预应力张力的检测

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外面为正常锚索
内部缺少钢绞线 锚索
钢绞线不连续的状况 由于钢绞线的有效截面不够，所以无法张拉到设计的张力，甚至完全不张拉。其造 成的危害很大，严重时会导致桥梁的断裂。因此，如果能够准确地测出锚索/杆的现有 张力（也称为“有效预应力” ） ，也可以推断出钢绞线的连续性，从而有效地杜绝这类恶 性事件的发生。 对于空悬的钢索、拉杆，其张力有较好的测试方法（基于自振频率） 。而对于拉杆、 特别是填充拉杆，由于其内部钢绞线与外套之间存在脱空现象，使得钢绞线与拉杆壳体 间的振动不一致以及难以确定振动质量及抗弯刚度，使得张力测试非常困难。此外， 埋 入结构内部的锚索体系，基于自振频率的测试方法则有很大的局限，因此，迄今尚无有 效的张力测试方法。 为此，在综合国内外现有先进技术的基础上，我们提出了基于等效质量法（TTEM） 的埋入式预应力测试原理和方法：该方法通过对锚头激振并测试锚头的振动响应，从而 可以推算埋入式锚索/杆的张力。 该方法已获得国家发明专利，专利号：ZL200910177856.5。
2.测试方法和原理
埋入锚索与空悬锚索的边界条件有很大的不同， 而且埋入式锚索无法对内部锚索激 发自由振动，只能通过对锚头或露出锚索激振。因此，单纯依靠频率的测试方法有非常 大的缺陷，严重影响了测试范围和测试精度。
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高张力时，振动体 系大
等效质量法的基本概念
3.特点和适用范围
特点
1） 测试精度高： 根据大量的验证试验的结果，本设备的测试误差一般小于 10%FS（量程） 。 2） 适用范围广 （1） 适用对象：可适用于量程从数十 KN 到数千 KN 的锚索； （2） 适用范围；在设计张力范围内均可适用，而在 20-80%量程区间，测试精度 更高； （3） 适用型式种类：通过标定，可适用于锚头外露的各种锚索（杆）和螺栓；
（4） 无论是灌浆前还是灌浆后，均可测试。
4.与其他方法相比的优越性
目前，作为测试张力的方法主要有拉拔试验和预置张力计。
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测试方法的对比 方法 � � 优点 测试原理简明 可测试单束钢绞线的张力 � � � � 预置张力计、 应 � 变计、磁通量 测试方便、快捷； 也可适用于已灌浆孔道； 可连续监测 � � 缺点 测试设备较为庞大、复杂； 不适用于已灌浆孔道； 有可能破坏垫片 一般不用于检测 成本较高，应变计易损坏； 设置钢筋计需切断钢筋， 增加 不安全因素； 本技术 � � � � 测试原理复杂； 对同型锚具需标定；
主要影响因素
在实际的测试中，以下影响因素要注意： 1） 边界条件的影响以及计算长度的确定 2） 测试频率的阶数的确定 3） 阻尼器的影响 4） 外壳的影响，包括外壳承担的张力，振动频率的影响等
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基本理论
对于空悬和张紧的锚索、拉杆/吊杆 (其垂度影响忽略不计时)，其横向振动可以用 轴力作用下两端固结粱的振动模型来模拟。 锚索的张力 T （单位为 N）与其第 N 阶横向自振频率 f N 的关系可以表示如下：
T=
4 ρ ⋅ L2 ⋅ f N EI ⋅ N 2 ⋅ π 2 − N2 L2
2
（2-1）
2.测试方法和原理
空置锚索、拉杆/吊杆大体可以分为两类，即 1） 均质结构：锚索、拉杆本身均质 2） 层状结构：锚索外部有外壳保护层。 这两种对象的测试方法有一定的区别。
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在本系统中，综合地考虑了以上各种因素： 1） 不仅考虑了拉杆抗弯刚度的影响，而且可在一定程度上自动修正边界条件的影 响[2]； 2） 自动修正阻尼器的影响[3]； 3） 通过对自由（不受拉）状态下外壳振动模态的计算，可以分离外壳与内部钢绞 线的振动频率，同时也可以测试外壳的受力状态。
外壳 /填充密实 外壳/
弹簧支撑 -钢材 钢材 钢材弹簧支撑 -混凝土 /岩体 钢材 钢材混凝土/
预应力测试的基本理论
等效质量法测试的基本概念
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低张力时，振动体 系小
其中， L 为锚索自由部分的长度（计算长度，略短于实际长度，单位为 m） ；
ρ 为锚索的线密度，即单位长度的质量（kg/m） ；
EI 为锚索的抗弯刚度（N·m2）
低张力下，弦的固 有振动频率低
拉杆 传感器
高张力下，弦的固 有振动频率高
自由锚索张力与自振频率间的关系 当抗弯刚度较小（如锚索）且其长度较长时，式 2-1 中第 2 项趋近于 0，其可退化 为弦振动理论。
部分钢绞线不连续
