專利名稱：基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及預應力混凝土構件的預應力鋼筋張拉力的檢測。尤其是一種基于混凝土箱梁 橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統。
背景技術：
預應力混凝土連續(剛構)箱梁橋結構體系具有結構剛度大、行車平順、伸縮縫少、養 護費用低、適用于多種跨度等優點，自20世紀70年代以來，己成為高速公路、城市大中跨 徑混凝土橋梁設計方案的首選。為了減少和控制箱腹板主拉應力，防止腹板混凝土開裂，在 箱梁腹板設置豎向預應力筋已經成為設計的重要內容之一。用精扎螺紋鋼筋作為混凝土箱梁 腹板豎向預應力筋，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 等優點，至目前為止我國已建和在建的單跨跨徑超過100m的預應力混凝土連續(剛構)箱梁 橋梁中應用精扎螺紋鋼筋豎向預應力體系已達數百座之多。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，尤其在大跨度預應力混凝土箱梁橋的 腹板比較明顯。有關文獻披露施加腹板豎向預應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應力損失過大或失效。本申請人在進行大跨度預應力混凝土箱 梁橋施工監控時，對豎向預應力筋的各項損失進行了全面和長期測試(在底端錨下安裝測力
傳感器)，結果表明造成豎向預應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。
由于豎向預應力筋短，張拉過程中延伸量相對縱向預應力筋要小得多，且數量眾多(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計張拉力，如果擰緊 錨固螺母的緊固力度不夠，就會出現幾乎失效現象，豎向預應力筋就成了擺設。即使通過計 算能確定擰緊螺母的扭矩值，采用扭力板手擰緊螺母，或采用二次張拉，但人為因素的影響 依然很大。解決豎向預應力問題最直接、最有效的途徑就是提出一種有效的檢測方法并制定 相應的檢測標準(樁基檢測發展和完善就是實例)。目前，豎向預應力測量方法有在錨下安裝 壓力傳感器、在預應力表面粘貼電阻片測量法、張拉千斤頂油表測試法、預應力筋延伸量測 量法，其中張拉千斤頂油表測試法、預應力筋延伸量測量法雖然簡單易行，僅適合于張拉時 預應力控制且精度較低，壓力傳感器和電阻片測量法，成本過高，且不能重復使用，雖能得 到很好的測試精度，但不能滿足現場對豎向預應力質量進行大面積檢測的要求，無法推廣應 用，僅僅限于科學研究。
發明內容
針對上述情況，本發明的目的提供一種基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢 測系統，該系統結構簡單，它不僅能適應大面積檢測要求，而且能適應由螺母、外露螺栓組 成的各種緊固構件的檢測，檢測成本較低，系統適應面廣，使用安全可靠，便于普及推廣。
為解決上述任務，基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，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，使其下部豎向預埋于混 凝土箱梁橋腹板內經張拉成混凝土箱梁橋腹板的豎向預應力筋，于豎向預應力筋上部設置外 露段，該外露段設一加速度傳感器及擊振器，加速度傳感器與數據采集器、筆記本電腦及電源 電連接，用于聯接數據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，擊振器使豎向預應力筋外露 段振動，此豎向預應力筋外露段的振動信號經信號分析裝置轉換成豎向預應力筋外露段的固 有頻率且由信號分析裝置界面顯示，并應用信號分析裝置中豎向預應力筋張拉力與豎向預應 力筋外露段固有頻率的計算關系式，從而獲取豎向預應力筋兩螺母之間的張拉力。
為了實現結構優化，其進一步措施是
加速度傳感器是經磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固聯于豎向預應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應力筋上部外露段軸線。 豎向預應力筋上部外露段的長度應大于豎向預應力筋直徑的2. 5倍。 豎向預應力筋上部外露段的長度應大于張拉施工預留長度80mm。
擊振器應能使豎向預應力筋上部外露段產生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統。 本發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， 使其下部豎向預埋于混凝土箱梁橋腹板內經張拉成混凝土箱梁橋腹板的豎向預應力筋，于豎 向預應力筋上部設置外露段，該外露段設一加速度傳感器及擊振器，加速度傳感器與數據采集 器、筆記本電腦及電源電連接，用于聯接數據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，擊振器使豎向預應力筋外露段振動，振動信號經信號分析裝置轉換成 豎向預應力筋外露段的固有頻率，并應用信號分析裝置中豎向預應力筋張拉力與豎向預應力 筋外露段固有頻率的計算關系式，從而獲取豎向預應力筋兩螺母之間的張拉力的技術解決方 案，克服了現有混凝土箱梁橋豎向預應力筋張拉力的檢測均不能滿足現場對豎向預應力筋張 拉力質量進行大面積檢測的缺陷。
