錨桿張力檢測(cè)

1、錨桿張力檢測(cè)1.測(cè)試的意義在當(dāng)今社會(huì)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在提示著安全的重要性，其中，交通公路等質(zhì)量檢測(cè)也被人們尤為關(guān)注。今天，我們說(shuō)一說(shuō)在預(yù)應(yīng)力橋梁中常用著的錨桿張力檢測(cè)。錨桿張力檢測(cè)錨桿張力檢測(cè)錨桿張力檢測(cè)錨桿張力檢測(cè) 錨索張力檢測(cè)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力體系的水利水電、公路鐵路建設(shè)中,隧道、邊坡、山體加固等工程大量應(yīng)用了錨桿錨固技術(shù)，其中以預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、巖錨等為代表的預(yù)應(yīng)力體系在交通、鐵道等土木工程建設(shè)中占極其重要的地位。然而，由于鋼絞線的腐蝕、斷裂，混凝土老化或巖體表面風(fēng)化等各種原因，隨時(shí)間推移會(huì)引起預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象。不僅會(huì)改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，影響使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重大事故。根據(jù)國(guó)外某道路公團(tuán)的一份調(diào)

2、查報(bào)告，在使用超過(guò)20年的邊坡錨索中，有1/3左右已經(jīng)完全失效。錨桿錨索的檢測(cè)成為我們必須面臨的問(wèn)題。此外，在預(yù)應(yīng)力橋梁的施工過(guò)程中，由于種種原因，普遍存在著張力不足的問(wèn)題。特別是在個(gè)別預(yù)應(yīng)力梁中，存在鋼絞線不連續(xù)的現(xiàn)象（如下圖），其張力嚴(yán)重不足。從而極大地威脅橋梁的安全。因堵塞、管壁變形而鋼絞線不連續(xù)部分鋼絞線不連續(xù)圖11 鋼絞線不連續(xù)的狀況造成鋼絞線不連續(xù)的原因主要有：（1） 在反彎點(diǎn)，以及管壁變形，或者管壁破損造成混凝土漿液流入硬化，使得鋼絞線難以穿過(guò)。此時(shí)，有的施工人員就采取從兩端伸入鋼絞線的方法（圖1-1中上圖）；（2） 有的施工人員則惡意地偷工減料，在兩端設(shè)置設(shè)計(jì)的鋼絞線，而在中間

3、則減少鋼絞線的根數(shù)；內(nèi)部缺少鋼絞線錨索外面為正常錨索 照片11鋼絞線不連續(xù)的狀況由于鋼絞線的有效截面不夠，所以無(wú)法張拉到設(shè)計(jì)的張力，甚至完全不張拉。其造成的危害很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋梁的斷裂。因此，如果能夠準(zhǔn)確地測(cè)出錨索/桿的現(xiàn)有張力（也稱(chēng)為“有效預(yù)應(yīng)力”），也可以推斷出鋼絞線的連續(xù)性，從而有效地杜絕這類(lèi)惡性事件的發(fā)生。對(duì)于空懸的鋼索，其張力有較好的測(cè)試方法（基于自振頻率）。而對(duì)埋入結(jié)構(gòu)內(nèi)部的錨索體系，基于自振頻率的測(cè)試方法則有很大的局限，因此，迄今尚無(wú)有效的張力測(cè)試方法。為此，在綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我們提出了基于等效質(zhì)量法（TTEM）的埋入式預(yù)應(yīng)力測(cè)試原理和方法：該方法通過(guò)對(duì)錨頭激

4、振并測(cè)試錨頭的振動(dòng)響應(yīng)，從而可以推算埋入式錨索/桿的張力。該方法已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)：ZL200910177856.5。我公司研發(fā)的產(chǎn)品巖錨多功能檢測(cè)儀SRB-MATS(里有相關(guān)信息)在專(zhuān)用檢測(cè)錨桿錨索張力、錨索桿灌漿密實(shí)度上獲得了很好成效。1.1 錨固力的測(cè)試方法和原理預(yù)應(yīng)力橋梁的錨索大體可以分為兩類(lèi)，即1） 空置錨索：錨索本身自由，僅端部鉸接2） 埋入式錨索：錨索埋入到結(jié)構(gòu)體中，僅錨頭露在外部。這兩種錨索張力的測(cè)試方法有顯著的區(qū)別。1.1.1 空置錨索的有效張力對(duì)于空懸錨索（如懸索橋、斜拉橋），其張力測(cè)試均是基于弦振動(dòng)理論，即通過(guò)錨索自振頻率與張力之間的關(guān)系來(lái)推算（圖1-1-1），張

5、力越大，自振頻率越高。錨索的張力（單位為N）與其第階橫向自振頻率的關(guān)系可以表示如下： （1-1-1）其中，為錨索自由部分的長(zhǎng)度（計(jì)算長(zhǎng)度，略短于實(shí)際長(zhǎng)度，單位為m）；為錨索的線密度，即單位長(zhǎng)度的質(zhì)量（kg/m）；為錨索的抗彎剛度（N·m2）在實(shí)際的測(cè)試中，特別是在短錨索、短拉桿的測(cè)試中，有兩個(gè)影響因素要注意：1） 計(jì)算長(zhǎng)度的確定2） 測(cè)試頻率的階數(shù)低張力下，弦的固有振動(dòng)頻率低高張力下，弦的固有振動(dòng)頻率高圖11-1 自由繩索張力與自振頻率間的關(guān)系1.1.2 埋入式錨索的有效張力埋入錨索與空懸錨索的邊界條件有很大的不同，而且埋入式錨索無(wú)法對(duì)內(nèi)部錨索激發(fā)自由振動(dòng)，只能通過(guò)對(duì)錨頭或露出錨索激

