一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法，该组件包括预应力管道、磁通量保护壳、激励线圈、感应线圈、温度传感器和线圈骨架；预应力管道用于钢束穿行，磁通量保护壳包裹在骨架外侧，用于屏蔽磁场和其他信号的干扰，激励线圈和感应线圈缠绕在线圈骨架上，激励线圈用于产生磁场，感应线圈用于测量磁通量的变化，生成感应电压，传输给外部信号采集处理设备，测得钢束的预应力，温度传感器用于测量钢束的周围温度。与现有技术相比，本发明专利技术能长期监测施工和运营阶段预应力钢筋的应力状态，不需要对测试件进行处理或者破坏，且具有维护成本低、使用寿命长、抗干扰能力强、测量精度高等优点，具有很强的推广价值。

A prestressed pipe segment component and its construction method for monitoring the stress of internal steel beam for a long time

The invention discloses a prestressed pipe long-term monitoring of internal stress of section steel beam assembly and construction method thereof, the assembly including prestressed pipeline, flux protection shell, excitation coil, induction coil, a temperature sensor and a coil frame; the prestressed pipe used for steel beam wear, flux protection shell wrapped on the outside skeleton, for shielding magnetic field and other signals, excitation winding coil and induction coil coil, excitation coil to generate a magnetic field induction coil is used to measure changes in magnetic flux, the induced voltage generated, transmitted to the external signal acquisition and processing equipment, the measured prestress steel beam, a temperature sensor for measuring the ambient temperature. Compared with the prior art, the invention can long-term monitoring of the construction and operation phases of prestressed reinforcement stress state, does not need to test for treatment or destruction, and has low maintenance cost, long service life, strong anti-interference ability and high precision. It is of great value.

【技术实现步骤摘要】
一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法
本专利技术属于预应力管道材料与结构领域，具体涉及一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法。
技术介绍