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钢绞线不连续的状况 造成钢绞线不连续的原因主要有： （1） 在反弯点，以及管壁变形，或者管壁破损造成混凝土浆液流入硬化，使得 钢绞线难以穿过。此时，有的施工人员就采取从两端伸入钢绞线的方法 （2） 有的施工人员则恶意地偷工减料，在两端设置设计的钢绞线，而在中间则 减少钢绞线的根数；
外壳 /填充不密实 外壳/ 拉杆填充的形式
无Fra Baidu bibliotek壳 /填充密实 无外壳/
埋入锚索锚下张力检测
1.测试的意义
此外，在预应力桥梁的施工过程中，由于种种原因，普遍存在着张力不足的问题。 特别是在个别预应力梁中，存在钢绞线不连续的现象（如下图） ，其张力严重不足。从 而极大地威胁桥梁的安全。
因堵塞、管壁变形而 钢绞线不连续
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预 应 力 混 凝 土 梁 多 功 能 检 测 仪 （ SPC-MATS ） SPC-MATS）
空悬锚索、拉杆、吊杆张力检测
为此，我们将锚头、垫板等简化为如下的模型。即将锚头与垫板、垫板与后面的混 凝土或岩体的接触面模型化成如下的弹簧支撑体系。 该弹簧体系的刚性 K 与张力（有效预应力）有关，当然张力越大， K 也越大。另 一方面，在锚头激振诱发的系统基础自振频率 f 可以简化表示为
f =
1 2π
K M
在上式中，如果 M 为一常值，那么根据测试的基频 f 即可较容易地测出张力。然 而，通过实验发现，埋入式锚索在锚头激振时，其诱发的振动体系并非固定不变，而是 会随着锚固力的变化而变化。锚固力越大，参与自由振动的质量也就越大。 在此基础上，我们提出了基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法。 利用激振锤（力锤）敲击锚头，并通过粘贴在锚头上的传感器拾取锚头的振动响应， 从 而能够快速、简单地测试锚索（杆）的现有张力[4]。
拉拔试验
可以看出，本技术与拉拔试验结合，可以取长补短，较为圆满地解决张力检测的问 题。
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结语
我们潜心多年研制的技术和设备可以对预应力梁、岩锚、拉杆/吊杆、锚索的张力 进行综合无损检测。经过大量的现场验证，其测试精度、测试效率、适用范围等均可满 足工程要求，对保证工程质量具有非常积极的意义。自 2011 年初推向市场以来，在较 短的时间内已在多个桥梁工程中得到了综合性的应用。 在该设备中，包含了大量的独创性技术，如等效质量法（TTEM）等以及拉杆外壳影 响因素的消除技术等。这些方法使得我们的测试技术得到了国内外广泛的认可，均已申 请了国家发明专利并取得多项授权。 在此，我们衷心期望这些技术、方法和设备能够为我国的土木工程建设贡献自己的 力量，同时也期待着在实际应用中不断地完善和成熟。
1.测试的意义
斜拉桥、吊桥和中、下承式拱桥、幕墙、大跨度屋顶等结构以其良好的跨越能力和 优美的造型受到设计者青睐。在其施工及成桥后的维护中，拉索与吊杆的张力测试将贯 穿整个过程。 目前国内外常用的索力测试方法有以下几种： 1) 油压表法：由张拉系统上经过标定的油压表直接读出张力； 2) 传感器法：在拉索或吊杆锚头与垫板之间放置压力传感器测定其张力； 3) 频率法：测取拉索或吊杆自振频率后根据张力与自振频率之间的关系算得张 力； 4) 磁通量法： 在拉索或吊杆中放置电磁传感器， 通过其磁通量的变化来测定张力。 上述几种测试方法中，现阶段以频率法最为经济、实用，因而应用最为普遍。本技 术体系也以构件的自振频率为基础。
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预应力张力的检测
（四川升拓检测技术有限责任公司，四川 成都 610045）
摘要：预应力张力检测主要分为：1.空悬锚索、拉杆、吊杆张力检测；2.埋入锚索 锚下张力检测。文章讲述了以上两种情况的预应力张力检测方法，以及其特点和适用范 围。 关键词：预应力检测，预应力张力，预应力张力检测，锚杆张力检测 预应力结构（混凝土梁、岩锚、吊杆、拉杆等）在运行的过程中，不可避免地会出 现各种老化、劣化现象（如混凝土强度降低，预应力损失等） 。同时，在预应力结构的 制作中，预应力张力的损失也时有发生，严重时甚至造成安全隐患和垮桥等恶性事故， 从而造成社会经济的损失。 我们历时 10 余年， 与国内外相关机构合作开发了一整套针对这预应力/张力的解决 方案和技术体系。该方案基于无损检测技术，具有测试效率高、可靠性好、对结构无损 伤等特点，可以大大地提高预应力梁的质量保证度。 该技术体系的检测内容主要包括： 1) 埋入预应力体系的锚下预应力； 2) 空悬拉杆、吊杆、锚索的张力。 整个技术体系的测试精度和效率达到工程要求， 已在国内外上百个桥梁工程中得到 了实际应用。此外，与预应力结构相关的技术还有： 1) 预应力孔道的灌浆密实度（纵向、横向及竖向） ； 2) 混凝土的材质、缺陷、厚度尺寸等 我们具有相关技术的全部知识产权，并申请和获得了多项国家发明专利，产品出口 到日本等海外。