專利名稱：基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力的檢測。尤其是一種基于混凝土箱梁 橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)(剛構(gòu))箱梁橋結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順、伸縮縫少、養(yǎng) 護費用低、適用于多種跨度等優(yōu)點，自20世紀(jì)70年代以來，己成為高速公路、城市大中跨 徑混凝土橋梁設(shè)計方案的首選。為了減少和控制箱腹板主拉應(yīng)力，防止腹板混凝土開裂，在 箱梁腹板設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力筋已經(jīng)成為設(shè)計的重要內(nèi)容之一。用精扎螺紋鋼筋作為混凝土箱梁 腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋，它具有連接不受焊接約束，錨固方便，施工簡單，強度高，松馳性能佳 等優(yōu)點，至目前為止我國已建和在建的單跨跨徑超過100m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)(剛構(gòu))箱梁 橋梁中應(yīng)用精扎螺紋鋼筋豎向預(yù)應(yīng)力體系已達(dá)數(shù)百座之多。它的不足之處是許多混凝土箱梁 橋在施工和運營過程中腹板還是存在不同程度的開裂，尤其在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的 腹板比較明顯。有關(guān)文獻(xiàn)披露施加腹板豎向預(yù)應(yīng)力并沒能完全防止混凝土箱梁橋腹板的丌 裂，其主要原因之一是豎向預(yù)應(yīng)力損失過大或失效。本申請人在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱 梁橋施工監(jiān)控時，對豎向預(yù)應(yīng)力筋的各項損失進(jìn)行了全面和長期測試(在底端錨下安裝測力
傳感器)，結(jié)果表明造成豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力失效的主要原因是第一次初張拉不到位引起的。
由于豎向預(yù)應(yīng)力筋短，張拉過程中延伸量相對縱向預(yù)應(yīng)力筋要小得多，且數(shù)量眾多(100米 跨， 一般在2000根以上)，在張拉后僅靠人工擰緊錨固螺母難以獲得設(shè)計張拉力，如果擰緊 錨固螺母的緊固力度不夠，就會出現(xiàn)幾乎失效現(xiàn)象，豎向預(yù)應(yīng)力筋就成了擺設(shè)。即使通過計 算能確定擰緊螺母的扭矩值，采用扭力板手?jǐn)Q緊螺母，或采用二次張拉，但人為因素的影響 依然很大。解決豎向預(yù)應(yīng)力問題最直接、最有效的途徑就是提出一種有效的檢測方法并制定 相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)(樁基檢測發(fā)展和完善就是實例)。目前，豎向預(yù)應(yīng)力測量方法有在錨下安裝 壓力傳感器、在預(yù)應(yīng)力表面粘貼電阻片測量法、張拉千斤頂油表測試法、預(yù)應(yīng)力筋延伸量測 量法，其中張拉千斤頂油表測試法、預(yù)應(yīng)力筋延伸量測量法雖然簡單易行，僅適合于張拉時 預(yù)應(yīng)力控制且精度較低，壓力傳感器和電阻片測量法，成本過高，且不能重復(fù)使用，雖能得 到很好的測試精度，但不能滿足現(xiàn)場對豎向預(yù)應(yīng)力質(zhì)量進(jìn)行大面積檢測的要求，無法推廣應(yīng) 用，僅僅限于科學(xué)研究。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明的目的提供一種基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢 測系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它不僅能適應(yīng)大面積檢測要求，而且能適應(yīng)由螺母、外露螺栓組 成的各種緊固構(gòu)件的檢測，檢測成本較低，系統(tǒng)適應(yīng)面廣，使用安全可靠，便于普及推廣。
為解決上述任務(wù)，基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，它包括螺紋 鋼筋、套于螺紋鋼筋外的波紋套管及固定波紋套管的錨墊板、螺母，使其下部豎向預(yù)埋于混 凝土箱梁橋腹板內(nèi)經(jīng)張拉成混凝土箱梁橋腹板的豎向預(yù)應(yīng)力筋，于豎向預(yù)應(yīng)力筋上部設(shè)置外 露段，該外露段設(shè)一加速度傳感器及擊振器，加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集器、筆記本電腦及電源 電連接，用于聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器的信號分析裝置安裝運行于筆記本電腦電中，操作筆記本電腦， 在信號分析裝置界面中點擊信號采集命令，擊振器得指令動作，擊振器使豎向預(yù)應(yīng)力筋外露 段振動，此豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段的振動信號經(jīng)信號分析裝置轉(zhuǎn)換成豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段的固 有頻率且由信號分析裝置界面顯示，并應(yīng)用信號分析裝置中豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力與豎向預(yù)應(yīng) 力筋外露段固有頻率的計算關(guān)系式，從而獲取豎向預(yù)應(yīng)力筋兩螺母之間的張拉力。
為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其進(jìn)一步措施是
