。

在建筑结构中采用静力学原理对于吊索及传输缆等空索结构张力的检测设备在国内和国外均有产品。专利号为89206987.2、实用新型名称为《钢索张力检测仪》的中国专利，采用横向顶压张拉钢索，由横向顶压力在一定挠度下计算出张拉钢索相应的纵向张拉力；瑞士PROCEQ公司生产的型号为SM55C1/SM150C1索力检测设备，也是采用静力平衡关系通过横向张拉钢索建立钢索纵向张力的计算方法用于单根预应力结构中线绕管和管道的初始预应力及桅杆和天线的索力检测。其测试索的最大直径为12.7mm，能够测试的最大初始应力为140KN。

采用先张或后张法建立预应力体系的大、中跨径混凝土梁桥，若采用静力学原理进行预应力钢索张力检测，直接应用上述成熟产品存在如下困难：

对于实桥群锚体系中最常见的单束预应力钢索均采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中规格为7股φ^s15.2预应力钢索，公称直径15.2mm，抗拉强度标准值f_pk为1860MPa，还有一部分规格为7股φ^s12.7预应力钢索，公称直径12.7mm，抗拉强度标准值f_pk为1860MPa。这种情况对张力测试仪两个支点及横向张拉断的构造尺寸提出了较高的要求。

采用群锚体系建立的预应力混凝土桥梁，各单根预应力钢索紧密地挤压在一起并紧贴波纹管内壁，在测试单根预应力钢索横向张力时首先须设法拔离单根预应力钢索并夹紧握裹从而实现横向张拉。

按照设计控制应力张拉的单根预应力钢索在横向达到明显位移，即2cm左右时，计入足够的安全系数，其横向张力在30KN以上，要求张力检测仪器各构造细节具有足够的强度。

预应力钢索周围有标号较高的水泥砂浆包裹，外层还有波纹管及密集的构造钢筋，需要在实桥检测应用中破损较小的范围。由于操作空间的限制及信号的干扰都给预应力有效值的量测带来较大困难，要求所采用的检测设备体积小、重量轻且具有足够的抗干扰性能。

在预应力混凝土结构中，当前迫切需要解决的技术问题是设计一种测量精度高、使用方便、成本低的预应力钢索张力测试仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述钢绞线预应力测试仪的缺点，提供一种检测速度快、所测数据准确、测量精度高、使用方便、成本低的预应力钢索张力测试仪。

解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括：设置在支架座上两外端与支点座联接的支架，设置在支点座上的支点，设置在上联接板上外部套装有套管的上调节杆，设置在上联接板上的夹子，设置在支架座的下端与手柄联接的下调节杆，下调节杆与支架座下端之间设置有丝母，丝母与支座下端之间设置有轴承，设置在支架座内上端与上调节杆下端联接、下端与下调节杆的上端联接的负荷传感器，设置在负荷传感器上的下联接板，设置在支架座内安装在传感器座上的上端与下联接板联接的位移传感器，它还包括有通过电缆与负荷传感器和位移传感器相连接的测量仪表。

本发明的夹子包括左夹板和右夹板以及联接轴，左夹板与右夹板用联接轴联接，左夹板的顶端内侧加工有齿，右夹板的顶端内侧加工有齿，左夹板的顶端内侧的齿与右夹板顶端内侧的齿交错排列，左夹板上部内侧加工有半径为4～10mm的半圆弧面，右夹板上部内侧加工有与左夹板上部半圆弧面相同的半圆弧面，左夹板与右夹板的下端设置在上联接板。本发明的支点为：压头与压头联接柱连或联为一体构成，压头联接柱设置在支点座上。

本发明的夹子和两个支点在同一水平面内。

本发明的压头的形状上部为锥体、下部为与锥体连为一体的柱体，压头的顶端加工有半径为4～20mm向下弯曲的圆弧面。

本发明的左夹板上部内侧半圆弧面和右夹板上部内侧半圆弧面的圆心线、两个压头的顶端圆弧面的圆心线在同一条直线上。

本发明的压头上部锥体的锥角α为45°～80°。

本发明的两个支点之间的距离为800～1000mm，夹子位于两个支点之间的中点。

本发明的支架包括上V形架和下V形架，上V形架和下V形架的内端设置在支架座上、外端相联接，支点座设置在上V形架和下V形架的外端，上V形架和下V形架在同一平面内。

本发明与现有的预应力钢索张力测试仪器相比，具有结构简单、体积小、重量轻、携带方便、检测速度快、所测数据准确、测量精度高等优点，可用于检测水泥混凝土制品中预应力钢索的张力、单根预应力钢索构件中线绕管和管道的初始预应力钢索的张力、桅杆和天线上的钢索张力、吊索以及高空传输钢索的张力。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是支点10的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是夹子1的结构示意图。

