[發明專利]一種預應力鋼束沿程應力分布狀態測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 201110458655.X
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102426070A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 張勁泉;傅宇方;鄭毅;李萬恒;程壽山
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01L1/26
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 朱麗巖;劉湘舟

技術領域

本發明屬于預應力狀態測試領域，特別是一種用于測試鋼束沿程應力分布狀態的測試裝置及方法。

背景技術

預應力鋼束作為預應力混凝土結構構件的重要組成部分，預應力混凝土構件的正截面承載能力很大程度取決于縱向預應力鋼束的應力分布狀況。研究縱向預應力鋼束的沿程應力分布狀況，開發監測其沿程應力分布狀況的測試方法及相關測試裝置是非常重要的。預應力鋼束作為隱蔽性的結構構件組成部分，在橋梁結構建造過程中的部分時間段或者建成后是包裹在混凝土內部的，其幾何線形狀態是不可見的，更重要的，其應力分布狀態更是難以獲知的。考慮到預應力鋼束在施工過程中受環境、施工技術、工藝、現場操作等復雜因素的影響，預應力鋼束張拉及橋梁結構構件施工完成后，預應力鋼束的應力大小（即永存預應力大小）及沿程應力分布狀況都是難以估算的。就是說，通過規范中的理論計算是難以得到預應力鋼束實際的有效預應力大小及沿程應力分布的狀況。隨之而來的，橋梁構件實際的承載能力也是難以精確計算的。

預應力鋼束應力沿程分布狀態測試技術是提高施工質量的有效手段。在理論和設計規范中已有提供預應力損失的計算方法，但與預應力鋼束應力實際沿程分布狀態測試尚存差距，諸多不確定因素仍然難以量化。

測試橋梁結構內的預應力鋼束應力分布狀態，可通過應變片、分布式光纖傳感器、光柵傳感器、磁性傳感手段等來實現，相關研究及應用情況如下：

20世紀70年代發展至今，分布式光纖傳感器主要包括準分布式光纖傳感器和全分布式光纖傳感器。分布式光纖傳感器是利用光纖的連續特性進行測量，光纖既作傳感器，又作數據傳輸線路，可對光纖經過區的環境參數進行連續測量，獲得被測空間分布狀態和隨時間變化的信息，分布光纖傳感器強度和柔度滿足工程復雜環境要求，耐久性較好。采用全分布式光纖傳感器的全分布式連續測量法，整個光纖長度上任一點都是敏感點，屬于“海量”測量，理論上傳感距離任意長，空間分辨率任意小，檢測沒有盲區。光纖具有不受電磁干擾，靈敏度高，可靠性高，耐腐蝕，體積小等優點，已成為國際研究的熱點。全分布式光纖應力傳感，利用光纖應力敏感特性，連續實時地監測作用于光纖上的應力、壓力或光纖附近的振動，滿足許多特殊環境的要求。但是分布光纖傳感器的測試精度較光柵傳感器低，屬于接觸式測量方法，安裝中易損壞，且安裝過程中需要改變預應力鋼束的原本構造，會影響預應力鋼束的受力及工作性能。

國際上光柵傳感器技術研究始于20世紀70年代，通過在實際工程中安裝光纖光柵傳感器，獲取結構狀態信息。光柵傳感器測試精度可達2~3????????????????????????????????????????????????，能滿足預應力測試的要求。但傳感器亦數據接觸式的傳感器，其在埋設過程中存在易損壞問題，并且安裝工序復雜，對預應力鋼束的正常結構構造存在影響，在預應力鋼束受力產生變形的過程中，會產生由于局部變形過大或者局部擠壓損壞光纖傳感器和數據引線的風險。

現有的包括應變片在內的以上接觸式的測量手段，均存在安裝過程中對預應力鋼束結構構造存在影響的情況，并且在安裝及后期測試過程中易損壞，測試的可靠性不高的缺點。關于結構監測領域的相關專利，采用磁性方法利用獲知線圈的電感變化，得到結構的應力變化，以省時省力、節約成本。如發明專利申請CN102175359A提出一種鋼索/桿構件應力的無源式磁性監測方法及裝置，該裝置通過在被測鋼索上纏繞或穿套螺管線圈，利用鋼索材料的磁特性形成電感傳感器，通過獲知線圈的電感變化，得到鋼索的應力變化。此測試手段同鋼索不直接接觸，可以避免接觸式傳感器易損壞的風險。然而此類磁性方法多運用于斜拉橋或懸索橋的鋼索中，對預應力混凝土箱梁中的縱向預應力鋼束的沿程應力分布狀態的測試適用性不強，且傳感器構造較簡單，沒有考慮溫度對傳感器測試結果的影響，會因為溫度的變化對數據測試結果造成較大誤差，難以滿足工程測試需求，并未具有顯著的優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種預應力鋼束應力分布狀態測試裝置及其測試方法，要解決采用非接觸的方式測試預應力鋼束應力，能夠通過多個測點得到預應力鋼束沿程應力分布的技術問題；并解決在預應力鋼束受力產生變形的過程中，傳感器容易損壞的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：