本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

隨著體外預(yù)應(yīng)力在橋梁結(jié)構(gòu)的新建項目與加固項目的廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)的承載能力很大程度上依賴于張拉施加預(yù)應(yīng)力錨固后預(yù)應(yīng)力筋留存的應(yīng)力，即錨下預(yù)應(yīng)力。那么在體外預(yù)應(yīng)力筋張拉至最終錨固完成的整個過程的預(yù)應(yīng)力筋的實際應(yīng)力是體外預(yù)應(yīng)力效果的關(guān)鍵參數(shù)。

目前錨下預(yù)應(yīng)力的常見檢測方法有反拉法，如申請?zhí)枮?00910191142.X的發(fā)明專利，公開了一種錨索錨下預(yù)應(yīng)力的反拉檢測方法，然而這種方法只適用于測量預(yù)應(yīng)力筋兩端，不適用于對體外預(yù)應(yīng)力筋的其他部位的測量，也不適用于體外預(yù)應(yīng)力筋張拉過程的應(yīng)力測試，目前還沒有方便實用的測試裝置及測試方法來測量預(yù)應(yīng)力筋張拉至錨固過程的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的是提供一種方便實用的預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置，可用于測量體外預(yù)應(yīng)力筋的任意外露可安裝部位，同時還提供一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置，包括可緊套于預(yù)應(yīng)力筋上的第一固定件和第二固定件、和多個沿周向分布且連接第一固定件與第二固定件的應(yīng)變拉件，每個應(yīng)變拉件上粘貼有多個應(yīng)變片，多個應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接形成電橋，多個應(yīng)變拉件上的應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變儀連接。

進一步地，所述第一固定件包括第一固定套和設(shè)置在所述第一固定套外的第一鎖緊件，所述第一固定套由多個圓弧形環(huán)體組成，第一鎖緊件用于限制第一固定套徑向移動，所述圓弧形環(huán)體可沿軸向移動。

進一步地，所述第二固定件包括第二固定套和設(shè)置在第二固定套外的第二鎖緊件，所述第二固定套由兩個半圓形環(huán)體組成，第二鎖緊件用于限制半圓形環(huán)體軸向與徑向移動。

進一步地，所述半圓形環(huán)體的外周面設(shè)有環(huán)形凸起，所述第二鎖緊件內(nèi)周面具有與所述凸起相適應(yīng)的凹陷，所述第一鎖緊件和第二鎖緊件為卡箍。

進一步地，所述圓弧形環(huán)體和半圓形環(huán)體的內(nèi)周面分別開有與預(yù)應(yīng)力筋外表面相適應(yīng)的第一凹槽和第二凹槽。

進一步地，所述應(yīng)變拉件外設(shè)有保護層。

本發(fā)明還提供了一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試方法，利用上述的預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置，包括以下步驟：

1)測試準備階段：包括裝置標定、儀器檢測和預(yù)應(yīng)力筋外觀檢測，其中所述裝置標定用于確定預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置的輸出應(yīng)變值與預(yù)應(yīng)力筋的實際應(yīng)變值之間一定相關(guān)關(guān)系的標定值；

2)測試裝置安裝、調(diào)試及測試階段：包括測試裝置安裝、導(dǎo)線儀器連接、測試裝置調(diào)試、穩(wěn)定性觀測、張拉至錨固全過程測試，其中張拉至錨固全過程包括加載速率控制、觀察、測試數(shù)據(jù)采集和記錄；

3)后期數(shù)據(jù)處理階段：預(yù)應(yīng)力筋的有效應(yīng)變按以下公式計算：

——預(yù)應(yīng)力筋上某一測點的有效應(yīng)變；

n——應(yīng)變拉件的數(shù)量；

Δε_k——某一應(yīng)變拉件上測得的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的有效應(yīng)變；

考慮環(huán)境溫度的影響、預(yù)應(yīng)力筋不均勻穿束以及現(xiàn)場安裝引起的非線性應(yīng)變，Δε_k由以下公式獲得：

Δε_k＝ε_k-ε₀-ε_pk-ε_t

ε_k——某一應(yīng)變拉件上測得的實際應(yīng)變值；

ε₀——初始應(yīng)變；

ε_pk——測試載荷作用下測量的某一應(yīng)變拉件上測得的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的非線性應(yīng)變修正值；

ε_t——測點實測值的應(yīng)變溫度修正量；

其中，ε_pk可以通過加載過程荷載-應(yīng)變曲線計算獲得，計算公式如下：

ε_k′＝Kσ_k′+ε_pk

其中，σ_k'、ε_k'為某一應(yīng)變拉件上實測的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的應(yīng)力、應(yīng)變值，K為根據(jù)實測的荷載-應(yīng)變曲線而擬合得到的直線的斜率；

