钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究

【３】
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【９】 【８】 ［７】 【６】
●
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【３】
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预应力钢绞线完成预应力损失后，钢绞线建 立的有效预应力，可以用不同方法测量。例如机 械引伸计法，测量钢绞线受拉后两点之间的伸长 值；也可将钢绞线外表面螺旋凹陷部用树脂类材 料填充，使其为光圆表面，再贴应变片测量其轴 向应变，对于先张法也可用专用仪器测量预应力 等等。上述几种测试方法可分为两类：一类为引 伸计法，这种方法在后张法中基本不能应用，因 为引伸计有一定体积，不可能进入预留孔道中安 装，在先张法中则只能测到未浇混凝土前的部分 预应力损失。另一类就是应变片法【３＇４ｊ，将钢绞线 表面凹部填充形成光圆表面也不易做到，因为钢 绞线钢丝之间的铁锈等脏物必须清除干净，用丙 酮等强力去污液体洗清洁净后，方能使树脂类材 料与钢绞线粘结牢固，以利传递应力及变形【５１； 而树脂类材料有较严重的蠕变特性，且其弹性常 数极不稳定，其值比钢绞线及其高强钢丝弹性常 数小得多【６】，难以测到钢绞线轴向的真实应变。 如前所述，钢绞线是由多根高强钢丝扭结而 成，各表面钢丝与钢绞线轴线成一角度［＿ｎ引，要 测量钢绞线轴向应变是很困难的。其一是钢绞线 表面凸凹不平，电测时应变片无法沿钢绞线轴线 方向表面粘贴；其二是预应力钢绞线一般用后张 法施工，在已浇筑好的混凝土结构构件中预留孔 道，无法用机械方法如引伸仪测量其中间某段处 的伸长。由于以上原因，测量钢绞线轴向应变时， 只能根据钢绞线是由多股钢丝扭结而成的特点， 用适当的方式测量轴向拉力作用下沿表面钢丝轴
应变片
２偏轴应变与轴向应变的关系
图２钢绞线偏轴应变测量
在后张法预应力钢绞线混凝土结构中，取出 一段钢绞线为隔离体（图１）。隔离体沿轴线方向
试样在试验机上作拉伸试验时，截面有轴向 拉应力仃：．Ｐ／Ａ，在轴向拉应力作用下，钢绞线 上同时产生偏轴应变￡７和轴向应变￡，在弹性限 度内，当用荷载等量增量法加载时，每增加一级 应力增量，就会有相应的应变增量△￡７和△￡产 生，部分实验结果见表１，实验结果用３００ ｋＮ万
２７．３２．
孙训方，方孝淑，陆耀洪．材料力学（上册）［Ｍ】．北 京：高等教育出版社，１９８７．
（下转第２２５页）
第３期
高健智等：特征的指标量化， 从而能用以上理 论对物流系统进行协调性分析。
参考文献
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８００
重
６００
长 遥４００
２００
０ Ｏ １０００ ２０００ ３０００
ｅ
４０００
５０００
４结语
（１）测量出预应力钢绞线的偏轴应变，转换 为轴向应变，由此换算钢绞线的有效预应力和预拉 力。 （２）提出的偏轴应变测量方法，对于预应力 钢绞线混凝土结构中的钢绞线，不论是施工阶段， 还是使用阶段都是适用的。 （３）实际应用中，可直接将偏轴应变Ｆ７及相 当弹性模量Ｅ’的实测值代入相关公式，计算出预 应力钢绞线的轴向预应力。
４４４—４４６．
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１钢绞线应变测量
钢绞线主要用作预应力混凝土结构中的预应 力钢筋。预应力钢筋在结构施工阶段和使用阶段 由于各种原因，会使张拉控制应力减小，减小的 这部分预应力称为预应力损失。预应力损失的定 量计算在现行规范中有明确规定，张拉控制应力 减去预应力总损失后，就是预应力钢筋建立的有 效预应力。 预应力的各种损失，都有相应的计算公式， 但计算结果并不十分理想，对于重要的工程结构 或新犁结构，常常在施工现场实测预应力损失【２Ｊ， 以获得结构中实际建立的有效预应力大小。
皓１．９０×１０５ ＭＰａ，Ｅ７＝２．３７×１０５
ＭＰａ代入式（７），
得偏轴应变￡７与钢绞线轴向应变ｇ的关系： ￡＝——＝Ｋ￡＝１．２，￡ ￡：型：Ｋ￡，：１．２５￡，
Ｅ
参考文献
由此得到转换系数肚１．２５。计算轴向应变时