6、振。因此，單純依靠頻率的測(cè)試方法有非常大的缺陷，嚴(yán)重影響了測(cè)試范圍和測(cè)試精度。為此，我們將錨頭、墊板等簡(jiǎn)化為如下的模型。即將錨頭與墊板、墊板與后面的混凝土或巖體的接觸面模型化成如下的彈簧支撐體系。該彈簧體系的剛性與張力（有效預(yù)應(yīng)力）有關(guān)，當(dāng)然張力越大，也越大。另一方面，在錨頭激振誘發(fā)的系統(tǒng)基礎(chǔ)自振頻率可以簡(jiǎn)化表示為 （1-2-1）在上式中，如果為一常值，那么根據(jù)測(cè)試的基頻即可較容易地測(cè)出張力。然而，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，埋入式錨索在錨頭激振時(shí)，其誘發(fā)的振動(dòng)體系并非固定不變，而是會(huì)隨著錨固力的變化而變化。錨固力越大，參與自由振動(dòng)的質(zhì)量也就越大。彈簧支撐鋼材-鋼材彈簧支撐鋼材-混凝土/巖體圖11-2 預(yù)應(yīng)

7、力測(cè)試的基本理論在此基礎(chǔ)上，我們提出了基于“等效質(zhì)量”原理的有效張力測(cè)試?yán)碚摵蜏y(cè)試方法。利用激振錘（力錘）敲擊錨頭，并通過(guò)粘貼在錨頭上的傳感器拾取錨頭的振動(dòng)響應(yīng)，從而能夠快速、簡(jiǎn)單地測(cè)試錨索（桿）的現(xiàn)有張力。圖11-3 等效質(zhì)量法測(cè)試的基本概念低張力時(shí)，振動(dòng)體系小高張力時(shí)，振動(dòng)體系大圖11-4 等效質(zhì)量法的基本概念1.2 模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證及應(yīng)用同時(shí)，我們根據(jù)該理論開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的張力測(cè)試技術(shù)（圖1-1-3）和設(shè)備。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該理論的正確性。驗(yàn)證結(jié)果還表明，該技術(shù)的測(cè)試范圍、精度和測(cè)試效率能夠滿足工程實(shí)際的要求，已達(dá)到了實(shí)用水平。1.2.1 基礎(chǔ)模型試驗(yàn)（本公司）1） 試驗(yàn)概要澆筑

8、了如下的混凝土塊模型。圖12-1 張力測(cè)試模型2） 試驗(yàn)結(jié)果下圖顯示了測(cè)試得到的傳統(tǒng)的張力-頻率關(guān)系。可以看出，當(dāng)張力超過(guò)150KN后，測(cè)試得到的自振頻率已基本不再變化。這說(shuō)明了單純采用頻率的方法是無(wú)法有效地測(cè)試埋入式預(yù)應(yīng)力體系的有效預(yù)應(yīng)力的。圖12-2 張力-自振頻率的關(guān)系以及我們提出的等效質(zhì)量法（TTEM）的測(cè)試結(jié)果。圖12-3 等效質(zhì)量法的回歸關(guān)系圖1-2-4 室內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以看出：（1） 傳統(tǒng)的單純采用頻率的方法無(wú)法適用較高張力狀態(tài)。而等效質(zhì)量法（TTEM）則在整個(gè)張力量程內(nèi)保持了較好的相關(guān)關(guān)系，從而能夠適用于張力檢測(cè)；（2） 室內(nèi)驗(yàn)證的結(jié)果表明，最大測(cè)試誤差為設(shè)計(jì)值的12%，平均

9、測(cè)試誤差為3.7%。1.2.2 測(cè)試流程在利用本技術(shù)進(jìn)行張力測(cè)試時(shí)，對(duì)于不同型式的錨索，需要事先進(jìn)行標(biāo)定以確定相應(yīng)的參數(shù)。未標(biāo)定型式錨索張拉、（3點(diǎn)以上）得到特征參數(shù)測(cè)試張力利用特征參數(shù)測(cè)試張力已標(biāo)定型式錨索圖12-7 混凝土材質(zhì)無(wú)損檢測(cè)流程如果限于條件無(wú)法進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，可參考我們提供的同型錨具的參數(shù)。如果無(wú)同型錨具，則可以參考相近錨具的參數(shù)，再按照設(shè)計(jì)張力按比例修正。1.3 特點(diǎn)和適用范圍1.3.1 特點(diǎn)1） 測(cè)試精度高：根據(jù)大量的驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果，本設(shè)備的測(cè)試誤差一般小于10%，滿足工程的要求。2） 適用范圍廣（1） 適用對(duì)象：可適用于量程從數(shù)十KN到數(shù)千KN的錨索；（2） 適用范圍；在設(shè)計(jì)張力范圍內(nèi)均可適用，而在20-80%量程區(qū)間，測(cè)試精度更高；（3） 適用型式種類(lèi)：通過(guò)標(biāo)定，可適用于錨頭外露的各種錨索（桿）和螺栓；（4） 無(wú)論是灌漿前還是灌漿后，均可測(cè)試。1.3.2 與其他方法相比的優(yōu)越性目前，作為測(cè)試張力的方法主要有拉拔試驗(yàn)和預(yù)置張力計(jì)。表1-3-1 測(cè)試方法的對(duì)比方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)拉拔試驗(yàn)測(cè)試原理簡(jiǎn)明ü 測(cè)試設(shè)備較為龐大、復(fù)雜；ü