FR2750498A1 - Ultrasound measuring residual stress in metal bar - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé pour mesurer par ultrasons la tension résiduelle d'une barre de précontrainte métallique.Method for ultrasonic measurement of the residual tension of a metal prestressing bar.
La présente invention est relative aux procédés pour mesurer in situ la tension résiduelle FO d'une barre de précontrainte tendue entre deux ancrages, en mesurant le temps d'aller-retour t d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales de cette barre puis en calculant la tension résiduelle par la formule FO = k (t - tO), où k et tO sont deux coefficients constants. The present invention relates to methods for measuring in situ the residual tension FO of a prestressing bar stretched between two anchors, by measuring the round trip time t of an ultrasonic wave between the two longitudinal ends of this bar and then by calculating the residual tension by the formula FO = k (t - tO), where k and tO are two constant coefficients.
Les procédés connus de ce type présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés sur des barres de précontrainte déjà montées, que l'on ne peut pas se permettre de démonter. Known methods of this type have the drawback of not being able to be used on prestressing bars already mounted, which cannot be dismantled.
En effet, ces procédés connus requièrent un étalonnage qui doit se dérouler en deux étapes
- à vide, pour déterminer le coefficient tO,
- puis sous une traction variable, au banc d'étalonnage, pour déterminer le coefficient k.Indeed, these known methods require a calibration which must take place in two stages
- unladen, to determine the coefficient tO,
- then under variable traction, to the calibration bench, to determine the coefficient k.
Si l'on veut mesurer in situ la tension résiduelle d'une barre de précontrainte sans la démonter, on est donc conduit à utiliser une méthode qui consiste à appliquer successivement des efforts de traction F à l'extrémité de cette barre de précontrainte, en mesurant simultanément ces efforts de traction F et les déplacements longitudinaux correspondant A de l'extrémité de la barre de précontrainte. If one wants to measure in situ the residual tension of a prestressing bar without dismantling it, one is thus led to use a method which consists in successively applying tensile forces F to the end of this prestressing bar, in simultaneously measuring these tensile forces F and the longitudinal displacements corresponding A of the end of the prestressing bar.
On trace alors la courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A, courbe qui présente une portion initiale s'étendant sensiblement selon une droite D1 très pentue, puis une portion courbe, et enfin une portion finale qui s'étend sensiblement selon une droite D2 moins pentue.The curve of the tensile force F is then plotted as a function of the displacement A, a curve which has an initial portion extending substantially along a very steep straight line D1, then a curved portion, and finally a final portion which extends substantially along a less steep line D2.
La tension résiduelle de la barre de précontrainte est alors déterminée comme étant l'effort de traction F correspondant au point de croisement des droites D1 et D2. The residual tension of the prestressing bar is then determined as the tensile force F corresponding to the crossing point of the lines D1 and D2.
Cette méthode connue (voir par exemple les documents
FR-A-2 507 232 et FR-A-2 519 672) est efficace, mais elle est relativement lente et fastidieuse à mettre en oeuvre à chaque fois que l'on veut vérifier la tension résiduelle de la barre de précontrainte, d'autant que le relevé des mesures ainsi que la détermination de la valeur FO sont généralement effectués manuellement par un opérateur.This known method (see for example documents
FR-A-2 507 232 and FR-A-2 519 672) is effective, but it is relatively slow and tedious to implement each time one wants to check the residual tension of the prestressing bar, as much as the measurement reading as well as the determination of the FO value are generally carried out manually by an operator.
La présente invention a notamment pour but de pallier l'ensemble des inconvénients susmentionnés. The object of the present invention is in particular to overcome all of the above-mentioned drawbacks.
