一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置及其测试方法

摘要

本发明涉及一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置及其测试方法，所述测试装置包括可紧套于预应力筋上的第一固定件和第二固定件、和多个沿周向分布且连接第一固定件与第二固定件的应变拉件，每个应变拉件上粘贴有多个应变片，多个应变片通过导线连接形成电桥，多个应变拉件上的应变片通过导线与应变仪连接。所述测试方法利用上述测试装置进行测量。本发明的测试装置，可安装在体外预应力筋的任意外露可安装部位进行测量，通过在应变拉件上设置多个以特定的电桥电路连接的应变片，提高了放大系数和灵敏度，方便且实用性高。同时，可以进行整体多方向测试，直接测出预应力筋各方向应力不均匀数值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置及其测试方法。

背景技术

随着体外预应力在桥梁结构的新建项目与加固项目的广泛应用，结构的承载能力很大程度上依赖于张拉施加预应力锚固后预应力筋留存的应力，即锚下预应力。那么在体外预应力筋张拉至最终锚固完成的整个过程的预应力筋的实际应力是体外预应力效果的关键参数。

目前锚下预应力的常见检测方法有反拉法，如申请号为200910191142.X的发明专利，公开了一种锚索锚下预应力的反拉检测方法，然而这种方法只适用于测量预应力筋两端，不适用于对体外预应力筋的其他部位的测量，也不适用于体外预应力筋张拉过程的应力测试，目前还没有方便实用的测试装置及测试方法来测量预应力筋张拉至锚固过程的预应力筋应力值。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种方便实用的预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置，可用于测量体外预应力筋的任意外露可安装部位，同时还提供一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试方法。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置，包括可紧套于预应力筋上的第一固定件和第二固定件、和多个沿周向分布且连接第一固定件与第二固定件的应变拉件，每个应变拉件上粘贴有多个应变片，多个应变片通过导线连接形成电桥，多个应变拉件上的应变片通过导线与应变仪连接。

进一步地，所述第一固定件包括第一固定套和设置在所述第一固定套外的第一锁紧件，所述第一固定套由多个圆弧形环体组成，第一锁紧件用于限制第一固定套径向移动，所述圆弧形环体可沿轴向移动。

进一步地，所述第二固定件包括第二固定套和设置在第二固定套外的第二锁紧件，所述第二固定套由两个半圆形环体组成，第二锁紧件用于限制半圆形环体轴向与径向移动。

进一步地，所述半圆形环体的外周面设有环形凸起，所述第二锁紧件内周面具有与所述凸起相适应的凹陷，所述第一锁紧件和第二锁紧件为卡箍。

进一步地，所述圆弧形环体和半圆形环体的内周面分别开有与预应力筋外表面相适应的第一凹槽和第二凹槽。

进一步地，所述应变拉件外设有保护层。

本发明还提供了一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试方法，利用上述的预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置，包括以下步骤：

1)测试准备阶段：包括装置标定、仪器检测和预应力筋外观检测，其中所述装置标定用于确定预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置的输出应变值与预应力筋的实际应变值之间一定相关关系的标定值；

2)测试装置安装、调试及测试阶段：包括测试装置安装、导线仪器连接、测试装置调试、稳定性观测、张拉至锚固全过程测试，其中张拉至锚固全过程包括加载速率控制、观察、测试数据采集和记录；

3)后期数据处理阶段：预应力筋的有效应变按以下公式计算：

——预应力筋上某一测点的有效应变；

n——应变拉件的数量；

Δε_k——某一应变拉件上测得的预应力筋在该应变拉件所在方向上的有效应变；

考虑环境温度的影响、预应力筋不均匀穿束以及现场安装引起的非线性应变，Δε_k由以下公式获得：

Δε_k＝ε_k-ε₀-ε_pk-ε_t

ε_k——某一应变拉件上测得的实际应变值；

ε₀——初始应变；

ε_pk——测试载荷作用下测量的某一应变拉件上测得的预应力筋在该应变拉件所在方向上的非线性应变修正值；

ε_t——测点实测值的应变温度修正量；

其中，ε_pk可以通过加载过程荷载-应变曲线计算获得，计算公式如下：

ε_k′＝Kσ_k′+ε_pk

其中，σ_k'、ε_k'为某一应变拉件上实测的预应力筋在该应变拉件所在方向上的应力、应变值，K为根据实测的荷载-应变曲线而拟合得到的直线的斜率；

预应力筋张拉应力与锚下应力由公式得到，其中E为预应力筋的弹性模量。

本发明的有益效果：本发明的一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置及其测试方法，可安装在体外预应力筋的任意外露可安装部位进行测量，通过在应变拉件上设置多个以特定的电桥电路连接的应变片，提高了放大系数和灵敏度，方便且实用性高。同时，可以进行整体多方向测试，直接测出预应力筋各方向应力不均匀数值。

附图说明

图1为本发明的测试装置的结构示意图；

图2为图1中的A向视图；

图3为图1中的B向视图；

图4为图3中的C-C断面图；

图5为本发明的原理框图；

图6为载荷-应变曲线图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1-4，本发明提供一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置，包括可紧套于预应力筋上的第一固定件1和第二固定件2、和多个沿周向分布且连接第一固定件1与第二固定件2的应变拉件3，第一固定件1和第二固定件2整体成环状结构，优选第一固定件1和第二固定件2具有类似卡箍的结构，以便可以套在预应力筋的任意外露可安装位置处。应变拉件3的数量以三个或四个为宜，本实施例优选四个，每个应变拉件3上粘贴有多个应变片4，多个应变片4通过导线5连接形成电桥，从而可以提高放大系数和灵敏度。优选应变拉件3的两端分别与第一固定件1和第二固定件2的外周面固定连接，从而每个应变拉件3上有足够的位置粘贴应变片4。应变拉件3由弹性材料制成，从而可随着预应力筋的拉伸而伸长。为保护应变拉件3在使用中不被损坏，在应变拉件3外设有保护层，例如在应变拉件3外涂覆树脂进行整体封装保护。多个应变拉件3上的应变片4通过导线5与应变仪6连接。该结构的测试装置，既方便又实用性，在施工张拉过程至锚固过程均可以测试应力值，绝对量和增量都可以测量。同时还可以进行整体多方向测试，直接测出预应力筋各方向应力不均匀数值

