本发明专利技术利用能量守恒及胡克定律相关公式，建立起反拉过程中已知量及未知量的相关等式，根据已知量易测量获得锚下有效预应力实测值，为反拉法检测锚下有效预应力提供了准确、实用的实测值判定方法。该判定方法解决了现有判定方法中受限于关键指标测量困难或随机性较大而无法准确计算实测值的问题，具有较高的实用价值。价值。价值。
【技术实现步骤摘要】
基于能量守恒的反拉法测试锚下有效预应力值的判定方法
[0001]本专利技术涉及一种基于能量守恒的反拉法测试锚下有效预应力值的判定方法，属于土木工程领域。
技术介绍
[0002]现有技术为反拉法测试预应力结构的锚下有效预应力。锚下有效预应力是指后张法预应力混凝土结构在完成预应力钢筋张拉后，锚头在结构端部施加给结构的预应力。从受力角度分析，锚下有效预应力等于锚头施加给结构的力，等于夹片施加给锚具的力，等于钢绞线施加给夹片的力，等于钢绞线在锚头处的回缩力，即锚下有效预应力等于钢绞线在锚头处的回缩力，即只要能测出钢绞线在锚头处的回缩力，就可得到锚下有效预应力。
[0003]反拉法是指在预应力钢筋锚固后，波纹管孔道灌浆前，采用千斤顶反向张拉外露的预应力钢筋，通过预应力钢筋的张拉力值与位移曲线，判定锚下有效预应力的测试方法。其基本原理为，在反拉力达到及超过预应力钢筋回缩力的过程中，张拉力值与位移曲线会产生明显拐点，通过计算拐点处的力值，得到锚下有效预应力的大小。这里的张拉力值，即反向张拉的拉力大小；位移指预应力钢筋在反拉力作用下的拉伸量。由于整个反拉过程的反拉力不超过张拉控制应力，因此钢绞线可视为弹性体。张拉力值与位移曲线(以下简称“力
‑
位移曲线”)的具体分析如下。
[0004](1)理想曲线
[0005]钢绞线张拉后，夹片夹持钢绞线，取夹片前后的一小段钢绞线进行受力分析。
[0006]如图1所示，传力过程为：钢绞线在回缩力F0的作用下向左回缩，夹片夹持钢绞线抵抗其回缩，夹持力为F2，夹片被锚具的锥形孔固定(未画出)，反拉力为F1。钢绞线的受力平衡关系式为：
[0007]F0＝F1+F2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]式中：F0为钢绞线回缩力，即锚下有效预应力；F1为千斤顶施加的反向张拉力；F2为夹片施加给钢绞线的夹持力。
[0009]理想状态下，反拉法检测锚下有效预应力的曲线分为2个阶段，如图2所示。
[0010]第一阶段：施加反拉力时，钢绞线外露段受力拉伸，钢绞线视为弹性体，其材料应力应变特性满足：
[0011][0012][0013]式中：
△
l为外露段L对应的伸长量；L为外露段钢绞线工作夹片与千斤顶工具夹片之间的长度；E为钢绞线的弹性模量；A为钢绞线的截面面积。
[0014]式(2)、式(3)中，E、A、L恒定不变，故F1/
△
l可视为恒定值，其值为力
‑
位移曲线中OA段的斜率，在反拉力F1持续增加时，F2不断减小。
[0015]第二阶段：当反向拉力F1持续增加至与钢绞线的锚下预应力F0相等时，夹片被拉脱，内外钢绞线同时受力。此时，由式(3)可知F1/
△
l的值变小，但还是恒定值，故力
‑
位移曲线的斜率发生突变，如图2中AB段。此时，拐点A所对应的反拉荷载即为钢绞线的锚下有效预应力值。
[0016](2)实测曲线
[0017]在实际情况下，锚具会因夹片的压力产生径向的弹性变形，当夹片有离开锥形孔的移动趋势时，锚具的回缩变形压力使锚具与夹片间产生较大的反向摩阻力F
f