本發明相比現有技術所產生的有益效果 (I )檢測系統結構簡單，它不僅能適應大面積檢測要求，而且能實現對現有由螺母、外露螺栓組成的斜中緊固構件的檢測；
(II )擊振器能應用于各類型號的使豎向預應力筋上部外露段產生振動的測試振動信息 的系統。
(III) 加速度傳感器是經磁力吸座或橡膠泥或石膏泥固聯于豎向預應力筋上部外露段頂 端處的，它與豎向預應力筋的聯結或分離均十分方便，提高了測試系統的快速監測能力；
(IV) 它具有快速、重復安裝與安全使用功能；
(V) 它徹底地解決了豎向預應力損失過大和失效的問題，對防止預應力混凝土箱梁橋 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、經濟效果，商業前景十分可觀。
它適合大跨度預應力混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉的檢測。 下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的測試系統和操作流程作進一步詳細的說明。
圖1為本發明基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統的主視圖。 圖2為本發明基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統豎向預應力筋張拉 力計算原理圖。
圖中1、螺紋鋼筋，la、豎向預應力筋，101、信號分析裝置，102、計算關系式，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、數據采集器，10、筆記本電腦電，L、豎向預應力筋上部外露段總長度，Lt、套于豎向預 應力筋的螺母厚度，L2、豎向預應力筋外露段長度，L3、螺母頂面至加速度傳感器內邊緣距離。
具體實施例方式
參見附圖，基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，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下部豎向預埋 于混凝土箱梁橋腹板5內經張拉成混凝土箱梁橋腹板5的豎向預應力筋la，于豎向預應力筋 la上部設置外露段6,為了達到較可靠的測量效果，豎向預應力筋la上部外露段6的長度應 大于豎向預應力筋la直徑的2.5倍；同時，豎向預應力筋la上部外露段6的長度應大于張 拉施工預留長度80mra。豎向預應力筋la外露段6設一加速度傳感器7及擊振器8，加速度傳 感器7是經磁力吸座71或橡膠泥72或石膏泥73固聯于豎向預應力筋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應能使豎向預應力筋 la上部外露段6產生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統；加速度傳感器7與數據采 集器9、筆記本電腦10及電源103電連接，用于聯接數據采集器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使豎向預應力筋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應力筋la上部外露段6軸線；此豎向預應力筋 la外露段6的振動信號經信號分析裝置101轉換成豎向預應力筋la外露段6的固有頻率且 由信號分析裝置101界面顯示，并應用信號分析裝置101中豎向預應力筋la張拉力與豎向預 應力筋la外露段6固有頻率的計算關系式102，從而獲取豎向預應力筋la兩螺母3之間的 張拉力。
本發明的安裝、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，先按圖設置模板，澆 灌箱梁橋腹板混凝土51，混凝土達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，形成腹板豎向預應力筋la，豎向預應力筋la上部按要求 設置外露段6，該外露段6的長度是張拉螺紋鋼筋1時必須預留的，按照施工規范要求至少 應大于張拉施工預留長度80mm，才能確保張拉過程的安全與可靠，本發明的豎向預應力筋la 上部按要求設置外露段時應考慮適應其他檢測系統的使用。
② 基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉的檢測系統，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 成為豎向預應力筋la。
實施例B
① 經施工操作完成了由螺紋鋼筋1轉變為豎向預應力筋la的過程，按要求豎向預應力筋 la上部外露段6的長度應大于豎向預應力筋la直徑的2. 5倍，豎向預應力筋la上部外露段 6的長度應大于張拉施工預留長度80mm，豎向預應力筋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固聯安裝加速度傳感器7， 加速度傳感器7的振動方向應垂直于豎向預應力筋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及聯結絲桿的總重量為209g。③ 加速度傳感器選購適配的DH—5922數據采集器9，數據采集器9經配套的電荷適調器 H5857-l與加速度傳感器7用屏蔽電纜相聯，電纜兩端為插針式，它們通過加速度傳感器7 的插座與數據采集器9配套的電荷適調器H5857-l的插座相聯結。
