一种锚索预应力无损检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术提出了一种锚索预应力无损检测系统及检测方法，在靠近锚垫板界面的锚具上安装位移信号采集器测量锚具的振动位移，在位移信号采集器的对侧使用激振锤施加切向激振力并记录切向激振力，由微处理器根据切向激振力和相切向位移计算出锚具与锚垫板间的切向接触刚度，微处理器再根据前述的切向接触刚度得出锚索预应力。该检测方法为锚索预应力无损检测方法，对原预应力结构几乎不造成不良影响，可以解决现有锚索应力检测方法操作程序复杂、检测成本高等问题，同时由于切向激振和振动位移测试都是在预应力锚索的外锚固段上进行，因而检测过程便捷、检测效率高、检测成本便宜，可适用于岩土工程、桥梁工程等各类工程中的锚索，适用范围广。适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种锚索预应力无损检测系统及检测方法


[0001]本专利技术属于锚索预应力检测工程领域，具体涉及一种锚索预应力无损检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]预应力技术可发挥结构自身强度与自承能力，兼具安全性与经济性，在交通运输等工程领域大量应用。根据交通运输部规定，凡跨径十五米以上的梁板，必需使用预应力技术，同时边坡支护中预应力锚索支护也已成为主流。根据《2019年交通运输行业发展统计公报》我国交通运输营业里程年年增长，预应力技术的使用也将随之保持良好的增长态势。锚索中赋存的应力大小决定了预应力结构的锚固质量，是影响预应力结构稳定性和安全性关键因素，尽管施工质量要求不断提高，但因预应力损失导致工程失效损坏的事故仍层出不穷，其中预应力损失是造成工程结构失效破坏的主要影响因素。为保证预应力结构能够正常发挥其作用，有必要对工程结构实际赋存的预应力进行检测研究，才能更加真实准确的了解结构的工作状态。
[0003]现有技术实现对锚索应力进行检测的方法主要有以下四种：
[0004]方法一：通过千斤顶对施工阶段未封锚的预应力锚索进行反拉获得锚索应力的千斤顶反拉法。此方法存在如下技术问题：1)属于机械检测法，需反拉已张拉锚固的锚索，可能对经锚索加固的被锚固体产生扰动，降低锚固作用，仅限个别抽查；2)锚索在工作运营阶段会进行注浆封锚，该检测方法便无法对运营阶段的锚索进行测量；3)反拉法中需要使用的千斤顶设备在部分复杂施工环境中(如现浇梁、高边坡)难以灵活使用。
[0005]方法二：施工阶段将穿心式压力传感器安装于锚具与锚垫板间，锚索张拉过程中通过测量压力传感器的形变量换算得到锚索预应力的压力传感器法。此方法存在如下技术问题：1)压力传感器需提前安装于锚具与锚垫板之间才能生效，传感器一旦损坏将难以修复更换；2)检查维护过程复杂，一旦损害将难以更换。
[0006]方法三：锚索穿束阶段随锚索一同提前预埋的，基于铁磁性材料磁弹效应原理的磁通量传感器法。此方法存在如下技术问题：1)制作成本高、需提前预埋，随锚索入孔安装过程复杂，避免损坏传感器；2)铁磁性材料磁导率与温度呈非线性相关，受温度的影响较大；3)磁通量传感器只能监测提前预埋的锚索的预应力，大范围检测成本高。
[0007]方法四：对裸露钢索通过横向固有频率利用冲击弹性波对预应力进行检测的弹性波检测法。此方法存在如下技术问题：1)主要利用钢索张紧后作用频率与张拉呈对应关系达到对锚索预应力的测量目的，检测过程中需要对张紧的钢索中部进行直接激振，但是边坡锚索或预应力混凝土中都为埋入式锚索，无法直接对锚索激发自由振动；2)等效质量法等利用振动频率对锚索预应力进行检测的方法，由于振动频率的影响因素较多，现有检测理论无法满足工程检测精度需求。
[0008]综述，由于边坡及预应力混凝土中的预应力锚索皆位于结构体内部，目前暂时没有一种能够快速反映锚索预应力的无需预埋的无损检测方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种锚索预应力无损检测系统及检测方法，以解决现有的锚索应力检测方法结构有损、过程复杂、成本高昂等技术问题。
[0010]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锚索预应力无损检测系统，预应力锚索体系通过锚索进行预应力锚固，在锚索的外锚固段依次设置将应力传递给被锚固体的锚垫板、以及用于锁定锚索的锚具；检测系统包括检测装置和与检测装置连接的主机；检测装置包括给锚具施加切向激振力并检测切向激振力的激振力装置、以及用于检测锚具与锚垫板的相对切向位移的位移信号采集器；主机包括微处理器、存储器和显示器；激振力装置和位移信号采集器的信号输出端与微处理器相连，微处理器用于提取激振力装置的激振力信号和位移信号采集器的位移信号波形，同时对激振力信号和位移信号进行信号处理，计算检测结果；微处理器与存储器相连，存储器用于存储主机的工作参数以及检测结果；微处理器和存储器分别与显示器相连，显示器用于显示位移波形、检测结果、以及主机的工作参数设置。
[0011]本专利技术通过对锚具施加切向激振力，并检测锚具与锚垫板的相对切向位移，以此计算得出锚具与锚垫板间的切向接触刚度，该检测系统为基于外锚头切向接触刚度的锚索预应力无损检测系统，可以解决现有锚索预应力检测方法操作程序复杂、检测成本高等问题；同时由于切向激振和振动位移测试都是在预应力锚索外的锚具上进行，检测过程便捷、检测成本便宜。