加速度傳感器是經(jīng)磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固聯(lián)于豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段頂端處。 加速度傳感器的振動方向是垂直于豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段軸線。 豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段的長度應(yīng)大于豎向預(yù)應(yīng)力筋直徑的2. 5倍。 豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段的長度應(yīng)大于張拉施工預(yù)留長度80mm。
擊振器應(yīng)能使豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段產(chǎn)生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統(tǒng)。 本發(fā)明采用包括螺紋鋼筋、套于螺紋鋼筋外的波紋套管及固定波紋套管的錨墊板、螺母， 使其下部豎向預(yù)埋于混凝土箱梁橋腹板內(nèi)經(jīng)張拉成混凝土箱梁橋腹板的豎向預(yù)應(yīng)力筋，于豎 向預(yù)應(yīng)力筋上部設(shè)置外露段，該外露段設(shè)一加速度傳感器及擊振器，加速度傳感器與數(shù)據(jù)采集 器、筆記本電腦及電源電連接，用于聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器的信號分析裝置安裝運行于筆記本電腦 中，操作筆記本電腦，擊振器使豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段振動，振動信號經(jīng)信號分析裝置轉(zhuǎn)換成 豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段的固有頻率，并應(yīng)用信號分析裝置中豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力與豎向預(yù)應(yīng)力 筋外露段固有頻率的計算關(guān)系式，從而獲取豎向預(yù)應(yīng)力筋兩螺母之間的張拉力的技術(shù)解決方 案，克服了現(xiàn)有混凝土箱梁橋豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測均不能滿足現(xiàn)場對豎向預(yù)應(yīng)力筋張 拉力質(zhì)量進(jìn)行大面積檢測的缺陷。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果 (I )檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它不僅能適應(yīng)大面積檢測要求，而且能實現(xiàn)對現(xiàn)有由螺母、外露螺栓組成的斜中緊固構(gòu)件的檢測；
(II )擊振器能應(yīng)用于各類型號的使豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段產(chǎn)生振動的測試振動信息 的系統(tǒng)。
(III) 加速度傳感器是經(jīng)磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固聯(lián)于豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段頂 端處的，它與豎向預(yù)應(yīng)力筋的聯(lián)結(jié)或分離均十分方便，提高了測試系統(tǒng)的快速監(jiān)測能力；
(IV) 它具有快速、重復(fù)安裝與安全使用功能；
(V) 它徹底地解決了豎向預(yù)應(yīng)力損失過大和失效的問題，對防止預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋 腹板開裂、提高此類橋梁的耐久性和可靠性具有重要的技術(shù)、經(jīng)濟效果，商業(yè)前景十分可觀。
它適合大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉的檢測。 下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的測試系統(tǒng)和操作流程作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1為本發(fā)明基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)的主視圖。 圖2為本發(fā)明基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉 力計算原理圖。
圖中1、螺紋鋼筋，la、豎向預(yù)應(yīng)力筋，101、信號分析裝置，102、計算關(guān)系式，103、 磁力吸座，2、波紋套管，3、錨墊板，4、螺母，5、混凝土箱梁橋腹板，51、箱梁橋腹板混 凝土， 6、外露段，7、加速度傳感器，71、磁力吸座，72、橡膠泥，73、石膏泥，8、擊振器， 9、數(shù)據(jù)采集器，10、筆記本電腦電，L、豎向預(yù)應(yīng)力筋上部外露段總長度，Lt、套于豎向預(yù) 應(yīng)力筋的螺母厚度，L2、豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段長度，L3、螺母頂面至加速度傳感器內(nèi)邊緣距離。
具體實施例方式