④ 數據采集器9與筆記本電腦10用1394聯結方式聯接。
⑤ 接通數據采集器9，使用信號分析裝置101運行于筆記本電腦10中且與數據采集器9 配套，按照數據釆集器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，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應能使豎向預應力筋la上 部外露段6產生振動，并能用于測試各類振動信息檢測系統，由人工用手采用脈動方式輕微 擊振豎向預應力筋la外露段6的頂端處，擊振的方向應垂直于豎向預應力筋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應力筋la外露段6的振動信號，進行頻率分析，獲取豎 向預應力筋la外露段6的一階振動頻率。
⑥ 豎向預應力筋la張拉力計算 參見附圖
1)計算原理
視豎向預應力筋la上部按要求設置外露段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部分的豎向預應力筋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，豎向預應力筋la上部按要求設置外露段6加外套螺 母4部分為一懸臂梁有不同的剛度，則相應有不同的固有頻率，利用固有頻率與剛度的關系，
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為豎向預應力筋la外露段6的一階振動頻率
<formula>formula see original document page 7</formula>其中/為豎向預應力筋la上部按要求設置的外露段6的抗彎剛度，￡為豎向預應力筋la 上部按要求設置的外露段6的彈性模量，附2為豎向預應力筋la上部按要求設置的外露段6 的單位長度的質量，M為加速度傳感器7和磁力吸座71的質量。
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為豎向預應力筋la外露段6的張拉力。
上述實施例中豎向預應力筋外露段長度L2為116mm，所測出的一階頻率為753. 1Hz，則張 拉力為45. 63噸。
以上僅僅是本發明的較佳實施例，根據本發明的上述構思，本領域的熟練人員還可對此 做出各種修改和變換。例如，豎向預應力筋上部按要求設置外露段，以及外露段經磁力吸座或 橡膠泥或石膏泥達到快速安裝傳感器，且傳感器安裝在豎向預應力筋不同的位置，將信號分 析儀與筆記本電腦部分功能合二為一，并將原理關系式固化在合二為一儀器中，信號采集器 與計算機聯接等相互連接及結構的修改和變換，計算關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明的實質。
權利要求
1、基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特征在于它包括螺紋鋼筋
2、 根據權利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特 征在于加速度傳感器(7)是經磁力吸座(71)或橡膠泥(72)或石膏泥(73)固聯于豎向預應 力筋(la)上部外露段(6)頂端處。
3、 根據權利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特 征在于加速度傳感器(7)的振動方向是垂直于豎向預應力筋(la)上部外露段(6)軸線。
4、 根據權利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特 征在于豎向預應力筋(la)上部外露段(6)的長度應大于豎向預應力筋(la)直徑的2. 5倍。
5、 根據權利要求l所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特 征在于豎向預應力筋(la)上部外露段(6)的長度應大于張拉施工預留長度80mm。
6、 根據權利要求1所述的基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，其特 征在于擊振器(8)應能使豎向預應力筋(la)上部外露段(6)產生振動，并能用于測試各類 振動信息檢測系統。
全文摘要
基于混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉力的檢測系統，它包括螺紋鋼筋、波紋套管及螺母，其下部豎向預埋于混凝土箱梁橋腹板內經張拉成豎向預應力筋，于豎向預應力筋上部設外露段，外露段設加速度傳感器及擊振器，并與數據采集器、筆記本電腦及電源電連接，用于聯接數據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應力筋外露段振動并經信號分析裝置轉換成豎向預應力筋外露段的固有頻率，并應用計算關系式獲取豎向預應力筋兩螺母間的張拉力，克服了現有混凝土箱梁橋豎向預應力筋張拉力的檢測均不能滿足現場對豎向預應力筋張拉力質量進行大面積檢測的缺陷；它適合大跨度預應力混凝土箱梁橋腹板豎向預應力筋張拉的檢測。
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 優先權日2008年11月28日
發明者濤 楊, 沈明燕, 鐘新谷 申請人:湖南科技大學