[0012]在本专利技术的一种优选实施方式中，激振力装置为激振锤，激振锤包括力锤以及测量力锤加速度的加速度传感器，加速度传感器的信号输出端与微处理器相连。
[0013]上述技术方案中，激振力装置为具有加速度传感器的激振锤，结构简单，而且根据激振锤质量m与激振加速度的乘积，便可计算得出切向激振力，切向激振力的值获取方便。
[0014]在本专利技术的一种优选实施方式中，检测装置还包括信号处理器，加速度传感器和位移信号采集器的信号输出端与信号处理器分别相连，信号处理器的输出端与微处理器相连，信号处理器对加速度传感器和位移信号采集器采集到的数据进行降噪预处理，再进行A/D信号转换，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
[0015]上述技术方案中，通过设置信号处理器，由信号处理器预先对加速度传感器采集到的加速度信号、以及位移信号采集器采集到的位移信号进行A/D转换，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以供微处理器识别与存储器的存储。
[0016]在本专利技术的一种优选实施方式中，锚具与锚垫板间的接触为锚索应力作用下的粗糙接触，且两者接触面材料在锚索应力作用下仍处于弹性接触范围内。
[0017]在本专利技术的一种优选实施方式中，位移信号采集器在激振锤施加切向激振力后实时测量锚具与锚垫板间的相对切向位移，位移信号采集器通过磁吸的方式置于锚具外表面下边缘、靠近但不与锚垫板直接接触，激振锤在锚具外表面的上边缘施加切向激振力。
[0018]上述技术方案中，位移信号采集器设在锚具外表面下边缘，激振锤在位移信号采集器的对侧施加切向激振力，使得位移信号采集器检测的位移信号更准确。
[0019]为达到上述目的，本专利技术还采用如下技术方案：一种锚索预应力无损检测方法，包括如下步骤：
[0020]参数采集：存储器获取锚具与锚垫板间接触面的材料参数σ和μ，其中为锚具与锚垫板接触面间的复合切变模量，为锚具与锚垫板接触面间的等效弹性模量，σ为锚具与锚垫板接触面间的等效表面粗糙度，μ为锚具与锚垫板接触面间的摩擦系数；
[0021]数据采集：通过激振力装置在靠近锚垫板界面的锚具上施加可使锚具相对锚垫板滑动的切向激振力F
τ
，同时通过位移信号采集器检测锚具与锚垫板的相对切向位移X；
[0022]应力输出：微处理器根据如下公式(1)和公式(2)计算得出锚索预应力F
n
并输出，
[0023][0024][0025]式中，K
τ
为锚具与锚垫板间的切向接触刚度，简称切本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚索预应力无损检测系统，预应力锚索体系通过锚索进行预应力锚固，在锚索的外锚固段依次设置将应力传递给被锚固体的锚垫板、以及用于锁定锚索的锚具；其特征在于，所述检测系统包括检测装置和与检测装置连接的主机；所述检测装置包括给所述锚具施加切向激振力并检测切向激振力的激振力装置、以及用于检测锚具与锚垫板的相对切向位移的位移信号采集器；所述主机包括微处理器、存储器和显示器；所述激振力装置和位移信号采集器的信号输出端与微处理器相连，微处理器用于提取激振力装置的激振力信号和位移信号采集器的位移信号波形，同时对激振力信号和位移信号进行信号处理，计算检测结果；所述微处理器与存储器相连，所述存储器用于存储主机的工作参数以及检测结果；所述微处理器和存储器分别与显示器相连，所述显示器用于显示位移波形、检测结果、以及主机的工作参数设置。2.根据权利要求1所述的一种锚索预应力无损检测系统，其特征在于，所述激振力装置为激振锤，所述激振锤包括力锤以及测量力锤加速度的加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与微处理器相连。3.根据权利要求2所述的一种锚索预应力无损检测系统，其特征在于，所述检测装置还包括信号处理器，所述加速度传感器和位移信号采集器的信号输出端与信号处理器分别相连，信号处理器的输出端与所述微处理器相连，信号处理器对加速度传感器和位移信号采集器采集到的数据进行降噪预处理，再进行A/D信号转换，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。4.根据权利要求1所述的一种锚索预应力无损检测系统，其特征在于，所述锚具与锚垫板间的接触为锚索应力作用下的粗糙接触，且两者接触面材料在锚索应力作用下仍处于弹性接触范围内。5.根据权利要求2所述的一种锚索预应力无损检测系统，其特征在于，所述位移信号采集器在激振锤施加切向激振力后实时测量锚具与锚垫板间的相对切向位移，位移信号采集器通过磁吸的方式置于锚具外表面下边缘、靠近但不与锚垫板直接接触，所述激振锤在锚具外表面的上边缘施加所述切向激振力。6.一种利用权利要求1
‑
5中任一项所述的锚索预应力无损检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：参数采集：所述存储器获取锚具与锚垫板间接触面的材料参数参数采集：所述存储器获取锚具与锚垫板间接触面的材料参数σ和μ，其中为锚具与锚垫板接触面间的复合切变模量，为锚具与锚垫板接触面间...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭传阳，陈强，周志鸿，程黎，周梦琳，宋自愿，
申请(专利权)人：四川交达预应力工程检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：