預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力由公式得到，其中E為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置及其測試方法，可安裝在體外預(yù)應(yīng)力筋的任意外露可安裝部位進行測量，通過在應(yīng)變拉件上設(shè)置多個以特定的電橋電路連接的應(yīng)變片，提高了放大系數(shù)和靈敏度，方便且實用性高。同時，可以進行整體多方向測試，直接測出預(yù)應(yīng)力筋各方向應(yīng)力不均勻數(shù)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的A向視圖；

圖3為圖1中的B向視圖；

圖4為圖3中的C-C斷面圖；

圖5為本發(fā)明的原理框圖；

圖6為載荷-應(yīng)變曲線圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

請參閱圖1-4，本發(fā)明提供一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試裝置，包括可緊套于預(yù)應(yīng)力筋上的第一固定件1和第二固定件2、和多個沿周向分布且連接第一固定件1與第二固定件2的應(yīng)變拉件3，第一固定件1和第二固定件2整體成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選第一固定件1和第二固定件2具有類似卡箍的結(jié)構(gòu)，以便可以套在預(yù)應(yīng)力筋的任意外露可安裝位置處。應(yīng)變拉件3的數(shù)量以三個或四個為宜，本實施例優(yōu)選四個，每個應(yīng)變拉件3上粘貼有多個應(yīng)變片4，多個應(yīng)變片4通過導(dǎo)線5連接形成電橋，從而可以提高放大系數(shù)和靈敏度。優(yōu)選應(yīng)變拉件3的兩端分別與第一固定件1和第二固定件2的外周面固定連接，從而每個應(yīng)變拉件3上有足夠的位置粘貼應(yīng)變片4。應(yīng)變拉件3由彈性材料制成，從而可隨著預(yù)應(yīng)力筋的拉伸而伸長。為保護應(yīng)變拉件3在使用中不被損壞，在應(yīng)變拉件3外設(shè)有保護層，例如在應(yīng)變拉件3外涂覆樹脂進行整體封裝保護。多個應(yīng)變拉件3上的應(yīng)變片4通過導(dǎo)線5與應(yīng)變儀6連接。該結(jié)構(gòu)的測試裝置，既方便又實用性，在施工張拉過程至錨固過程均可以測試應(yīng)力值，絕對量和增量都可以測量。同時還可以進行整體多方向測試，直接測出預(yù)應(yīng)力筋各方向應(yīng)力不均勻數(shù)值

作為上述方案的進一步改進，如圖2所示，所述第一固定件1包括第一固定套11和設(shè)置在所述第一固定套11外的第一鎖緊件12，所述第一固定套11由多個圓弧形環(huán)體111組成，圓弧形環(huán)體111的數(shù)量與應(yīng)變拉件3的數(shù)量一致，且每個應(yīng)變拉件3的一端與一個圓弧形環(huán)體111連接，由上一實施例可知，本實施例中圓弧形環(huán)體111的數(shù)量為四個，因此每個圓弧形環(huán)體111的弧度為π/2，第一鎖緊件12用于限制第一固定套11徑向移動，從而四個圓弧形環(huán)體111固定在預(yù)應(yīng)力筋上，圓弧形環(huán)體111可沿軸向移動，即兩相鄰的圓弧形環(huán)體111之間可以沿軸向發(fā)生一定錯動，這是由于沿周向均布的多個預(yù)應(yīng)力筋沿拉伸方向的拉伸應(yīng)力是不均勻的，從而會產(chǎn)生沿拉伸方向的錯動，而該錯動的距離很小，一般只有幾十微米到幾百微米，這樣的錯動距離可以通過應(yīng)變片4測出來。通過對預(yù)應(yīng)力筋整體多方向測試，可以直接測出預(yù)應(yīng)力筋各方向應(yīng)力不均勻數(shù)值，不均勻數(shù)值—即不均勻系數(shù)，通過該系數(shù)判斷預(yù)應(yīng)力筋是否均勻受力，判斷是否存在預(yù)應(yīng)力筋卡住，斷絲，預(yù)應(yīng)力筋本身缺陷等，如果不均勻系數(shù)超出正常值，需做進一步檢查檢測，判斷尋找造成不合理受力原因。