參見附圖，基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，它包括螺紋鋼筋l、 套于螺紋鋼筋1外的波紋套管2及固定波紋套管2的錨墊板3、螺母4，使其1下部豎向預(yù)埋 于混凝土箱梁橋腹板5內(nèi)經(jīng)張拉成混凝土箱梁橋腹板5的豎向預(yù)應(yīng)力筋la，于豎向預(yù)應(yīng)力筋 la上部設(shè)置外露段6,為了達(dá)到較可靠的測量效果，豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段6的長度應(yīng) 大于豎向預(yù)應(yīng)力筋la直徑的2.5倍；同時，豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段6的長度應(yīng)大于張 拉施工預(yù)留長度80mra。豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6設(shè)一加速度傳感器7及擊振器8，加速度傳 感器7是經(jīng)磁力吸座71或橡膠泥72或石膏泥73固聯(lián)于豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段6頂端 處，本實施方式中主要采用磁力吸座71;為了擴大使用范圍，擊振器8應(yīng)能使豎向預(yù)應(yīng)力筋 la上部外露段6產(chǎn)生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統(tǒng)；加速度傳感器7與數(shù)據(jù)采 集器9、筆記本電腦10及電源103電連接，用于聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器9的信號分析裝置101安裝運行于筆記本電腦電10中，操作筆記本電腦10，在信號分析裝置101界面中點擊信號采集 命令，擊振器8得指令動作，擊振器8使豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6及加速度傳感器7振動， 加速度傳感器7的振動方向是垂直于豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段6軸線；此豎向預(yù)應(yīng)力筋 la外露段6的振動信號經(jīng)信號分析裝置101轉(zhuǎn)換成豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的固有頻率且 由信號分析裝置101界面顯示，并應(yīng)用信號分析裝置101中豎向預(yù)應(yīng)力筋la張拉力與豎向預(yù) 應(yīng)力筋la外露段6固有頻率的計算關(guān)系式102，從而獲取豎向預(yù)應(yīng)力筋la兩螺母3之間的 張拉力。
本發(fā)明的安裝、檢測原理
實施例A
① 施工單位按照混凝土箱梁橋設(shè)計圖紙安裝普通鋼筋，其中螺紋鋼筋1外套波紋套管2， 并在螺紋鋼筋1的腹板的上下兩端位置安裝錨墊板3、螺母4，施工時，先按圖設(shè)置模板，澆 灌箱梁橋腹板混凝土51，混凝土達(dá)到強度后形成混凝土箱梁橋腹板5，然后，使螺紋鋼筋1 受張拉力，并擰緊上端的螺母4，通過兩處的錨墊板3和螺母4與混凝土箱梁橋腹板5共同 作用，使螺紋鋼筋l受到張拉力，形成腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋la，豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部按要求 設(shè)置外露段6，該外露段6的長度是張拉螺紋鋼筋1時必須預(yù)留的，按照施工規(guī)范要求至少 應(yīng)大于張拉施工預(yù)留長度80mm，才能確保張拉過程的安全與可靠，本發(fā)明的豎向預(yù)應(yīng)力筋la 上部按要求設(shè)置外露段時應(yīng)考慮適應(yīng)其他檢測系統(tǒng)的使用。
② 基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉的檢測系統(tǒng)，它包括螺紋鋼筋1在錨墊板3 和螺母4與混凝土箱梁橋腹板5共同的作用，在兩個螺母3之間的受張拉力，使螺紋鋼筋l 成為豎向預(yù)應(yīng)力筋la。
實施例B
① 經(jīng)施工操作完成了由螺紋鋼筋1轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q向預(yù)應(yīng)力筋la的過程，按要求豎向預(yù)應(yīng)力筋 la上部外露段6的長度應(yīng)大于豎向預(yù)應(yīng)力筋la直徑的2. 5倍，豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段 6的長度應(yīng)大于張拉施工預(yù)留長度80mm，豎向預(yù)應(yīng)力筋la選用目前橋梁上普遍使用的直徑為 32mm螺紋鋼筋1，螺紋型號為M34X3. O，配套螺母4高度55mm，外形為六角形，對邊距為55mm， 外露段6長度等于116mm。 .
② 外露段6的頂端處通過磁力吸座71或橡膠泥72或石膏泥73固聯(lián)安裝加速度傳感器7， 加速度傳感器7的振動方向應(yīng)垂直于豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部外露段6軸線，如附圖所示，傳感 器7選購YD—65型產(chǎn)品，電荷靈敏度為414. 15，頻率測量范圍5-1000Hz，并有配套的磁力 吸座71，傳感器7和磁力吸座71及聯(lián)結(jié)絲桿的總重量為209g。③ 加速度傳感器選購適配的DH—5922數(shù)據(jù)采集器9，數(shù)據(jù)采集器9經(jīng)配套的電荷適調(diào)器 H5857-l與加速度傳感器7用屏蔽電纜相聯(lián)，電纜兩端為插針式，它們通過加速度傳感器7 的插座與數(shù)據(jù)采集器9配套的電荷適調(diào)器H5857-l的插座相聯(lián)結(jié)。
④ 數(shù)據(jù)采集器9與筆記本電腦10用1394聯(lián)結(jié)方式聯(lián)接。
⑤ 接通數(shù)據(jù)采集器9，使用信號分析裝置101運行于筆記本電腦10中且與數(shù)據(jù)采集器9 配套，按照數(shù)據(jù)釆集器9配套的信號分析裝置101操作說明輸入加速度傳感器7的靈敏度系 數(shù)，點擊信號釆集界面開始信號采集，使用擊振器8，該擊振器8應(yīng)能使豎向預(yù)應(yīng)力筋la上 部外露段6產(chǎn)生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統(tǒng)，由人工用手采用脈動方式輕微 擊振豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的頂端處，擊振的方向應(yīng)垂直于豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6軸 線，3秒鐘后點擊信號分析裝置101的停止采集界面，按照系數(shù)說明書操作信號分析裝置101， 截取用人工脈動方式輕微擊振豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的振動信號，進(jìn)行頻率分析，獲取豎 向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的一階振動頻率。