A cet effet, selon l'invention, un procédé de mesure par ultrasons du genre mentionné ci-dessus est essentiellement caractérisé en ce quVil comporte une étape préliminaire d'étalonnage qui est réalisée une fois pour toutes sans démontage de la barre de précontrainte et qui consiste à
- appliquer à une extrémité de la barre de précontrainte un effort de traction F progressivement croissant,
- mesurer simultanément le déplacement longitudinal
A de l'extrémité de la barre de précontrainte ainsi que l'effort de traction F susmentionné, ces mesures correspondant à une courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A qui présente une portion initiale suivant sensiblement une première droite très pentue, puis une portion courbe, et enfin une portion finale suivant sensiblement une deuxième droite moins pentue,
- déterminer la tension résiduelle FO comme étant la valeur de l'effort de traction F qui correspond à l'intersection des deux droites,
- appliquer successivement à la barre de précontrainte au moins deux valeurs de tension connues et distinctes supérieures à la tension résiduelle FO, par traction sur l'extrémité de ladite barre de précontrainte,
- mesurer, pour chacune de ces valeurs de tension, le temps d'aller-retour d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités longitudinales de la barre de précontrainte,
- et déduire de ces mesures les coefficients k et tO. To this end, according to the invention, an ultrasonic measurement method of the kind mentioned above is essentially characterized in that it comprises a preliminary calibration step which is carried out once and for all without dismantling the prestressing bar and which consists of
- apply a progressively increasing tensile force F to one end of the prestressing bar,
- simultaneously measure the longitudinal displacement
At the end of the prestressing bar as well as the aforementioned tensile force F, these measurements corresponding to a curve of the tensile force F as a function of the displacement A which has an initial portion following substantially a very steep first straight line , then a curved portion, and finally a final portion following substantially a less sloping second straight line,
- determine the residual tension FO as being the value of the tensile force F which corresponds to the intersection of the two straight lines,
- successively applying to the prestressing bar at least two known and distinct tension values greater than the residual tension FO, by pulling on the end of said prestressing bar,
- measure, for each of these voltage values, the round-trip time of an ultrasonic wave between the two longitudinal ends of the prestressing bar,
- and deduce from these measurements the coefficients k and tO.
Grâce à ces dispositions, il n'est nécessaire d'appliquer des efforts de traction à l'extrémité de la barre de précontrainte que lors de l'étalonnage, effectué une fois pour toutes. Thanks to these provisions, it is only necessary to apply tensile forces to the end of the prestressing bar during the calibration, carried out once and for all.
Une fois l'étalonnage effectué, on peut contrôler ultérieurement aussi souvent que nécessaire la tension résiduelle FO de la barre de précontrainte, uniquement en mesurant le temps d'aller-retour d'une onde ultrasonore entre les deux extrémités de cette barre : ces contrôles ultérieurs sont donc très simples et très rapides. Once the calibration has been carried out, the residual voltage FO of the prestressing bar can be checked later as often as necessary, only by measuring the time of return of an ultrasonic wave between the two ends of this bar: these checks subsequent are therefore very simple and very fast.
Dans des modes de réalisation préférés, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes
- au cours de l'étape initiale appartenant à l'étape d'étalonnage, les mesures de l'effort de traction F et du déplacement A de l'extrémité de la barre de précontrainte sont acquises automatiquement sur un ordinateur qui est également programmé pour déterminer la valeur de tension résiduelle FO à partir de ces mesures
- la barre de précontrainte présente une longueur inférieure à 5 mètres.In preferred embodiments, one can optionally have recourse to one and / or the other of the following provisions
- during the initial step belonging to the calibration step, the measurements of the tensile force F and of the displacement A of the end of the prestressing bar are acquired automatically on a computer which is also programmed for determine the residual voltage value FO from these measurements
- the prestressing bar has a length of less than 5 meters.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 'inven- tion apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Other characteristics and advantages of the invention will appear during the following detailed description of one of its embodiments, given by way of nonlimiting example, with reference to the accompanying drawings.
Sur les dessins
- la figure 1 est une vue schématique montrant un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- et la figure 2 est un graphe montrant très schématiquement l'évolution de l'effort de traction F appliqué à l'extrémité de la barre de précontrainte en fonction du déplacement longitudinal A de cette extrémité, lors de l'étape préliminaire d'étalonnage du procédé selon l'invention.On the drawings
FIG. 1 is a schematic view showing an example of implementation of the method according to the invention,
- And Figure 2 is a graph showing very schematically the evolution of the tensile force F applied to the end of the prestressing bar as a function of the longitudinal displacement A of this end, during the preliminary calibration step of the method according to the invention.
