CN106153233B - 一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，包括同轴连接的钢绞线张拉力检测部件和钢绞线伸长量检测部件，压力加载部件向预应力钢绞线施加作用力，油压识别模块识别并记录所述作用力的变化；所述钢绞线张拉力检测部件检测预应力钢绞线在作用力下的应变压力，所述钢绞线伸长量检测部件检测预应力钢绞线的应变伸长量；钢绞线张拉力检测部件、钢绞线伸长量检测部件和油压识别模块将各自检测的数据送入分析控制器进行处理，计算得到预应力钢绞线的张拉力‑伸长量关系曲线。本发明能对钢绞线锚下张拉力进行快速、准确识别，不影响正常施工进度。

Description

一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置

技术领域

本发明涉及一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置。

背景技术

预应力锚固是一种主动锚固技术，具有有效增加岩土体或支挡结构的稳定性、能通过预加荷载抵消或减小外部荷载对结构产生的拉应力、减缓裂缝发生、保证结构安全等优点，已广泛的应用于岩土加固、预应力混凝土结构中。

锚下预应力结构属隐蔽结构范畴，质量控制难度较大。传统张拉技术采用人工手控油泵加载，加载操作、油表标定准确与否等均会影响张拉力的大小；虽然采用智能张拉设备较传统人工控制张拉已大幅提升张拉质量，但***误差及控制误差的存在也是不可忽视的因素，一旦出现将成批量的影响锚下预应力张拉效果。

目前锚下预应力检测技术主要分为两种：无损检测和有损检测。无损检测主要是将声波和振动技术引入到力学研究领域，通过声波传递、振动频率分别和张力的定量关系反推张拉力的大小，但其受外部因素干扰较大，存在一定误差。相比较而言，有损检测技术能准确评判锚下预应力的大小。钢筋切断法将预应力束外部的混凝土结构局部破除、切断部分钢绞线来检测预应力大小，但存在操作复杂、损伤不可逆以及对检测出的预应力不足情况无法采取有效措施等问题；钢筋应力释放法能够测试结构的应力，但切割速度、切割温度等均为测试应力的扰动因素。无损检测检测精度不高、有损检测对结构产生损伤，两种检测方法均不能达到在对结构无损的情况下对预应力钢绞线锚下张拉力进行准确评估。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，本发明能够实现对结构无损、且能准确识别夹片式锚具锚下张拉力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，包括同轴连接的钢绞线张拉力检测部件和钢绞线伸长量检测部件，压力加载部件向预应力钢绞线施加作用力，油压识别模块识别并记录所述作用力的变化；所述钢绞线张拉力检测部件检测预应力钢绞线在作用力下的应变压力，所述钢绞线伸长量检测部件检测预应力钢绞线的应变伸长量；

所述钢绞线张拉力检测部件、钢绞线伸长量检测部件和油压识别模块将各自检测的数据送入分析控制器进行处理，计算得到预应力钢绞线的张拉力-伸长量关系曲线。

所述钢绞线张拉力检测部件，包括夹片限位装置、夹片式锚具、压力传感器和保护垫块，所述夹片式锚具固定于夹片限位装置前端，夹片限位装置穿过单根预应力钢绞线，作用于夹片式锚具上且对夹片式锚具上的夹片无直接作用，压力传感器与保护垫块均匀接触，且设置于夹片限位装置后端，预应力钢绞线贯穿压力传感器和保护垫块内部。

所述钢绞线伸长量检测部件，包括前卡式千斤顶、位移计和限位板，所述前卡式千斤顶前端固定于保护垫块上，所述位移计通过前卡式千斤顶前端锚环的限位板量测前卡式千斤顶活塞的伸出量。

所述前卡式千斤顶穿过单根预应力钢绞线，其头部与应变式压力传感器保护垫块接触，并对单根预应力钢绞线的外露段进行夹持。

所述压力加载部件，包括液压泵，液压泵通过油管向前卡式千斤顶施加压力。

进一步的，所述液压泵包括液压泵柱塞，所述液压泵柱塞经过液压泵单向油路阀将液压泵油腔中液压油压入前卡式千斤顶油缸，前卡式千斤顶油缸内液压油推动前卡式千斤顶活塞施加作用力。