图6是夹子1的合拢示意图。

图7是图6的左视图。

图8是图5的A向视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

在图1、2中，本实施例的预应力钢索张力测试仪由夹子1、套管2、上联接板3、联接螺杆4、负荷传感器5、上V形架6、下V形架7、支点座8、销轴9、支点10、支架座11、压盖12、轴承13、丝母14、调节螺杆15、手柄16、传感器座17、位移传感器18、下联接板19、测量仪表20联接构成，上V形架6和下V形架7构成支架。

在支架座11上焊接有支架，本实施例的支架由上V形架6和下V形架7构成，上V形架6的内端用螺纹紧固联接件固定联接在支架座11上端的外侧面上，下V形架7的内端用螺纹紧固联接件固定联接在支架座11下端的外侧面上，上V形架6与下V形架7的外端焊接联接在一起，上V形架6和下V形架7在同一平面内，上V形架6和下V形架7的外端用螺纹紧固联接件各固定联接1个支点座8，支点座8上用销轴9固定联接安装有支点10，两个支点10之间的距离为800mm。上联接板3的中心位置通过螺纹联接有联接螺杆4，联接螺杆4为上调节杆的一个实施例，也可采用其它结构的调节杆，联接螺杆4的外部套装有套管2，上联接板3上通过螺纹紧固联接件固定联接有夹子1，夹子1与两个支点10应在同一个水平平面内，夹子1位于两个支点10之间的中点，夹子1用于将被测的预应力钢索夹持住，联接螺杆4的下端将下联接板19通过螺纹固定联接设置在支架座11内的负荷传感器5上。

在支架座11下端中心位置轴向安装有丝母14，丝母14与支架座11之间安装有轴承13，丝母14的上端用螺纹紧固联接件联接有压盖12，压盖12将轴承13固定在丝母14与支架座11之间，丝母14可在轴承13座内转动，在丝母14的中心位置通过螺纹联接安装有调节螺杆15，调节螺杆15为下调节杆的一个实施例，也可采用其它结构的调节杆。调节螺杆15的上端通过螺纹与负荷传感器5联接，负荷传感器5用于测试预应力钢索所承受的力，负荷传感器5将所接收到预应力钢索所承受的力信号转换成电信号输出。调节螺杆15的下端安装有手柄16，转动手柄16，调节螺杆15转动，实现对预应力钢索施加力。在支架座11内焊接联接安装有传感器座17，传感器座17上安装有位移传感器18，位移传感器18的上端用螺纹紧固联接件与下支板联接，位移传感器18用于测试预应力钢索的位移，位移传感器18将所接收到预应力钢索的位移信号转换成电信号输出。本发明还包括测量仪表20，测量仪表20通过电缆与负荷传感器5和位移传感器18相连接，测量仪表20将负荷传感器5和位移传感器18输出的预应力钢索所施加力的电信号和预应力钢索位移电信号显示出被测预应力钢索的张力以及位移。也可将负荷传感器5和位移传感器18通过A/D转换器与微处理机或计算机相连接，微处理机或计算机按事先设定的程序进行计算，显示出计算结果。

在图3、4中，本实施例的支点10由压头联接柱10-1、压头10-2构成。压头10-2与压头联接柱10-1连为一体，压头联接柱10-1安装在支点座8上，用销轴9将支点10安装在支点座8上，本实施例压头10-2的形状上部为四棱锥体、下部为与四棱锥体连为一体的四棱柱，四棱锥体的锥角α为60°，压头10-2的顶端加工有半径为10mm向下弯曲的圆弧面。这种形状结构支点10，可克服测量一根预应力钢索与其它几根预应力钢索的干涉，支点10可以夹持直径为4～20mm的钢索，按照不同直径的钢索更换压头10-2顶端不同半径向下弯曲圆弧面的支点10，保证支撑稳定可靠。