Comme représenté sur la figure 1, le procédé selon l'invention est destiné à mesurer la tension résiduelle d'une barre de précontrainte 1 filetée, métallique ou non, qui est tendue entre deux ancrages 2, 3 situés respectivement au voisinage des extrémités longitudinales 4, 5 de ladite barre. As shown in Figure 1, the method according to the invention is intended to measure the residual tension of a threaded prestressing bar 1, metallic or not, which is stretched between two anchors 2, 3 located respectively in the vicinity of the longitudinal ends 4 , 5 of said bar.
La longueur de la barre de précontrainte 1 entre ses deux extrémités 4, 5 est de préférence inférieure à 5 mètres et généralement inférieure à 2 mètres, par exemple comprise entre 50 cm et 2 mètres. The length of the prestressing bar 1 between its two ends 4, 5 is preferably less than 5 meters and generally less than 2 meters, for example between 50 cm and 2 meters.
Dans l'exemple représenté sur les dessins, les ancrages 2, 3 sont constitués l'un par une tête élargie 2 faisant partie intégrante de la barre de précontrainte, et l'autre par un écrou 3 vissé sur la barre 1, ces deux ancrages appliquant un effort de compression sur un massif de béton 6 ou autre massif à précontraindre. In the example shown in the drawings, the anchors 2, 3 are formed one by an enlarged head 2 forming an integral part of the prestressing bar, and the other by a nut 3 screwed onto the bar 1, these two anchors applying a compression force on a concrete block 6 or other block to be prestressed.
Afin de pouvoir contrôler régulièrement la tension résiduelle de la barre de précontrainte 1 par ultrasons, on procède à une étape préliminaire d'étalonnage. In order to be able to regularly check the residual tension of the prestressing bar 1 by ultrasound, a preliminary calibration step is carried out.
A cet effet, on équipe l'extrémité 5 de la barre de précontrainte :
- d'un transducteur ultrasons 7 qui permet d'émettre et de capter des ondes ultrasonores à l'extrémité 5, ce transducteur étant relié directement ou indirectement à une carte électronique spéciale intégrée dans un micro-ordinateur 8, cette carte permettant de commander le transducteur 7 pour émettre à l'extrémité 5 d'une onde ultrasonore de préférence impulsionnelle, puis pour capter cette onde à l'extrémité 5 après réflexion sur l'extrémité 4 de la barre de précontrainte, afin de mesurer le temps d'aller-retour t de l'onde ultrasonore entre les deux extrémités,
- d'un capteur de déplacement 9 équipé d'un palpeur 10 qui est en contact avec l'extrémité 5 de la barre de précontrainte pour mesurer les déplacements longitudinaux A de cette extrémité, le capteur 9 étant relié à une carte électronique d'acquisition appartenant au micro-ordinateur 8, de façon que ce micro-ordinateur puisse enregistrer les déplacements longitudinaux A,
- et d'un ensemble 11 permettant d'exercer une traction sur l'extrémité 5 de la barre de précontrainte.To this end, we equip the end 5 of the prestressing bar:
- an ultrasonic transducer 7 which makes it possible to emit and collect ultrasonic waves at the end 5, this transducer being connected directly or indirectly to a special electronic card integrated in a microcomputer 8, this card making it possible to control the transducer 7 for emitting at the end 5 of an ultrasonic wave preferably impulse, then for picking up this wave at the end 5 after reflection on the end 4 of the prestressing bar, in order to measure the go-time return t of the ultrasonic wave between the two ends,
- a displacement sensor 9 fitted with a feeler 10 which is in contact with the end 5 of the prestressing bar to measure the longitudinal displacements A of this end, the sensor 9 being connected to an electronic acquisition card belonging to the microcomputer 8, so that this microcomputer can record the longitudinal displacements A,
- And a set 11 for exerting traction on the end 5 of the prestressing bar.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'ensemble 11 comporte une bague métallique 12 vissée sur la barre de précontrainte 1 entre son extrémité 5 et le boulon 3, et un vérin hydraulique annulaire 13 disposé autour de la barre de précontrainte 1 et interposé axialement entre le massif 6 et la bague 12, ce vérin comportant un piston annulaire 14 qui coulisse dans un cylindre annulaire 15 alimenté en fluide hydraulique par une pompe 16. In the example shown in FIG. 1, the assembly 11 comprises a metal ring 12 screwed onto the prestressing bar 1 between its end 5 and the bolt 3, and an annular hydraulic cylinder 13 disposed around the prestressing bar 1 and interposed axially between the block 6 and the ring 12, this jack comprising an annular piston 14 which slides in an annular cylinder 15 supplied with hydraulic fluid by a pump 16.
