本发明专利技术公开了一种在役预应力钢筋局部位置有效应力的检测装置及测量方法，该装置将夹具通过支架固定于套筒上，夹具夹在待测预应力钢筋上，制动器、质量球套在导轨上用制动器固定，导轨一端固定于套筒上，导轨另一端与待测预应力钢筋紧密接触，套筒内壁中心放置点光源，沿套筒轴线方向放置一定长度的光电条带，点光源和光电条带相对布置并与数据采集器连接。本发明专利技术利用不同预应力水平下钢筋侧向刚度不同，从而与外界的碰撞冲击过程中能量传递特性存在差异，利用外界质量球的机械能改变量来捕捉这种差异，实现不破坏钢筋传力整体性的前提下对在役的预应力钢筋指定位置处有效应力检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在役的预应力钢筋指定位置处有效应力的检测装置及其测量方 法，属于工程结构受力状态的健康检测领域。
技术介绍
预应力混凝土结构利用预应力钢筋的预拉应力，可以有效防止混凝土过早开裂， 提高结构破坏时的承载能力，是预应力混凝土在工程界得以广泛应用的主要考量因素。 二十世纪中叶，伴随高强预应力钢筋生产技术的提高，预应力混凝土开始在大型桥梁、水 利、核电等项目中广泛采用。 但由于预应力混凝土自身特性，在预应力钢筋张拉后存在多种预应力损失效应， 导致并非全部的张拉应力转化为有效应力。其中部分预应力损失是随时间增长的，而且在 预应力钢筋不同位置处有效应力各不相同。在预应力钢筋混凝土结构的正常工作运行期间 内，预应力钢筋的有效应力总体趋势是降低的。 在上世纪八九十年代，国际工程界开始关注混凝土结构全寿命问题，体现在预应 力混凝土结构中，就是工程人员希望在不破坏原有结构整体性的同时，获得在预应力结构 使用期间内的不同时间点上指定局部位置处的预应力钢筋的有效应力。 目前预应力钢筋有效应力检测方法主要有：应变片粘贴法、锚下压力传感器检测 法、传感器检测法、磁通量检测法、光栅光纤检测法、超声导波检测法、等效质量检测法等。 应变片粘贴法、锚下压力传感器检测法和传感器检测法是现在比较常用的检测方法，但是 这几种检测方法都需要在施工过程中，预应力结构浇筑之前预装各种传感器，否则便无法 获得预应力钢筋的初始状态；光栅光纤检测法是比较新的检测方法，利用光栅周围预应力 钢筋应变量发生变化时产生的纤芯折射率改变进而导致光栅信号波长发生位移原理来测 量预应力钢筋的有效应力大小，但这种方法也需要在浇筑施工过程中预埋置传感器装置， 且光纤光栅的中心波长易受到环境温度影响，实际应用限制较多，一般应用在实验室环境 中。以上以应变测量为依据的测量方法，虽可获得预应力钢筋局部位置处的有效应力，但需 在混凝土浇筑过程中预埋传感器，需要较高的安装应用条件。 此外无需在浇筑施工中预埋传感器的方法有：磁通量检测法、超声导波检测法、磁 通量检测法、等效质量检测法等。磁通量检测法是基于铁磁性材料的磁弹效应来测量预应 力钢筋的有效应力大小，成本较高；超声导波检测法利用应力波传输速度对预应力钢筋有 效应力水平的敏感性来测量预应力钢筋的有效应力大小；等效质量检测法则利用激励锤敲 打锚头，然后捕捉锚头的振动响应来测量预应力钢筋的有效应力大小。但这些预应力钢筋 有效应力监测方法只能测量较长一段预应力钢筋或整根预应力钢筋有效应力的平均值。 以上的预应力钢筋有效应力检测方法是当前条件下对预应力钢筋应力状态检测 的不同角度的探索与尝试。目前缺少一种无需浇筑前预埋传感器的在役预应力钢筋指定位 置处有效应力的，且不破坏预应力钢筋传力整体性的检测装置。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于碰撞能量传递特性差异分析的小型的在役预应力钢筋指 定位置处有效应力检测装置及其测量方法，利用不同预应力水平下钢筋侧向刚度不同，从 而在与外界的碰撞冲击过程中能量传递特性存在差异，利用外界质量球的机械能改变量来 捕捉这种差异，实现对在役的预应力钢筋指定位置处有效应力的无损检测。本专利技术主要利 用检测质量球碰撞过程中机械能改变来间接测量在役的预应力钢筋指定位置处有效应力 的原理，其次利用光电材料对指定位置处质量球速度量的精细捕捉方法。本专利技术装置整体 性较好、体型较小，有较高的适用性，解决了目前预应力钢筋有效应力检测装置重复使用成 本高、测试条件要求高等问题。 