在图5～8中，本实施例的夹子1由左夹板1-1、联接轴1-2、右夹板1-3联接构成。左夹板1-1与右夹板1-3用联接轴1-2铰接，左夹板1-1的顶端内侧加工有3个齿，右夹板1-3的顶端内内侧加工有2个齿，左夹板1-1顶端内侧的齿与右夹板1-3顶端内侧的齿交错排列，左夹板1-1与右夹板1-3合拢时，左夹板1-1顶端内侧的齿与右夹板1-3顶端内侧的齿相啮合，左夹板1-1上部内侧加工成半径为10mm的半圆弧面，右夹板1-3上部内侧加工成半径为10mm的半圆弧面，左夹板1-1与右夹板1-3合拢后，左夹板1-1上部内侧的半圆弧面与右夹板1-3上部内侧的半圆弧面构成直径φ为20mm的内圆圈，左夹板1-1上部内侧半圆弧和右夹板1-3上部内侧半圆弧面的圆心线、两个压头的顶端圆弧面的圆心线在同一条直线上，在检测预应力钢索的张力时，将预应力钢索夹持住。左夹板1-1和右夹板1-3的下部加工有螺纹，左夹板1-1和右夹板1-3的下部安装在上联接板3上后用螺纹紧固联接件固定联接在上联接板3上。

实施例2

本实施例的两个支点10之间的距离为900mm，夹子1位于两个支点10之间的中点。支点10的压头10-2的形状上部为四棱锥体、下部为与四棱锥体连为一体的四棱柱，四棱锥体的锥角α为45°，压头10-2顶端加工有半径为4mm向下弯曲的圆弧面。夹子1的左夹板1-1上部内侧加工有半径为4mm的半圆弧面，右夹板1-3上部内侧加工有半径为4mm的半圆弧面。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例的两个支点10之间的距离为1000mm，夹子1位于两个支点10之间的中点。支点10的压头10-2的形状上部为四棱锥体、下部为与四棱锥体连为一体的四棱柱，四棱锥体的锥角α为80°，压头10-2顶端加工有半径为20mm向下弯曲的圆弧面。夹子1的左夹板1-1上部内侧加工有半径为8mm的半圆弧面，右夹板1-3上部内侧加工有半径为8m的半圆弧面。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例4

在以上的实施例1～3中，本实施例压头10-2的形状上部为圆锥体、下部为与圆锥体连为一体的圆柱体，圆锥体的上端加工有圆弧面，圆弧面的半径与相应的实施例相同。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

本发明的工作原理如下：

测试预应力钢索张力时，将被测的预应力钢索放置在支架外端的支点10上，并将预应力钢索的中间部位夹持在夹子1上，反时针旋转手柄16，调节螺杆15向下移动，将预应力钢索向下拉，对预应力钢索施加力。与夹子1联接的负荷传感器5和位移传感器18能同时接收到预应力钢索的拉力和位移转换成电信号输出到测量仪表20，测量仪表20显示出被测预应力钢索的张力。

为了验证本发明的有益效果，申请人采用本发明实施例1制备的预应力钢索张力测试仪委托试验单位进行了试验，各种试验情况如下：

送检产品：预应力钢索张力测试仪

产品名称：预应力钢索张力测试仪

产品型号：LCZL-50

送检单位：长安大学

生产厂家：长安大学、西安力创计量仪器有限公司

送检日期：2007.6.13

检测仪器：SYTZ-1000型静载锚固试验机，由柳州欧维姆机械股份有限公司生产；TDS-602多通道静态测试仪由日本生产，YDC-260Q-200型穿心千斤顶由柳州海维姆建筑机械股份有限公司生产，CHBT荷重传感器由安徽省蚌埠市天光测控仪表厂生产，2000型标准负荷测量仪由柳州海维姆建筑机械股份有限公司生产，ZB4-500型电动油泵由柳州海维姆建筑机械股份有限公司，CYL-300型应变式测力传感器由安徽省蚌埠市天光测控仪表厂生产，DEWE-3010动态测试分析仪由奥地利生产，电容式加速度传感器由美国生产，电荷放大器由丹麦生产，单根钢绞线锚具及配套夹片西北锚具厂生产。