Le circuit hydraulique du vérin 13 est équipé d'un capteur 17 qui pourrait le cas échéant être simplement un capteur de pression, mais qui est de préférence une jauge étalonnée pour mesurer directement la force de traction exercée par le vérin 13 sur la barre de précontrainte 1 (en tenant compte de la section utile du vérin et de son coefficient de frottement interne). The hydraulic circuit of the cylinder 13 is equipped with a sensor 17 which could if necessary be simply a pressure sensor, but which is preferably a calibrated gauge for directly measuring the tensile force exerted by the cylinder 13 on the prestressing bar 1 (taking into account the useful cross-section of the cylinder and its internal friction coefficient).
Cette jauge 17 est reliée à une carte électronique d'acquisition appartenant au micro-ordinateur 8, de façon que ce micro-ordinateur puisse enregistrer la valeur des efforts de traction appliqués à la barre de précontrainte 1. This gauge 17 is connected to an electronic acquisition card belonging to the microcomputer 8, so that this microcomputer can record the value of the tensile forces applied to the prestressing bar 1.
Au cours de l'étape d'étalonnage, on commande la pompe 16 pour augmenter progressivement l'effort de traction
F appliqué à l'extrémité 5 de la barre de traction, et pendant ce temps, le micro-ordinateur 8 mesure et enregistre simultanément le déplacement A de l'extrémité 5 de la barre de précontrainte à partir de sa position initiale et l'effort de traction F, à intervalles de temps réguliers.During the calibration step, the pump 16 is controlled to gradually increase the tensile force
F applied to the end 5 of the drawbar, and during this time, the microcomputer 8 simultaneously measures and records the displacement A of the end 5 of the prestressing bar from its initial position and the force of traction F, at regular time intervals.
Ces enregistrements correspondent à une courbe de l'effort de traction F en fonction du déplacement A telle que celle représentée sur la figure 2. These records correspond to a curve of the tensile force F as a function of the displacement A such as that represented in FIG. 2.
Cette courbe présente
- une portion initiale qui suit sensiblement une droite D1 très pentue, représentative de l'allongement de la portion de la barre 1 comprise entre l'écrou 3 et la bague 12,
- puis une portion intermédiaire courbe, lorsque l'effort F est voisin de FO,
- puis une portion finale qui suit sensiblement une droite D2 moins pentue que D1, représentative de l'allongement de l'ensemble de la barre 1.This curve presents
an initial portion which substantially follows a very steep straight line D1, representative of the elongation of the portion of the bar 1 comprised between the nut 3 and the ring 12,
- then a curved intermediate portion, when the force F is close to FO,
- then a final portion which substantially follows a straight line D2 less steep than D1, representative of the elongation of the assembly of the bar 1.
Comme cela est connu en soi, l'intersection des droites D1 et D2 correspond à une ordonnée FO qui représente la précontrainte résiduelle de la barre de précontrainte. As is known per se, the intersection of the lines D1 and D2 corresponds to an ordinate FO which represents the residual prestressing of the prestressing bar.