⑥ 豎向預(yù)應(yīng)力筋la張拉力計算 參見附圖
1)計算原理
視豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部按要求設(shè)置外露段6加外套螺母4部分為一懸臂梁，不同的張拉 力外套螺母4部分的豎向預(yù)應(yīng)力筋la與螺母4的緊密程度不同，同時螺母4與錨墊板3的壓 緊程度不同，可以推斷，不同的張拉力，豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部按要求設(shè)置外露段6加外套螺 母4部分為一懸臂梁有不同的剛度，則相應(yīng)有不同的固有頻率，利用固有頻率與剛度的關(guān)系，
測定固有頻率，推斷剛度，從剛度的變化獲得張拉力。 按下列兩式計算張拉力
<formula>formula see original document page 7</formula>(1) 式中w為豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的一階振動頻率
<formula>formula see original document page 7</formula>其中/為豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部按要求設(shè)置的外露段6的抗彎剛度，￡為豎向預(yù)應(yīng)力筋la 上部按要求設(shè)置的外露段6的彈性模量，附2為豎向預(yù)應(yīng)力筋la上部按要求設(shè)置的外露段6 的單位長度的質(zhì)量，M為加速度傳感器7和磁力吸座71的質(zhì)量。
將(1)式求得的&代入下式
r=-6.9507(A2 )5 +45.113(& )4 -95.719(& )3 +83.53 l(yt2 )2 -22.688(A2 )+l .4945 (2)
7為豎向預(yù)應(yīng)力筋la外露段6的張拉力。
上述實施例中豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段長度L2為116mm，所測出的一階頻率為753. 1Hz，則張 拉力為45. 63噸。
以上僅僅是本發(fā)明的較佳實施例，根據(jù)本發(fā)明的上述構(gòu)思，本領(lǐng)域的熟練人員還可對此 做出各種修改和變換。例如，豎向預(yù)應(yīng)力筋上部按要求設(shè)置外露段，以及外露段經(jīng)磁力吸座或 橡膠泥或石膏泥達(dá)到快速安裝傳感器，且傳感器安裝在豎向預(yù)應(yīng)力筋不同的位置，將信號分 析儀與筆記本電腦部分功能合二為一，并將原理關(guān)系式固化在合二為一儀器中，信號采集器 與計算機聯(lián)接等相互連接及結(jié)構(gòu)的修改和變換，計算關(guān)系式在不改變原理情況下的修正。然
而，類似的這種變換和修改均屬于本發(fā)明的實質(zhì)。
權(quán)利要求
1、基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括螺紋鋼筋
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特 征在于加速度傳感器(7)是經(jīng)磁力吸座(71)或橡膠泥(72)或石膏泥(73)固聯(lián)于豎向預(yù)應(yīng) 力筋(la)上部外露段(6)頂端處。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特 征在于加速度傳感器(7)的振動方向是垂直于豎向預(yù)應(yīng)力筋(la)上部外露段(6)軸線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特 征在于豎向預(yù)應(yīng)力筋(la)上部外露段(6)的長度應(yīng)大于豎向預(yù)應(yīng)力筋(la)直徑的2. 5倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特 征在于豎向預(yù)應(yīng)力筋(la)上部外露段(6)的長度應(yīng)大于張拉施工預(yù)留長度80mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，其特 征在于擊振器(8)應(yīng)能使豎向預(yù)應(yīng)力筋(la)上部外露段(6)產(chǎn)生振動，并能用于測試各類 振動信息檢測系統(tǒng)。
全文摘要
基于混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測系統(tǒng)，它包括螺紋鋼筋、波紋套管及螺母，其下部豎向預(yù)埋于混凝土箱梁橋腹板內(nèi)經(jīng)張拉成豎向預(yù)應(yīng)力筋，于豎向預(yù)應(yīng)力筋上部設(shè)外露段，外露段設(shè)加速度傳感器及擊振器，并與數(shù)據(jù)采集器、筆記本電腦及電源電連接，用于聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器的信號分析裝置安裝運行于筆記本電腦中，擊振器得指令使豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段振動并經(jīng)信號分析裝置轉(zhuǎn)換成豎向預(yù)應(yīng)力筋外露段的固有頻率，并應(yīng)用計算關(guān)系式獲取豎向預(yù)應(yīng)力筋兩螺母間的張拉力，克服了現(xiàn)有混凝土箱梁橋豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力的檢測均不能滿足現(xiàn)場對豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉力質(zhì)量進(jìn)行大面積檢測的缺陷；它適合大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋張拉的檢測。
文檔編號G01L5/00GK101419104SQ20081014375
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者濤 楊, 沈明燕, 鐘新谷 申請人:湖南科技大學(xué)