基于智能钢绞线的后张预应力张拉精细化控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置及方法，它包括由光纤光栅智能钢绞线(1)、普通钢绞线(3)、张拉装置和锚固体系(4)。本发明专利技术综合考虑光纤光栅智能钢绞线应用特性和后张预应力张拉过程，采用智能钢绞线少量代替普通钢绞线，在后张预应力张拉过程中，优先张拉智能钢绞线，通过智能钢绞线的测试数据在现场实地反推出液压张拉装置的张拉控制值。而后采用该液压张拉装置控制值进行其余普通钢绞线的张拉，以求实现后张预应力张拉过程的精细化控制。本发明专利技术可应用于采用钢绞线作为受力构件的后张预应力混凝土各种结构中。

【技术实现步骤摘要】
基于智能钢绞线的后张预应力张拉精细化控制装置及方法
本专利技术涉及涉及建筑施工、安全监测和建筑结构材料领域，尤其是涉及一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置和方法。
技术介绍
预应力混凝土结构是由钢筋混凝土结构演变而来，二战后重建为了弥补钢材短缺的问题，预应力混凝土技术首先在欧洲各国得到广泛的应用，而后在世界范围内迅速发展起来。预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏。常用于混凝土结构。预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。时至今日，预应力混凝土技术已经从应用于轨枕、电杆、压力管道等简单构件，发展应用于高层、高耸、大跨、重载与抗震结构、土木工程、能源工程、海洋工程、海洋运输等许多新领域。预应力技术的核心问题是在预应力结构中施加符合设计要求的有效预应力。现阶段预应力张拉的方法主要是通过规范计算或者初步预估预应力损失理论值后确定张拉控制，而后以应力控制为主，伸长值作为校核的控制方法进行张拉控制。预应力技术中最关心的是张拉结束后预应力结构预应力保有度为多少，现有方法主要是通过理论计算和预估计损失来确定张拉控制力，其中现场的材料属性、张拉设备和锚固系统等多方面的影响因素被忽略或初步估计损失，有效预应力控制精度难以把持。从预应力的测试方法来看，目前的手段无外乎粘贴应变片或振弦应变计测试钢绞线应变；在相应预应力混凝土中埋入钢筋计或振弦传感器测试混凝土应变，再反算钢绞线应力；采用压力环测试整体张力；液压千斤顶通过油表测试其整体外张力等。但是，由于布设工艺和传感器自身的缺陷以及方法的不足，针对实际工程应用的预应力损失长期监测技术，还处于起步阶段。光纤光栅智能钢绞线的出现为解决预应力损失全寿命监测提供了必要手段。智能钢绞线可以采用传统钢绞线的张拉和锚固工具进行施工，并未增加施工工艺，方便易行。智能钢绞线的核心材料——增强纤维复合筋的强度与钢材接近，因此，其兼具受力与传感特性、集结构材料和功能材料于一体，可实现对于钢绞线有效应力的实时把握。针对预应力张拉控制的特点，将智能钢绞线引入到预应力施工过程，对于预应力张拉设备和锚固系统进行一次实地标定，从而把控预应力整体张拉精度是可行的，并且是必要的。
技术实现思路
本专利技术设计了一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置及方法，其解决的技术问题是现有装置及方法在预应力张拉过程中无法获取有效预应力值，从而需预估预应力损失来确定张拉控制力，并且无法准确估计张拉系统和锚固系统个性带来的有效预应力偏差，即无法保证预应力张拉精度。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：包括预应力结构(2)、一根智能钢绞线(1)、多根普通钢绞线(3)以及锚固体系(4)，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)埋设在所述预应力结构(2)中，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)两端通过锚固体系(4)进行紧固，张拉装置对智能钢绞线(1)和普通钢绞线(3)进行张拉；在后张预应力张拉过程中，优先张拉所述智能钢绞线(1)，通过智能钢绞线(1)的测试数据在现场实地反推出张拉装置的张拉控制值，而后采用该张拉装置控制值进行其余普通钢绞线(3)的张拉，以求实现后张预应力张拉过程的精细化控制。