所述前卡式千斤顶油缸油路的进、出油路分别布设有控制阀、截止阀。

所述前卡式千斤顶油缸内布置有油压识别模块，自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。关闭进油油路导致张拉力突然变小，使得夹片不能和钢绞线发生脱离，故不会对钢绞线产生二次夹伤，避免了检测对预应力结构产生的损伤。

优选的，所述液压泵为手动液压泵。手动液压泵对前卡式千斤顶加压以实现对外露段钢绞线夹持并施加作用力，手动液压泵可通过匀速按压操作实现均匀加载，加载过程可控性好，亦可在达到预估锚下张拉力时放慢加载速度，既有利于锚下张拉力的准确识别又能保证检测安全；前卡式千斤顶便携易操作，前卡式千斤顶前端锚环上设置限位板，通过高精度位移计量测前卡式千斤顶活塞的伸出量，间接获得钢绞线的伸长量。

所述钢绞线张拉力检测部件、钢绞线伸长量检测部件将采集的压力和位移模拟信号送入放大器进行放大，通过信号转化器由模拟信号转换为数字信号，数字信号有线传输至分析控制器。

所述分析控制器通过锂电池供电，通过内置无线传输器将数字信号无线发出，电脑终端通过无线网卡接收器接收数字信号，生成实时图像，显示锚下张拉力值。测试过程中传输无线信号数据，通过电脑终端接收无线信号，试验人员可与测试现场保持一定距离，有效保证测试安全；其体积小巧、方便携带，内置大容量锂电池，可满足测试现场无电源供电；采样频率高，最低采样频率10HZ，最高采样频率1000HZ。可实现对钢绞线张拉力和延伸量高频采集，捕捉精度高；其具高度实时功能，配合电脑终端可实现对无线信号数据的实时采集、实时显示、实时存储、实时分析，满足测试现场对测试数据的即时、多样分析处理。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出了一种夹片式锚具锚下张拉力的测试装置，可实现对预应力钢绞线锚下张拉力的无损、高精度检测，且不会对钢绞线产生二次夹伤，避免了检测对预应力结构产生的损伤，能够实现无损伤检测；

(2)本发明装置简单、易操作，引入无线采集分析***和油压智能识别、控制***，能对钢绞线锚下张拉力进行快速、准确识别，不影响正常施工进度；

(3)本发明对于检测出的锚下预应力不足情况可及时采取补张拉措施，是一种具有广阔推广前景的测试装置；

(4)本发明可实现对钢绞线张拉力和延伸量高频采集，捕捉精度高；其具高度实时功能，配合电脑终端可实现对无线信号数据的实时采集、实时显示、实时存储、实时分析，满足测试现场对测试数据的即时、多样分析处理；

(5)本发明能够自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。关闭进油油路导致张拉力突然变小，使得夹片不能和钢绞线发生脱离，故不会对钢绞线产生二次夹伤，避免了检测对预应力结构产生的损伤。