作為上述方案的進一步改進，如圖3所示，所述第二固定件2包括第二固定套21和設(shè)置在第二固定套21外的第二鎖緊件22，所述第二固定套21由兩個半圓形環(huán)體211組成，第二鎖緊件22用于限制半圓形環(huán)體211軸向與徑向移動。該結(jié)構(gòu)的第二固定件2與第一固定件1配合，可以套在預(yù)應(yīng)力筋上任意外露可安裝部位，以便測量。

作為上述方案的進一步改進，如圖2、3所示，所述半圓形環(huán)體211的外周面設(shè)有環(huán)形凸起213，所述第二鎖緊件22內(nèi)周面具有與所述凸起相適應(yīng)的凹陷，以7芯預(yù)應(yīng)力筋為例，相應(yīng)的凹陷就有6個，所述第一鎖緊件12和第二鎖緊件22為卡箍，從而可方便地對第一固定套11和第二固定套21鎖緊。

作為上述方案的進一步改進，如圖4所示，所述圓弧形環(huán)體111和半圓形環(huán)體211的內(nèi)周面分別開有與預(yù)應(yīng)力筋外表面相適應(yīng)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安裝在預(yù)應(yīng)力筋上牢固、穩(wěn)定。

本發(fā)明實施例還提供了一種預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力測試方法，如圖5所示，利用上述測量裝置，包括以下步驟：

1)測試準備階段：包括裝置標定、儀器檢測和預(yù)應(yīng)力筋外觀檢測，其中所述裝置標定用于確定預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力裝置的輸出應(yīng)變值與預(yù)應(yīng)力筋的實際應(yīng)變值之間一定相關(guān)關(guān)系的標定值，該標定值與每個應(yīng)變拉件上的多個應(yīng)變片的布置方式有關(guān)，當然同一個測試裝置上的每個應(yīng)變拉件上的多個應(yīng)變片的布置方式是一樣的，不同的布置方式會導(dǎo)致應(yīng)變儀上的輸出值與預(yù)應(yīng)力筋上的實際應(yīng)變值存在一定關(guān)系，即存在一定的線性關(guān)系；

2)測試裝置安裝、調(diào)試及測試階段：包括測試裝置安裝、導(dǎo)線儀器連接、測試裝置調(diào)試、穩(wěn)定性觀測、張拉至錨固全過程測試；其中穩(wěn)定性觀測主要考慮整個測試裝置是否在一定時間保持相對穩(wěn)定，判斷是否存在環(huán)境的強干擾(對講機，電視塔，信號基站等)，不均勻溫度干擾，以及測試裝置是否持續(xù)大幅偏移等因素；其中張拉至錨固全過程包括加載速率控制、觀察、測試數(shù)據(jù)采集和記錄；

3)后期數(shù)據(jù)處理階段：預(yù)應(yīng)力筋的有效應(yīng)變按以下公式計算：

——預(yù)應(yīng)力筋上某一測點的有效應(yīng)變；

n——應(yīng)變拉件的數(shù)量；

Δε_k——某一應(yīng)變拉件上測得的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的有效應(yīng)變；

考慮環(huán)境溫度的影響、預(yù)應(yīng)力筋不均勻穿束以及現(xiàn)場安裝引起的非線性應(yīng)變，Δε_k由以下公式獲得：

Δε_k＝ε_k-ε₀-ε_pk-ε_t

ε_k——某一應(yīng)變拉件上測得的實際應(yīng)變值；

ε₀——初始應(yīng)變，即實際情況下存在的干擾和零點漂移；

ε_pk——測試載荷作用下測量的某一應(yīng)變拉件上測得的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的非線性應(yīng)變修正值；

ε_t——測點實測值的應(yīng)變溫度修正量；

其中，ε_pk可以通過加載過程荷載-應(yīng)變曲線計算獲得，計算公式如下：

ε_k′＝Kσ_k′+ε_pk

其中，σ_k'、ε_k'為某一應(yīng)變拉件上實測的預(yù)應(yīng)力筋在該應(yīng)變拉件所在方向上的應(yīng)力、應(yīng)變值，K為根據(jù)實測的荷載-應(yīng)變曲線(如圖6所示)而擬合得到的直線的斜率；

預(yù)應(yīng)力筋張拉應(yīng)力與錨下應(yīng)力由公式得到，其中E為預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量。

最后說明的是，本發(fā)明的測試裝置也可以用于類似柱體的應(yīng)變測試，只要能將測試裝置固定到被測物體上即可。另外，該測試裝置的使用，避免像傳統(tǒng)的那樣，打磨，涂底膠，粘貼應(yīng)變片，涂面膠防潮，等多個復(fù)雜，長時間過程，提高測試效率！

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。