进一步，安装了光纤光栅传感器(11)的所述普通钢绞线(3)即为所述智能钢绞线(1)，所述普通钢绞线(3)由纤维增强复合筋(12)的多缕边丝缠绕光纤(14)构成；所述光纤光栅传感器(11)包括监测光纤光栅传感器(111)和温度补偿光纤光栅传感器(112)，温度补偿光纤光栅传感器(112)设置在中空金属管(15)内的光纤(14)上，中空金属管(15)被所述纤维增强复合筋(12)的多缕边丝缠绕，温度补偿光纤光栅传感器(112)通过中空金属管(15)与所述纤维增强复合筋(14)进行隔离不与所述纤维增强复合筋(12)协同变形；所述监测光纤光栅传感器(111)直接连接在所述光纤(14)，直接连接在所述光纤(14)外部没有中空金属管(15)进行隔离，所述监测用光纤光栅传感器(111)与纤维增强复合筋缠绕光纤(14)协同变形。进一步，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)同样承担施加的预加力，且预应力张拉控制力相同。进一步，所述智能钢绞线(1)外部设有PE护套，所述智能钢绞线(1)与所述PE护套之间装有粘稠状的防腐剂；所述普通钢绞线(3)外部也设有PE护套，所述智能钢绞线(1)与所述PE护套之间装有粘稠状的防腐剂。进一步，所述锚固体系(4)包括锚杯、锚垫板和锚夹片，所述锚夹片是放在楔形的所述锚杯里，所述锚夹片的内部有齿痕，所述锚夹片受力的时候齿痕咬紧所述智能钢绞线(1)或所述普通钢绞线(3)，从而把力传给所述纤维增强复合筋(14)，所述锚垫板是为了增大预应力混凝土端部的承受局部压力的能力；所述智能钢绞线(1)中进行信号传输的光纤(14)从所述锚杯处随着所述智能钢绞线(1)自然引出。进一步，所述张拉装置为千斤顶。进一步，所述智能钢绞线(1)内封装多个光纤光栅传感器(11)以提高测量精度。一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制方法，包括以下步骤：步骤1：根据预应力结构设计，选取智能钢绞线(1)代替的普通钢绞线(3)，确定其相关参数；步骤2：根据已确定的普通钢绞线(3)的相关参数，下料制作纤维增强复合筋(12)，其中包含应力测试用光纤光栅传感器(111)、温度补偿用光纤光栅传感器(112)和光纤(14)，温度补偿光纤光栅传感器(112)设置在中空金属管(15)内的光纤(14)上，中空金属管(15)被所述纤维增强复合筋(12)的多缕边丝缠绕，温度补偿光纤光栅传感器(112)通过中空金属管(15)与所述纤维增强复合筋(14)进行隔离不与所述纤维增强复合筋(12)协同变形；所述监测光纤光栅传感器(111)直接连接在所述光纤(14)，直接连接在所述光纤(14)外部没有中空金属管(15)进行隔离，所述监测用光纤光栅传感器(111)与纤维增强复合筋缠绕光纤(14)协同变形；将上述部件进行组合安装形成智能钢绞线(2)；步骤3：将按设计制作智能钢绞线(1)同普通钢绞线(3)铺至结构设计位置，并按要求浇筑预应力结构(2)，将智能钢绞线(1)端部引线进行保护；步骤4：在结构达到张拉条件后，采用锚具体系(4)和张拉装置或张拉千斤顶优先对智能钢绞线(1)进行张拉，张拉结束后测试有效预应力值，并与设计值进行对比，如果符合停止张拉并记录张拉千斤顶表值；如果不符合，根据其正负差调整千斤顶张拉表值，直到智能钢绞线(1)测试预应力有效值与设计值相符后停止，并记录千斤顶油压表值。步骤5：以步骤4中获得的张拉千斤顶表值作为之后同类型预应力钢绞线的张拉控制值进行剩余部分的普通钢绞线(3)张拉工作。