附图说明

图1是本张拉力测试装置包含主要模块图；

图2是本张拉力测试装置各部分组成结构示意图；

图3是本张拉力测试装置夹片限位装置示意图；

图4是本张拉力测试装置无线采集分析***模块示意图；

图5是本张拉力测试装置油压智能识别、控制***模块示意图；

图6是本张拉力测试装置张拉力-伸长量测试曲线示意图；

其中，1为钢绞线张拉力检测模块，2为钢绞线伸长量检测模块，3为加载模块，4为无线采集分析***模块，5为油压智能识别、控制***模块，6为夹片式锚具，7为夹片限位装置，8为单根预应力钢绞线，9为应变式压力传感器，10为应变式压力传感器保护垫块，11为前卡式千斤顶，12为高精度位移计限位板，13为高精度位移计，14为手动液压泵，15为油管，16为无线采集分析***控制器，17为连接线，18为电脑终端，19为限位凹槽，20为信号放大器，21为信号转换器，22为无线传输器，23为锂电池，24为无线网卡接收器，25为油压智能识别、控制装置，26为前卡式千斤顶活塞，27为前卡式千斤顶油缸，28为油压智能识别、控制装置，29为进油控制阀，30为截止阀，31为手动液压泵柱塞，32为手动液压泵单向油路阀，33为手动液压泵油腔。B点为张拉力-伸长量关系曲线拐点，也是无线采集分析***电脑终端自动识别的锚下张拉力值点。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种预应力钢绞线张拉力的测试装置，主要包括钢绞线张拉力检测模块，钢绞线伸长量检测模块，加载模块，无线采集分析***模块，油压智能识别、控制***模块。具体包括夹片限位装置，应变式压力传感器，高精度位移计，前卡式千斤顶，手动液压泵，无线采集分析***控制器，油压智能识别、控制装置，电脑终端。

夹片限位装置穿过单根预应力钢绞线，作用于夹片式锚具上且对夹片式锚具上的夹片无直接作用，夹片限位装置上有限位凹槽，用以防止夹片的脱出量过大。

应变式压力传感器穿过单根预应力钢绞线，量测前卡式千斤顶和夹片限位装置之间的压力。

高精度位移计固定于前卡式千斤顶侧面，通过前卡式千斤顶前端锚环的限位板量测前卡式千斤顶活塞的伸出量，间接获得钢绞线的伸长量。

手动液压泵对前卡式千斤顶加压以施加作用力。

无线采集分析***控制器实时、高频采集应变式压力传感器、高精度位移计测试数据，并通过内置无线传输器传输数字信号；所述电脑终端通过无线网卡接收器接收数字信号、生成实时图像。

油压智能识别、控制装置能够自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。

为了保证测试装置可行，其需满足的工作条件是：

预应力钢绞线的外露工作长度应大于30cm，保证前卡式千斤顶能对外露段钢绞线实施有效夹持；预应力孔道应未进行压浆操作，否则测试装置将失效。

测试装置的钢绞线张拉力检测模块通过应变式压力传感器工作，其结构紧凑、安装方便，仅需穿过钢绞线，使其两端均匀承受作用力即可；其灵敏度高，能识别1N作用力，保证锚下张拉力检测精度；其量程为250KN，满足钢绞线张拉力测试要求；其综合稳定性好，不易受环境温度影响。

测试装置的钢绞线伸长量检测模块通过高精度位移计工作，其灵敏度为0.01mm，量程100mm，满足钢绞线伸长量的检测精度和量程。

测试装置的加载模块通过手动液压泵和前卡式千斤顶工作，手动液压泵对前卡式千斤顶加压以实现对外露段钢绞线夹持并施加作用力，手动液压泵可通过匀速按压操作实现均匀加载，加载过程可控性好，亦可在达到预估锚下张拉力时放慢加载速度，既有利于锚下张拉力的准确识别又能保证检测安全；前卡式千斤顶便携易操作，前卡式千斤顶前端锚环上设置限位板，通过高精度位移计量测前卡式千斤顶活塞的伸出量，间接获得钢绞线的伸长量。

张拉力测试装置的无线采集分析***模块通过无线采集分析***控制器工作，其集成无线动态应变测试分析***。应变式压力传感器和高精度位移计传输压力和位移模拟信号，模拟信号经信号放大器放大，通过信号转化器由模拟信号转换为数字信号，数字信号有线传输至无线采集分析***控制器，通过内置无线传输器将数字信号无线发出，电脑终端通过无线网卡接收器接收数字信号。

无线采集分析***模块应用于布线繁琐的实验现场动态应变测量，测试过程中传输无线信号数据，通过电脑终端接收无线信号，试验人员可与测试现场保持一定距离，有效保证测试安全；其体积小巧、方便携带，内置大容量锂电池，可满足测试现场无电源供电；采样频率高，最低采样频率10HZ，最高采样频率1000HZ。可实现对钢绞线张拉力和延伸量高频采集，捕捉精度高；其具高度实时功能，配合电脑终端可实现对无线信号数据的实时采集、实时显示、实时存储、实时分析，满足测试现场对测试数据的即时、多样分析处理。

