[分享]桥梁体内/体外预应力测试新技术

发表于2018-11-29     580人浏览     1人跟帖     总热度:320  

引言

截止目前,我国现有桥梁共80余万座,且每年以约两万座的速度增长。其中预应力混凝土桥梁占相当比例,在初始缺陷、自然环境、使用环境和材料内部因素的共同作用下部分桥梁病害频发,使用功能降低,处于“带病”工作甚至“危险”状态,其技术状况不容乐观。而该类桥梁有效预应力的检测是其评估工作中的重要一项内容,结构损伤、开裂与体内预应力筋的有效预应力变化有很大的关系,但有效预应力的测试一直是制约预应力混凝土桥梁评估技术发展的重要瓶颈。

目前的测试方法主要分为: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几类。以上方法大多可以进行边界条件清晰的体外钢束应力测试或荷载作用下的索力增量测试,应用于预应力混凝土结构体内钢束有效预应力的测试时效果不甚理想。

1 有效预应力测试传统方法

1.1 振弦式传感器

振弦式传感器由两端子及一根张紧的钢弦组成,外部用套管保护(图1)。当数据采集交互系统对张紧的钢弦传感器发射电脉冲信号后,钢弦产生特定的振动频率并反馈给数据采集系统。若传感器两侧端子的相对位置发生变化后,钢弦的振动频率同时发生相应的改变,从而可由响应频率的变化获知钢绞线应变量。同时,振弦式传感器还内置热敏电阻以监控并补偿由于环境温度变化引起对量测应变的影响。其测试值可达300με,分辨率0.4με。振弦式传感器可在预应力钢束上预先埋置,适用于采用先张法施工的预应力混凝土梁桥中进行有效预应力测试。


桥梁体内/体外预应力测试新技术-Snap2


图1 振弦式传感器

1.2 基于光纤光栅传感原理检测技术

该方法根据光栅受力后波长相对变化量与应变量为线性关系的原理,首先通过光栅将光纤的输入变量转化为调制光信号,再由反射或透射的布拉格光栅波长变化量实现对被测结构绝对应变应力的测量(图2)。光纤传感器测试范围为-5000~+5000με,分辨率0.15με。将光纤光栅传感器设置于预应力钢束上即可完成预应力钢束索力测试,同时也可用于大型桥梁的健康监测及建筑用预应力索的索力监控。

桥梁体内/体外预应力测试新技术_1

图2 光纤传感器

1.3 应变式传感器量测技术

该传感器专用于七丝钢绞线张力的测试,可直接布设于钢绞线测点上,基于应变测试的原理实时获取钢绞线预应力值如图3所示。应变式传感器测值≥50000με,分辨率1με。这一技术由于具有较高的稳定性和抗干扰能力,以及优良的防水性能,对新建桥梁的索力监控及服役期内的健康检测有较好的适应性。

桥梁体内/体外预应力测试新技术_2

图3 应变式传感器传感器测试布设

1.4 压力传感器

可用于锚固端锚固索力测量的锚索测力仪如图4所示,它可用于在建桥梁锚下张力测试。穿心式(空心)多弦压力传感器(又称锚索计)适用于各种条件下的索力测量和缆索张拉时的施工控制,也可适用于张拉千斤顶的力值校准,适应长期监测和自动化测量。

桥梁体内/体外预应力测试新技术_3

图4 锚索测力仪

压力传感器的典型应用有:斜拉桥索力测量、钢管拱桥、钢箱拱桥、悬索桥吊杆、系杆的拉力监测、锚杆应力监测以及各种预应力锚索的拉力测量。该传感器需要在桥梁施工期间提前植入,从而测试钢索张力变化,均无法进行运营期间钢束应力的直接检测。


2 有效预应力测试新技术

2.1 预应力张力测试仪工作原理

预应力张力测试仪是长安大学自主研发的产品,是国家西部交通建设科技项目《大中跨径预应力混凝土梁桥预应力检测技术研究》(项目编号:2005 318 812 15 )的研究成果,可以对体内/体外预应力钢绞线有效应力进行准确测试。

该张力仪采用微破损方法,通过混凝土梁体局部开槽,采用接触式静力检测法获得钢束有效预应力值,为实桥体内预应力钢束有效预应力检测提供了手段。该仪器具有结构简单、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,可广泛应用于传统预应力混凝土结构、体外预应力混凝土结构的钢束有效预应力测试,还可用于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检测。目前该设备已获得了1项国家发明专利(专利号:ZL 2007 1001 8562.9)和1项实用新型专利(专利号:ZL 2007 2003 2635.5)。

张力测试仪基本力学原理是建立在张紧弦的静力平衡关系上,同时考虑到钢绞线抗弯刚度的贡献及实际工程中局部开槽混凝土的模拟边界状况,建立张紧弦受力与张紧钢绞线受力两方面的关系。受力原理如图5所示。

桥梁体内/体外预应力测试新技术_4

图5 张力测试仪基本力学原理


2.2 技术特点及应用

该张力测试仪可测试单根直径15.2mm的钢绞线(其他型号需要重新标定),。且目标测试钢束张力小于200kN,精度可控制在5%以下。本设备横向位移行程0-100mm,横向张力<30kN,局部开槽混凝土后需要裸露钢绞线的工作长度为800mm。张力仪外观如图6所示。实施方法及步骤如下:

1)选定钢束,确定测点位置;

2)局部凿除预应力钢束保护层,形成约20cm×100cm的槽口,剥除有干扰的横向构造钢筋及波纹管,使钢束外露;

3)根据目标测试钢绞线直径的不同更换相应的支块;

4)通过抓扒器夹持单根钢绞线,旋下抓扒器的手柄,和施力加载框架连接,并将负荷传感器及位移传感器与测试仪表相连接;

5)调节螺杆向下移动,固定限位装置,确定初始状态,仪表读数清零;

6)逆时针旋转手柄产生横向位移,由位移传感器指示不同的位移量,通过负荷传感器记录指定位移时的横向张力值;

7)通过钢索横向张拉力和横移距离,结合实用经验公式,实现对钢索预张力的检测与评估。

桥梁体内/体外预应力测试新技术_5

图6 预应力钢索张力仪外观

2.3 工程应用案例

该项预应力检测技术已在国内数十座桥梁进行了成功应用。部分工程应用案例如表1所示,相关图片见图7-图16所示。

表1 部分典型依托工程一览表

桥梁体内/体外预应力测试新技术_6


桥梁体内/体外预应力测试新技术_7

桥梁体内/体外预应力测试新技术_8

3 结语

本文主要对预应力混凝土桥梁中的钢束有效预应力测试方法了总结,针对测试中存在的问题与不足,研发了一种新型有效预应力测试设备,具有精度高、稳定性好、受环境影响小等突出优点,可实现预应力混凝土体内或体外束有效预应力的测试,也可应用于由多根钢绞线组成的斜拉索索力的测试。


扫码加入筑龙学社  ·  路桥市政微信群 为您优选精品资料、免费课程、高端讲座
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2018-11-29   |  只看该作者      

2

桥梁体内/体外预应力测试新技术

查看原图
分享
开始 ||
x