目前预应力混凝土结构在桥梁、大跨径结构工程中有广泛运用，尤其是桥梁领域，现有公铁路、市政桥梁中大约70％～80％的桥梁为预应力混凝土桥梁。PC桥梁已成为现阶段桥梁设计、施工和养护中最常见的桥型。由于受到施工、材料性能以及环境条件等因素的影响，预应力钢筋的预应力会逐渐减小，这种现象称为预应力损失。一般预应力损失因素包括预应力钢束与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失、混凝土弹性压缩、钢筋松弛等。上述引起预应力损失的因素一般在设计阶段会进行计算和减除，保证结构安全。但是除了上述原因，还有预应力管道压降不实造成钢筋不断锈蚀导致张拉力不足等，这些因素较难在设计阶段进行计算，随着PC结构使用时间的增长，实际预应力不断减少，给结构安全性带来严重影响。目前较常使用的预应力检测手段包括振动法、压力环法、磁通量法等。振动法适合体外长索；压力环法需要在被测构件外套一个穿心式压力传感器，缺点在于压力传感器的成本较高，自重较大，精度不高。相比而言，磁通量法不需要对被测预应力筋进行表面处理，不破坏构件原有结构，而且传感器维护成本低、使用寿命长，抗干扰能力强、测量精度高，可与健康监测设备相连，进行远程健康监测。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法，能够实现预应力管道材料的优化以及管道结构设计的标准化，并且能监测施工和运营阶段预应力管道内预应力筋的索力。一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件，包括预应力管道、线圈骨架、激励线圈、感应线圈以及磁通量保护壳；其中：所述预应力管道内部贯穿有预应力钢束，其分为两段且通过线圈骨架连接；所述激励线圈绕置于线圈骨架上，测量时其通入脉冲电流使得管道内的钢束被磁化，从而产生纵向的磁场；所述感应线圈绕置于线圈骨架上且与激励线圈并排布置，测量时钢束受到张拉力作用发生应变，使得其导磁率发生变化，进而在感应线圈上产生感应电压提供给外部的采集处理设备，以计算得到钢束的应力；所述磁通量保护壳包裹于线圈骨架外侧，用于屏蔽磁场以及其他信号干扰。进一步地，所述预应力管道采用不锈钢管，并在工厂预制。进一步地，所述线圈骨架与预应力管道通过螺纹配合连接，其一方面用于使钢束在其内部穿行，另一方面用于支撑激励线圈和感应线圈。进一步地，所述磁通量保护壳采用软磁材料，其内径稍大于线圈骨架的外径。进一步地，所述线圈骨架采用尼龙材料，其内径与预应力管道内径大小相同。进一步地，所述预应力管道节段组件还包含有温度传感器，其设置于线圈骨架上，用于感应钢束的环境温度并提供给外部的采集处理设备，从而修正钢束应力受温度的影响。上述预应力管道节段组件的施工方法，包括如下步骤：(1)根据桥梁结构体系和跨径确定合理的预应力线形，并在工厂预制不锈钢预应力钢管；(2)在满足结构安全、符合规范要求且合理可行的基础上将所述预应力线形调整为由若干标准化曲线段和直线段组成的线形，将靠近两端锚固区的两节管道和跨中区域管道设定为检测管道内部压浆质量的预应力管道节段；(3)在所述预应力管道节段上设置线圈骨架，其内径根据预应力钢束根数而定，长度为20cm左右，采用尼龙材料，一次性压制而成；(4)在线圈骨架外侧的线圈槽里分别缠绕激励线圈和感应线圈，并粘贴温度传感器；(5)使不锈钢预应力钢管与线圈骨架通过螺纹连接，不锈钢预应力钢管的长度为管道总长度减去线圈骨架长度；(6)完成线圈和温度传感器安装以及不锈钢预应力钢管与线圈骨架连接后将磁通量保护壳罩在线圈骨架外侧。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)适应于预应力管道标准化设计。本专利技术中用来检测预应力钢束索力的管道节段的长度能设计成整米或者整半米，方便工厂预制生产，然后在现场进行拼装；(2)实现预应力钢束索力的长期监测。本专利技术基于磁通量的原理，可在施工预应力筋张拉时和运营阶段进行索力测量，长期监测索力变化情况，出现索力明显下降或者达到安全临界值时，及时进行加固维修，保障结构可靠性和安全性。(3)成本较低，可行度较高。本专利技术中的磁通量感应器成本较低，检测精度高，只需要将外接线与相应驱动电路和信号采集处理仪器连接即可测得索力。附图说明图1为本专利技术预应力管道节段组件装配完成后的结构示意图。图2为本专利技术预应力管道节段组件除去磁通量保护壳后的结构示意图。图3为图2的主视图。图中：1-预应力管道，2-磁通量保护壳，3-激励线圈，4-感应线圈、5-温度传感器、6-线圈骨架。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1～图3所示，本专利技术可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件，包括预应力管道1、磁通量保护壳2、激励线圈3、感应线圈4、温度传感器5和线圈骨架6；其中：预应力管道1采用预制不锈钢管道，用于预应力钢束的穿行，在工厂预制；管道直径比一般波纹管更小，根据实际钢绞线根数而定，其长度为整个管道节段长度减去线圈骨架6长度；整个管道节段长度为若干整米或者整半米的标准化直线段(例如3m、3.5m、4m等)，其长度根据优化调整后的预应力线形制定。