张拉力测试装置油压智能识别、控制***模块通过油压智能识别、控制装置工作，能够自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。关闭进油油路导致张拉力突然变小，使得夹片不能和钢绞线发生脱离，故不会对钢绞线产生二次夹伤，避免了检测对预应力结构产生的损伤。

如图1所示，本发明预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，主要包括：钢绞线张拉力检测模块1，钢绞线伸长量检测模块2，加载模块3，无线采集分析***模块4，油压智能识别、控制***模块5。钢绞线张拉力检测模块1中含夹片限位装置7、应变式压力传感器9、应变式压力传感器保护垫块10；钢绞线伸长量检测模块2含高精度位移计限位板12、高精度位移计13；加载模块3含前卡式千斤顶11、手动液压泵14、油管15；无线采集分析***模块4含应变式压力传感器9、高精度位移计13、信号放大器20、信号转化器21、无线传输器22、锂电池23、无线网卡接收器24、电脑终端18；油压智能识别、控制***模块5含前卡式千斤顶活塞26，前卡式千斤顶油缸27，油压智能识别、控制装置28，进油控制阀29，截止阀30，手动液压泵柱塞31，手动液压泵单向油路阀32，手动液压泵油腔33。

如图2所示，所述应变式压力传感器保护垫块10、应变式压力传感器9依次穿过单根预应力钢绞线8，应变式压力传感器保护垫块10和应变式压力传感器9均匀接触。高精度位移计13固定于前卡式千斤顶11侧面，通过前卡式千斤顶11前端锚环的限位板12量测前卡式千斤顶11活塞的伸出量，间接获得钢绞线的伸长量。前卡式千斤顶11穿过单根预应力钢绞线8，其头部与应变式压力传感器保护垫块10接触良好并对单根预应力钢绞线8外露段夹持。手动液压泵14通过油管15与前卡式千斤顶11连接。应变式压力传感器9和高精度位移计13通过连接线17与无线采集分析***控制器16连接。无线采集分析***控制器16发射无线数据信号，电脑终端18通过电脑无线网卡接收无线数据信号。

如图3所示，所述夹片限位装置7穿过单根预应力钢绞线8，作用于夹片式锚具6上且对夹片式锚具6上的夹片无直接作用，所述夹片限位装置7上有限位凹槽19，用以防止夹片的脱出量过大。夹片式锚具6上可以夹持多根预应力钢绞线，依次对其进行测试。

如图4所示，所述张拉力测试装置无线采集分析***模块工作流程为：应变式压力传感器9和高精度位移计13传输压力和位移模拟信号，模拟信号经信号放大器20放大，通过信号转化器21由模拟信号转换为数字信号，数字信号有线传输至无线采集分析***控制器16，无线采集分析***控制器通过锂电池23供电，通过内置无线传输器22将数字信号无线发出，电脑终端18通过无线网卡接收器24接收数字信号。

如图5所示，所述张拉力测试装置油压智能识别、控制***模块工作流程为：手动液压泵柱塞31经过手动液压泵单向油路阀32将手动液压泵油腔33中液压油压入前卡式千斤顶油缸27，液压油进出前卡式千斤顶油缸27油路通过进油控制阀29、截止阀30控制开关，前卡式千斤顶油缸27内液压油推动前卡式千斤顶活塞26施加作用力。前卡式千斤顶油缸27内布置有油压智能识别、控制装置28，能够自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀29关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。

如图1-5所示，匀速按压手动液压泵14实现均匀加载，手动液压泵14控制前卡式千斤顶11对单根预应力钢绞线8外露段夹持并施加作用力，应变式压力传感器9采集压力信号，高精度位移计13采集位移信号，无线采集分析***模块4和油压智能识别、控制***模块5同步启动，数字信号传输至电脑终端18，生成实时图像，自动识别、输出锚下张拉力值。