本专利技术的一种在役的预应力钢筋指定位置处有效应力检测装置，包括夹具、支架、 质量球、导轨、套筒、点光源、光电条带、数据采集器、制动器；夹具通过支架固定于套筒上， 制动器、质量球套在导轨上，导轨一端固定于套筒上，导轨另一端与待测预应力钢筋紧密接 触，导轨可伸缩，点光源布置于套筒内壁，光电条带沿套筒轴线方向布置于套筒内壁，点光 源和光电条带在套筒内壁上位置相对并与数据采集器连接。 光电条带是将感光元件以较高的密度线形布置，并能够以很高的频率采集光信号 的装置。当质量球沿导轨运动时，遮挡点光源照射到光电条带上的光线。光电条带上各感 光元件可实时将自身上的光信号强弱并转变成电信号传输到数据采集仪上，从而可以得到 由点光源发出的光线经小球遮挡后照射到光电条带上的光影区域的变化。由相似三角形关 系可知，通过点光源和光电条带的组合可以将对质量球位移变化值进行比例放大，并能利 用以高频采集信号的光电条带装置得到更精确的质量球瞬时速度测量结果。 数据采集器中记录着多条质量球碰撞不同预应力钢筋后动能损失比和钢筋有效 应力值关系曲线。预应力钢筋的夹持长度、直径和弹模不同，则质量球碰撞不同预应力钢筋 后动能损失比和钢筋有效应力值关系曲线也不同。实际运用中，这些标准曲线可以由精细 化的有限元计算得到。数据采集器根据这些标准曲线、待测预应力钢筋的性质和质量球碰 撞后动能损失实测结果可以得到待测预应力钢筋的有效应力。 实际应用中，应首先在待测量钢筋混凝土结构预应力钢筋露头处做一次测量，以 标定待测预应力钢筋有效应力为零时的碰撞能量传递特性基准，校正质量球碰撞预应力钢 筋后动能损失比和钢筋有效应力值关系曲线。此外，也要保证质量球和导轨之间的光滑性， 减少摩擦阻力影响，减少量测误差。 本专利技术利用冲击碰撞动力学原理，建立了预应力钢筋预应力水平与质量球撞击预 应力钢筋前后机械能变化量之间的关系，通过检测质量球撞击预应力钢筋前后的速度变化 计算出质量球撞击预应力钢筋前后的机械能损失，进而得到预应力钢筋的应力水平即撞击 点处预应力钢筋有效应力。本专利技术利用光电条带对质量球撞击过程中的运动状态进行捕 捉，根据质量球投射在光电条带上的阴影得到更为精确的质量球瞬时速度测量结果。本发 明对所检测的预应力钢筋没有损伤、测量数据可靠、整体性强、结构简单、尺寸小、成本低， 利于检测在役预应力钢筋指定位置处的有效应力。【附图说明】 图1是本专利技术的装置装配示意图。 图2是本专利技术的装置沿轴心的平面剖视图。图3质量球碰撞预应力钢筋后动能损失比和钢筋有效应力值关系曲线。 图中：1夹具，2套筒，3导轨，4质量球，5点光源，6光电条带，7数据采集器，8待测 预应力钢筋，9支架，10混凝土，11制动器。【具体实施方式】 如图所示，质量球4的质量为m。导轨3穿过中心有孔的质量球4,安置于套筒2 轴线上，导轨3 -端伸入制动器11，导轨3另一端与待测预应力钢筋8接触。光电条带6固 定在套筒2的内壁，沿套筒2轴线方向安置，点光源5固定于套筒2的内壁且与光电条带6 中心点正对方向套筒2的内壁位置处。套筒2通过支架9连接在夹具1上，夹具1紧密固 定在混凝土 10中的已裸露出来的待测预应力钢筋8的两端。 如图所示，质量球4初始位置在套筒2顶端，当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在役预应力钢筋局部位置有效应力的检测装置，其特征在于：该装置包括夹具(1)、套筒(2)、导轨(3)、质量球(4)、点光源(5)、光电条带(6)数据采集器(7)待测预应力钢筋(8)、支架(9)、混凝土(10)和制动器(11)；套筒(2)通过支架(9)连接在夹具(1)上，夹具(1)紧密固定在混凝土10中的待测预应力钢筋(8)的两端，制动器(11)、质量球(4)套在导轨(3)上，导轨(3)一端固定于套筒(2)，导轨(3)另一端紧密接触在待测预应力钢筋(8)上，点光源(5)布置于套筒(2)内壁，光电条带(6)沿套筒轴线方向布置于套筒(2)内壁，点光源(5)和光电条带(6)位置相对并与数据采集器(7)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建波，周磊，闫东明，梅润雨，刘俊，林皋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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