试验方法：

在静载锚固试验机上，对3束直径为15.24mm预应力钢绞线分3组，应用本发明进行测试。采用分级模拟钢束张力的试验方案，张力分级为20、60、100、120、140、160、180、200KN，共八级，在各级张力下对预应力钢绞线上加一横向荷载，随着横向荷载的加大，横向位移也随之增大。当横向位移一定的情况下，横向荷载与预应力之间近似为正比关系。将本发明架设在钢绞线上，调整支点间距L为80cm，在横向位移差分别为5、10、15mm工况下，单根钢绞线横向张力和横向位移进行分级检测。

试验数据见表1。

表1基础试验数据

  第  一  组  测  试  值横向位移5mm横向位移10mm  横向位移15mm  横向位移20mm横向力(kN)张力分级(kN)横向力(kN)张力分级(kN)横向力(kN)张力分级(kN)横向力(kN)张力分级(kN)  0.22  20  0.87  20  1.70  20  2.67  20  0.42  60  2.04  60  4.10  60  6.14  60  0.57  100  3.08  100  6.34  100  9.69  100  0.61  120  3.66  120  7.42  120  11.28  120  0.65  140  4.21  140  8.35  140  12.68  140  0.68  160  4.72  160  9.48  160  14.32  160  0.71  180  5.12  180  10.43  180  15.99  180  0.74  200  5.77  200  11.64  200  17.72  200

续表1基础试验数据

  第  二  组  测  试  值    横向位移5mm    横向位移10mm    横向位移15mm    横向位移20mm    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    0.31  20    0.81  20    1.62  20    2.51  20    0.41  60    1.88  60    4.29  60    6.33  60    0.49  100    2.91  100    6.72  100    10.01  100    0.65  120    3.71  120    7.84  120    11.54  120    0.68  140    3.85  140    8.44  140    12.73  140    0.68  160    4.12  160    9.56  160    14.30  160    0.73  180    5.37  180    11.08  180    16.43  180    0.81  200    5.89  200    11.66  200    17.85  200  第  三  组  测  试  值    横向位移5mm    横向位移10mm    横向位移15mm    横向位移20mm    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    横向力    (kN)  张力分级  (kN)    0.24  20    0.81  20    1.66  20    2.61  20    0.43  60    1.94  60    3.94  60    5.66  60    0.50  100    2.81  100    6.50  100    9.82  100    0.61  120    3.36  120    7.46  120    11.40  120    0.65  140    3.79  140    8.41  140    12.70  140    O.70  160    5.23  160    10.20  160    14.68  160    O.75  180    5.25  180    10.23  180    15.85  180    0.83  200    5.62  200    11.82  200    17.80  200

通过试验数据分析得出特定位移下的横向荷载与张力分级的比例系数，对试验中测得的参数——横向力ΔT以及横向位移Δδ用下式：

$F=K_1\frac{\mathrm{\ΔTl}}{4\mathrm{\Δ\δ}}+K_2---\left(1\right)$

式中K1为0.8866，K₂为-13.384，F为纵向预拉力(kN)，ΔT为两级横向力差(kN)，l为钢绞线长度(本发明两支点10之间长度mm)；Δδ-两级横向位移差(mm)。计算出预应力钢绞线在各工况下的张力值。

测试和计算结果见表2。

表2采用本发明检测预应力钢绞线的对比试验结果

  张力分级(KN)  20  60 100 120  140  160  180  200  第  一  组张力值  16.11  59.67 102.46 120.77  137.36  158.17  175.69  193.14相对误差(％)  -19.50  0.55 2.46 0.64  -1.88  -1.14  -2.39  -3.43  第  二  组张力值  21.02  58.96 104.95 123.23  139.56  158.95  184.19  205.74相对误差(％)  5.10  -1.73 4.95 2.69  -0.31  -0.66  2.32  2.87  第  三  组张力值  18.57  59.32 103.71 122.00  138.48  158.56 179.94  199.36相对误差(％)  -7.17  -1.14 3.71 1.67  -1.09  -0.90  -0.03  -0.32

注：预应力混凝土桥梁单根钢绞线设计张拉控制力，其常规使用范围为120KN～200KN。

检测结论：钢绞线张力在20kN以下时测试结果相对误差偏大，在张力处于120KN～200KN使用范围时，其相对误差均在3％以内，并且满足随张力的增大而误差减小的规律，表明该张力测试仪测试结果满足要求。