线圈骨架6采用尼龙材料，有着不导磁且绝缘的特点，其内径与不锈钢预应力管道1内径大小相同；其一方面用来使预应力钢束穿行，另一方面用来支撑激励线圈3和感应线圈4；线圈骨架6与不锈钢预应力管道1之间通过螺纹的方式进行连接。磁通量保护壳2采用软磁材料，其内径稍大于线圈骨架6的外径，包裹在线圈骨架6外侧，用来屏蔽磁场和其他信号干扰。激励线圈3缠绕在线圈骨架6上，测量时在激励线圈3中通入脉冲电流，被测预应力钢束被磁化，会在预应力钢束的纵向产生脉冲磁场。感应线圈4缠绕在线圈骨架6上，与激励线圈3并排布置，测量时由于预应力钢束受到张拉力作用，在其内部产生机械应力和应变，导致其导磁率发生改变，在感应线圈4中产生感应电压，传递给外部信号采集处理仪器，得到被测预应力钢束的索力。温度传感器5粘贴在线圈骨架6上，用于测量预应力钢束的温度，修正钢束应力受温度的影响。测量索力时，将外部信号采集处理仪器与预埋的信号传送线连接，通过测量钢束相对导磁率的变化，来测定钢束的内力；其中相对导磁率μ计算公式如下：式中：S0为传感器面积，与传感器型号大小有关；Sf为测量构件(钢束)的净面积；Vout为传感器内含构件测量时的积分电压值；Vk为传感器内不含构件测量时的积分电压值。被测量钢束的相对导磁率μ和其内力f的关系，可以用三次方程表示：f＝c0+c1μ+c2μ2+c3μ3其中，c0～c3为μ-f拟合曲线系数，需要根据传感器类型而定。上述预应力管道节段组件的具体施工过程如下：A、根据桥梁结构体系和跨径确定合理预应力线形；B、在满足结构安全、符合规范要求且合理可行的基础上将一般的预应力线形调整为由若干标准化曲线段和直线段组成的线形，将靠近两端锚固区的两节管道和跨中区域管道设定为检测管道内部压浆质量的预应力管道节段；C、线圈骨架的内径根据预应力钢束根数而定，长度为20cm左右，采用尼龙材料，一次性压制而成；D、在线圈骨架外侧的线圈槽里分别缠绕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件，其特征在于，包括预应力管道、线圈骨架、激励线圈、感应线圈以及磁通量保护壳；其中：所述预应力管道内部贯穿有预应力钢束，其分为两段且通过线圈骨架连接；所述激励线圈绕置于线圈骨架上，测量时其通入脉冲电流使得管道内的钢束被磁化，从而产生纵向的磁场；所述感应线圈绕置于线圈骨架上且与激励线圈并排布置，测量时钢束受到张拉力作用发生应变，使得其导磁率发生变化，进而在感应线圈上产生感应电压提供给外部的采集处理设备，以计算得到钢束的应力；所述磁通量保护壳包裹于线圈骨架外侧，用于屏蔽磁场以及其他信号干扰。

【技术特征摘要】
1.一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件，其特征在于，包括预应力管道、线圈骨架、激励线圈、感应线圈以及磁通量保护壳；其中：所述预应力管道内部贯穿有预应力钢束，其分为两段且通过线圈骨架连接；所述激励线圈绕置于线圈骨架上，测量时其通入脉冲电流使得管道内的钢束被磁化，从而产生纵向的磁场；所述感应线圈绕置于线圈骨架上且与激励线圈并排布置，测量时钢束受到张拉力作用发生应变，使得其导磁率发生变化，进而在感应线圈上产生感应电压提供给外部的采集处理设备，以计算得到钢束的应力；所述磁通量保护壳包裹于线圈骨架外侧，用于屏蔽磁场以及其他信号干扰。2.根据权利要求1所述的预应力管道节段组件，其特征在于：所述预应力管道采用不锈钢管，并在工厂预制。3.根据权利要求1所述的预应力管道节段组件，其特征在于：所述线圈骨架与预应力管道通过螺纹配合连接，其一方面用于使钢束在其内部穿行，另一方面用于支撑激励线圈和感应线圈。4.根据权利要求1所述的预应力管道节段组件，其特征在于：所述磁通量保护壳采用软磁材料，其内径稍大于线圈骨架的外径。5.根据权利要求1所述的预应力管道节段组件，其特征在于：所述线圈骨架采用尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌将，叶建龙，
申请(专利权)人：浙江省交通规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33