作为上述方案的进一步改进，如图2所示，所述第一固定件1包括第一固定套11和设置在所述第一固定套11外的第一锁紧件12，所述第一固定套11由多个圆弧形环体111组成，圆弧形环体111的数量与应变拉件3的数量一致，且每个应变拉件3的一端与一个圆弧形环体111连接，由上一实施例可知，本实施例中圆弧形环体111的数量为四个，因此每个圆弧形环体111的弧度为π/2，第一锁紧件12用于限制第一固定套11径向移动，从而四个圆弧形环体111固定在预应力筋上，圆弧形环体111可沿轴向移动，即两相邻的圆弧形环体111之间可以沿轴向发生一定错动，这是由于沿周向均布的多个预应力筋沿拉伸方向的拉伸应力是不均匀的，从而会产生沿拉伸方向的错动，而该错动的距离很小，一般只有几十微米到几百微米，这样的错动距离可以通过应变片4测出来。通过对预应力筋整体多方向测试，可以直接测出预应力筋各方向应力不均匀数值，不均匀数值—即不均匀系数，通过该系数判断预应力筋是否均匀受力，判断是否存在预应力筋卡住，断丝，预应力筋本身缺陷等，如果不均匀系数超出正常值，需做进一步检查检测，判断寻找造成不合理受力原因。

作为上述方案的进一步改进，如图3所示，所述第二固定件2包括第二固定套21和设置在第二固定套21外的第二锁紧件22，所述第二固定套21由两个半圆形环体211组成，第二锁紧件22用于限制半圆形环体211轴向与径向移动。该结构的第二固定件2与第一固定件1配合，可以套在预应力筋上任意外露可安装部位，以便测量。

作为上述方案的进一步改进，如图2、3所示，所述半圆形环体211的外周面设有环形凸起213，所述第二锁紧件22内周面具有与所述凸起相适应的凹陷，以7芯预应力筋为例，相应的凹陷就有6个，所述第一锁紧件12和第二锁紧件22为卡箍，从而可方便地对第一固定套11和第二固定套21锁紧。

作为上述方案的进一步改进，如图4所示，所述圆弧形环体111和半圆形环体211的内周面分别开有与预应力筋外表面相适应的第一凹槽112和第二凹槽221。第一固定件1和第二固定件2安装在预应力筋上牢固、稳定。

本发明实施例还提供了一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试方法，如图5所示，利用上述测量装置，包括以下步骤：

1)测试准备阶段：包括装置标定、仪器检测和预应力筋外观检测，其中所述装置标定用于确定预应力筋张拉应力与锚下应力装置的输出应变值与预应力筋的实际应变值之间一定相关关系的标定值，该标定值与每个应变拉件上的多个应变片的布置方式有关，当然同一个测试装置上的每个应变拉件上的多个应变片的布置方式是一样的，不同的布置方式会导致应变仪上的输出值与预应力筋上的实际应变值存在一定关系，即存在一定的线性关系；

2)测试装置安装、调试及测试阶段：包括测试装置安装、导线仪器连接、测试装置调试、稳定性观测、张拉至锚固全过程测试；其中稳定性观测主要考虑整个测试装置是否在一定时间保持相对稳定，判断是否存在环境的强干扰(对讲机，电视塔，信号基站等)，不均匀温度干扰，以及测试装置是否持续大幅偏移等因素；其中张拉至锚固全过程包括加载速率控制、观察、测试数据采集和记录；

3)后期数据处理阶段：预应力筋的有效应变按以下公式计算：

——预应力筋上某一测点的有效应变；

n——应变拉件的数量；

Δε_k——某一应变拉件上测得的预应力筋在该应变拉件所在方向上的有效应变；

考虑环境温度的影响、预应力筋不均匀穿束以及现场安装引起的非线性应变，Δε_k由以下公式获得：

Δε_k＝ε_k-ε₀-ε_pk-ε_t

ε_k——某一应变拉件上测得的实际应变值；

ε₀——初始应变，即实际情况下存在的干扰和零点漂移；

ε_pk——测试载荷作用下测量的某一应变拉件上测得的预应力筋在该应变拉件所在方向上的非线性应变修正值；

ε_t——测点实测值的应变温度修正量；

其中，ε_pk可以通过加载过程荷载-应变曲线计算获得，计算公式如下：

ε_k′＝Kσ_k′+ε_pk

其中，σ_k'、ε_k'为某一应变拉件上实测的预应力筋在该应变拉件所在方向上的应力、应变值，K为根据实测的荷载-应变曲线(如图6所示)而拟合得到的直线的斜率；

预应力筋张拉应力与锚下应力由公式得到，其中E为预应力筋的弹性模量。

最后说明的是，本发明的测试装置也可以用于类似柱体的应变测试，只要能将测试装置固定到被测物体上即可。另外，该测试装置的使用，避免像传统的那样，打磨，涂底胶，粘贴应变片，涂面胶防潮，等多个复杂，长时间过程，提高测试效率！

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。