如图6所示，一种预应力钢绞线张拉力的测试装置测试得到张拉力-伸长量关系曲线含O、A、B、C四个特征点，O-A段为消除锚固端及加载端锚具与结构的初始缝隙阶段，A-B段为单根预应力钢绞线8外露段张拉力增加阶段，B点单根预应力钢绞线8锚下张拉力和外露段张拉力相等时，若继续张拉，夹片式锚具6的夹片会被拉出，再次锚固时会对单根预应力钢绞线8二次夹持，造成损伤。但是所述张拉力测试装置前卡式千斤顶11中有油压智能识别、控制装置25，能够自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞26突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀29关闭进油油路，进而导致张拉力突然变小，使得夹片不能和钢绞线发生脱离，故不会对钢绞线产生二次夹伤，避免了检测对预应力结构产生的损伤。张拉力-伸长量关系曲线出现拐点，电脑终端18自动识别、输出锚下张拉力值。

本发明提出了一种夹片式锚具锚下张拉力的测试装置，可实现对预应力钢绞线锚下张拉力的无损、高精度检测，具有广阔推广前景。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：包括同轴连接的钢绞线张拉力检测部件和钢绞线伸长量检测部件，压力加载部件向预应力钢绞线施加作用力，油压识别模块识别并记录所述作用力的变化；所述钢绞线张拉力检测部件检测预应力钢绞线在作用力下的应变压力，所述钢绞线伸长量检测部件检测预应力钢绞线的应变伸长量；

所述钢绞线张拉力检测部件、钢绞线伸长量检测部件和油压识别模块将各自检测的数据送入分析控制器进行处理，计算得到预应力钢绞线的张拉力-伸长量关系曲线；

所述钢绞线张拉力检测部件，包括夹片限位装置、夹片式锚具、压力传感器和保护垫块，所述夹片式锚具固定于夹片限位装置前端，夹片限位装置穿过单根预应力钢绞线，作用于夹片式锚具上且对夹片式锚具上的夹片无直接作用，压力传感器与保护垫块均匀接触，且设置于夹片限位装置后端，预应力钢绞线贯穿压力传感器和保护垫块内部；

所述钢绞线伸长量检测部件，包括前卡式千斤顶、位移计和限位板，所述前卡式千斤顶前端固定于保护垫块上，所述位移计通过前卡式千斤顶前端锚环的限位板量测前卡式千斤顶活塞的伸出量。

2.如权利要求1所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述前卡式千斤顶穿过单根预应力钢绞线，其头部与应变式压力传感器保护垫块接触，并对单根预应力钢绞线的外露段进行夹持。

3.如权利要求1所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述压力加载部件，包括液压泵，液压泵通过油管向前卡式千斤顶施加压力。

4.如权利要求3所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述液压泵包括液压泵柱塞，所述液压泵柱塞经过液压泵单向油路阀将液压泵油腔中液压油压入前卡式千斤顶油缸，前卡式千斤顶油缸内液压油推动前卡式千斤顶活塞施加作用力。

5.如权利要求4所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述前卡式千斤顶油缸油路的进、出油路分别布设有控制阀、截止阀。

6.如权利要求4所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述前卡式千斤顶油缸内布置有油压识别模块，自动识别油压增量，当前卡式千斤顶活塞突然前行导致油压瞬间降低时，其控制进油控制阀关闭进油油路，发出蜂鸣警告，自动结束加载。

7.如权利要求1所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述钢绞线张拉力检测部件、钢绞线伸长量检测部件将采集的压力和位移模拟信号送入放大器进行放大，通过信号转化器由模拟信号转换为数字信号，数字信号有线传输至分析控制器。

8.如权利要求1所述的一种预应力夹片式锚具锚下张拉力测试装置，其特征是：所述分析控制器通过锂电池供电，通过内置无线传输器将数字信号无线发出，电脑终端通过无线网卡接收器接收数字信号，生成实时图像，显示锚下张拉力值。