进一步，所述光纤光栅后张预应力张拉精细化控制方法，其特征在于：所述步骤4中智能钢绞线(1)的有效预应力值计算公式如下：其中:σ——智能钢绞线的应力(MPa)；EIC——智能钢绞线的弹性模量(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：包括预应力结构(2)、一根智能钢绞线(1)、多根普通钢绞线(3)以及锚固体系(4)，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)埋设在所述预应力结构(2)中，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)两端通过锚固体系(4)进行紧固，张拉装置对智能钢绞线(1)和普通钢绞线(3)进行张拉；在后张预应力张拉过程中，优先张拉所述智能钢绞线(1)，通过智能钢绞线(1)的测试数据在现场实地反推出张拉装置的张拉控制值，而后采用该张拉装置控制值进行其余普通钢绞线(3)的张拉，以求实现后张预应力张拉过程的精细化控制。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：包括预应力结构(2)、一根智能钢绞线(1)、多根普通钢绞线(3)以及锚固体系(4)，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)埋设在所述预应力结构(2)中，所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)两端通过锚固体系(4)进行紧固，张拉装置对智能钢绞线(1)和普通钢绞线(3)进行张拉；在后张预应力张拉过程中，优先张拉所述智能钢绞线(1)，通过智能钢绞线(1)的测试数据在现场实地反推出张拉装置的张拉控制值，而后采用该张拉装置控制值进行其余普通钢绞线(3)的张拉，以求实现后张预应力张拉过程的精细化控制。2.根据权利要求1所述光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：安装了光纤光栅传感器(11)的所述普通钢绞线(3)即为所述智能钢绞线(1)，所述普通钢绞线(3)由纤维增强复合筋(12)的多缕边丝缠绕光纤(14)构成；所述光纤光栅传感器(11)包括监测光纤光栅传感器(111)和温度补偿光纤光栅传感器(112)，温度补偿光纤光栅传感器(112)设置在中空金属管(15)内的光纤(14)上，中空金属管(15)被所述纤维增强复合筋(12)的多缕边丝缠绕，温度补偿光纤光栅传感器(112)通过中空金属管(15)与所述纤维增强复合筋(14)进行隔离不与所述纤维增强复合筋(12)协同变形；所述监测光纤光栅传感器(111)直接连接在所述光纤(14)，直接连接在所述光纤(14)外部没有中空金属管(15)进行隔离，所述监测用光纤光栅传感器(111)与纤维增强复合筋缠绕光纤(14)协同变形。3.根据权利要求1所述光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：所述智能钢绞线(1)和所述普通钢绞线(3)同样承担施加的预加力，且预应力张拉控制力相同。4.根据权利要求1-3中任何一项所述光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：所述智能钢绞线(1)外部设有PE护套，所述智能钢绞线(1)与所述PE护套之间装有粘稠状的防腐剂；所述普通钢绞线(3)外部也设有PE护套，所述智能钢绞线(1)与所述PE护套之间装有粘稠状的防腐剂。5.根据权利要求1-5中任何一项所述光纤光栅后张预应力张拉精细化控制装置，其特征在于：所述锚固体系(4)包括锚杯、锚垫板和锚夹片，所述锚夹片是放在楔形的所述锚杯里，所述锚夹片的内部有齿痕，所述锚夹片受力的时候齿痕咬紧所述智能钢绞线(1)或所述普通钢绞线(3)，从而把力传给所述纤维增强复合筋(14)，所述锚垫板是为了增大预应力混凝土端部的承受局部压力的能力；所述智能钢绞线(1)中进行信号传输的光纤(14)从所述锚杯处随着所述智能钢绞线(1)自然引...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰春光，司波，尤德清，罗爱武，陈志华，秘红丹，刘红波，苏浩，杜彦凯，张喆，霍智宇，张晓迪，张开臣，张立森，马睿，
申请(专利权)人：北京市建筑工程研究院有限责任公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：北京,11