Le micro-ordinateur 8 est programmé pour déterminer les droites D1 et D2 ainsi que leur intersection, et en déduire la valeur de la tension résiduelle FO. The microcomputer 8 is programmed to determine the lines D1 and D2 as well as their intersection, and to deduce therefrom the value of the residual voltage FO.
On commande alors la pompe 16 de façon que le vérin 13 applique successivement à la barre de précontrainte 1 deux efforts de traction F1 et F2 différents et supérieurs à FO. The pump 16 is then controlled so that the actuator 13 successively applies to the prestressing bar 1 two different tensile forces F1 and F2 greater than FO.
Pour chacun de ces efforts de traction, on fait émettre par le transducteur 7 une onde ultrasonore et le micro-ordinateur 8 mesure le temps d'aller-retour de cette onde entre les deux extrémités de la barre de précontrainte. For each of these tensile forces, an ultrasonic wave is emitted by the transducer 7 and the microcomputer 8 measures the time of return of this wave between the two ends of the prestressing bar.
Comme cela est connu en soi, si l'on appelle tl et t2 les temps d'aller-retour de l'onde ultrasonore correspondant respectivement aux efforts de traction F1 et F2, ces temps d'aller-retour sont reliés aux efforts de traction par les relations suivantes (1) F1 = k (tl - tO), (2) et F2 = k (t2 - tO), où k et tO sont deux coefficients constants. As is known per se, if we call tl and t2 the round-trip times of the ultrasonic wave corresponding respectively to the traction forces F1 and F2, these round-trip times are related to the traction forces by the following relations (1) F1 = k (tl - tO), (2) and F2 = k (t2 - tO), where k and tO are two constant coefficients.
A partir des équations (1) et (2), le micro-ordinateur 8 détermine les coefficients k et tO, et il les conserve ensuite en mémoire. From equations (1) and (2), the microcomputer 8 determines the coefficients k and t0, and then stores them in memory.
Le cas échéant, la détermination des coefficients k et tO pourrait éventuellement être réalisée en effectuant plus de deux mesures à des efforts de traction différents supérieurs à FO, de façon à corréler ces mesures pour déterminer les coefficients k et tO. If necessary, the determination of the coefficients k and tO could possibly be carried out by carrying out more than two measurements at different tensile forces greater than FO, so as to correlate these measurements to determine the coefficients k and tO.
Cet étalonnage ayant été effectué une fois pour toutes, lorsqu'on veut par la suite contrôler la valeur de tension résiduelle de la barre de précontrainte 1, il n'est plus nécessaire d'équiper l'extrémité 5 de cette barre de tout l'appareillage décrit précédemment, mais uniquement du transducteur 7 relié au micro-ordinateur 8. This calibration having been carried out once and for all, when it is subsequently desired to check the residual tension value of the prestressing bar 1, it is no longer necessary to equip the end 5 of this bar with all the apparatus described above, but only of the transducer 7 connected to the microcomputer 8.
Le micro-ordinateur 8 fait alors simplement émettre par le transducteur 7 une onde ultrasonore de préférence impulsionnelle à l'extrémité 5 de la barre de précontrainte, puis le transducteur 7 capte l'onde ultrasonore en retour après réflexion à l'extrémité 4 de la barre, et le microordinateur 8 mesure le temps d'aller-retour t de l'onde ultrasonore. The microcomputer 8 then simply transmits by the transducer 7 an ultrasonic wave, preferably impulse at the end 5 of the prestressing bar, then the transducer 7 picks up the ultrasonic wave in return after reflection at the end 4 of the bar, and the microcomputer 8 measures the round trip time t of the ultrasonic wave.
A partir de ce temps d'aller-retour, le microordinateur 8 peut déduire la valeur de la précontrainte résiduelle FO à l'instant de mesure, par la formule FO = k (t - tO), où k et tO sont les coefficients constants déterminés lors de l'étape initiale d'étalonnage. From this round trip time, the microcomputer 8 can deduce the value of the residual prestressing FO at the measurement instant, by the formula FO = k (t - tO), where k and tO are the constant coefficients determined during the initial calibration step.
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Legal Events
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