应将实测偏轴应变值用式（７）进行转换，将实测 偏轴应变值乘以转换系数Ｋ。 计算轴向应力和轴向拉力时，将实测偏轴应 变，按照式（７）转换为轴向应变，然后计算钢 绞线的轴向应力盯＝Ｅ￡及轴向拉力Ⅳ＝Ａ盯。 当在实验室测得Ｅ７，又在现场实测到￡７时， 亦可直接用式（３）或式（５）计算出钢绞线拉应 力仃，再计算有效张拉力ＪⅣ。 ３．２讨论 从图３可看出％大于％，由此可知： ｔａｎ必＞ｔａｎ％，即￡７＞￡。从式（１）和（２）可知， ￡７＝￡／∥７，由于∥’＜ｌ，故Ｅ７＞Ｅ，实验结果与 理论分析是完全相同。只要测出偏轴应变￡７，即 可求出Ｅ’及Ｆ。其中相当弹性模量Ｅ７，可用电测 法测量。 关于“斜向效应系数∥“’，对于实际的工程应 变测试中，并不需明确测出。若欲测出∥７也不难 实现，因为∥＝酬∥’，用电测法出Ｅ７或￡’，用 机械式引伸计测出Ｅ或Ｆ，则∥自然求得，亦与 泊松比的测试类同。但要注意的是，泊松比是横
变方法测定预应力混凝土结构中钢绞线的预拉应 力提供了方便。
３实验与讨论
３．１实验
对单束７矿５，截面面积Ａ＝１４０岫２，材料强
度标准值矗ｋ＝１
７５０
ＭＰａ的钢绞线试样作拉伸测
试（图２）。沿钢丝方向粘贴应变片，钢丝轴线方 向与钢绞线轴线方向的夹角为口，沿钢丝方向的 应变￡７，即偏轴应变；在ａ，ｂ之间安装机械式 引伸计，可测出ａ，ｂ两点的伸长值，由此可算出 轴向应变￡。
式（５）中：Ｅ７＝ｔａｎ％钢绞线相当弹性模量。对 于轴向应变￡与轴向应力仃：
仃＝ｔａｎ％￡＝￡￡ （６）
式（６）中：Ｅ＝ｔａｌｌ％为钢绞线轴向拉伸弹性模 量，实验测定正ｂ１．９０×１０’ＭＰａ。
第３期
１０００
易贤仁：钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究
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向应变与纵向应变的比值【９ｌ，是在均匀、连续的 材料上测出的，而∥’是钢绞线的轴向拉应力作用 时，其轴向应变与钢丝方向应变的一种比例关系， 是分析过程中借用的一种方法。钢绞线中的钢丝 本身虽然连续，但与组成钢绞线的其它钢丝之间 是不连续的，这就是斜向效应系数口７与泊松比不 同的之处。
仃＝Ｅ７９７ （３） （２）
从表ｌ可知，在同级荷载增量作用下，偏轴 应变￡７的数值小于轴向应变￡的数值，根据表ｌ 作出应力应变图形，如图３。由图可见，应＿，｜丁应 变曲线与水平轴的夹角，％＞％。ｑ是轴向应力 应变曲线与水平轴的夹角；醌是轴向应力（偏轴） 应变曲线与水平轴的夹角。 由图３得偏轴应变与轴向应力的关系：
应变／ｐ
图３钢绞线应力应变曲线
式（５）和式（６）中的应力是相等的，即 Ｅ‘￡．＝Ｅ￡．可得： ￡＝Ｅ。￡‘ｆＥ＝Ｋ￡．
Ｑ、）
式（７）与式（４）完全相同。当由实验测出Ｅ７ 后，即可将￡’转换为￡。实验测得当拉力Ⅳ每增 加２０ｋＮ时，钢丝偏轴应变￡’平均增加６０４崛；
由式（５）得Ｅ７＝Ｊｖ／胎’＝２．３７×１０５ Ｍｐａ，将
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图１钢绞线轴向应变与偏轴应应变
能材料试验机，电阻应变仪及引伸计测出。
表ｌ钢绞线轴向拉伸应变测试结果
两端作用拉应力仃，钢绞线轴线方向应变为￡， 与轴线成目夹角方向的表面钢丝方向应变为￡７， 称为偏轴应变。设Ｅ为钢绞线轴向拉伸弹性模量， 根据虎克定律：
仃＝Ｅ￡ （１）
偏轴应变￡７与轴向应￡的关系为： ￡７＝∥２ 将式（２）代入式（１），得：
盯＝ｔａｌｌ磁￡，＝￡０’ （５）
偏轴应变￡７和轴向应变￡都是在相同的轴 向应力仃作用下引起的，因此式（１）与式（３） 应相等，得： ￡＝Ｅ’￡。｝Ｅ＝Ｋ￡‘０吣 上列各式中：“’为钢绞线的斜向效应系数； Ｅ’＝驯∥’为钢绞线的相当弹性模量，可用实验方 法测出；Ｋ＝Ｅ，／Ｅ为偏轴应变与轴向应变的转换 系数，Ｅ为钢绞线的轴向拉伸弹性模量，可在实 验室用机械式引伸计测出。 将实测得到的钢绞线偏轴应变￡７乘以转换 系数髟，即转换为轴向应变Ｆ。这就为用电阻应
第２５卷第３期
２００８年９月
华中科技大学学报（城市科学版）
Ｊ．ｏｆ ＨＵＳＴ．（Ｕｒｂａｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２００８
Ｅｄｉｔｉｏｎ）
钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究