。此时，取夹片处的钢绞线进行力的平衡分析。
[0018]实际情况下，钢绞线在夹片处的受力示意图如图3所示。对外露段钢绞线施加反拉力，当反拉力F1与钢绞线的锚下预应力F0相等时，夹片由于反向摩阻力F
f
并不会被拉脱，还需继续施加反拉力。当反拉力F1＝F0+F
f
时夹片才会被拉脱，力
‑
位移曲线可分为4个阶段，如图4所示。
[0019]第一阶段：各仪器设备间存在空隙，空隙被压实紧密的过程中反拉力较小，但伸长量有较大变化，此时曲线图中表现的伸长量并非钢绞线的实际伸长量，其中包含被压紧的设备间的空隙。该过程中曲线斜率较小，且逐渐变大，即图4中OA段。
[0020]第二阶段：随着反拉的进行，设备间的空隙被压实，外露段钢绞线受力并发生弹性伸长，力
‑
位移曲线的斜率为F1/
△
l＝EA/L，其值不变。因此，图4中AB段表现为稳定不变。
[0021]第三阶段：随着反拉力持续增加，当F1＝F0+F
f
时，夹片与锚具脱空，夹片与锚具间的作用力F
f
瞬间消失，钢绞线内力重新调整，即图4中BC段。
[0022]第四阶段：钢绞线内力重新调整完成后，钢绞线外露段与自由段共同受力。此时，力
‑
位移曲线的斜率F1/
△
l＝EA/L1(L1为钢绞线外露段与自由段的总长度)，曲线的斜率发生突变，即图4中CD段。
[0023]将实测曲线与理想曲线进行对比可知，实测曲线中的锚下有效预应力为CD段与AB段交点的纵坐标值。
[0024]现有技术的应用，主要是以该原理为基础的相关检测设备，包括反拉千斤顶及油泵、测力及位移测试装置、操作系统等。
[0025]反拉法检测锚下有效预应力的核心问题在于如何从测量数据中判定得到实测值。通过以上原理分析可知，只要在试验中绘制出力
‑
位移曲线便可求得锚下有效预应力实测值。但问题在于，位移的准确测量是十分困难的。位移是指钢绞线在反拉力作用下的总拉伸量，而直接测量钢绞线的位移量是困难的。测量设备中有的采用千斤顶伸长量来间接得到钢绞线拉伸量。如图4，由于存在OA段间隙压密的过程，且张拉过程中可能会存在千斤顶夹片与钢绞线相对位移的情况，因此千斤顶伸长量并非是钢绞线的拉伸量，即使是修正后也会存在误差。反拉试验中，钢绞线的总拉伸量一般不到3mm，但反拉力值可达到180kN左右，因此较小的位移误差都会计算出较大的力值偏差。
[0026]由于钢绞线位移量难以准确测量，有的设备采取将力
‑
位移曲线中的横轴(位移)替换为时间，即只要张拉速率恒定，“力
‑
时间”曲线仍然可得到拐点特征。但很显然，张拉速率是由油泵进油控制，很难做到绝对的速率恒定，因此一旦“力
‑
时间”曲线出现一些波动，则无法判断到底是张拉速率问题还是其他问题，曲线的斜率也只能作为参考。
[0027]目前还有其他几种已知的相关标准中有效预应力实测值判定方法：
①
有的直接采
用图4中的C点作为锚下预应力值，如DB14/T 1717
‑
2018、DB34/T 3177
‑
2018、DB36/T 1136
‑
2019、DB45/T 2324
‑
2021，这显然比真值偏大；
②
有的采用B点峰值减去咬合力(即F
f
)得到锚下预应力值，咬合力通过线性回归拟合公式来计算，如DB37/T 4384
‑
2021，这种方法显然也是存在误差的，且不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于能量守恒的反拉法测试锚下有效预应力实测值判定方法，其特征在于，当夹片被拉脱后，夹片内外钢绞线应变势能瞬间调和一致；根据能量守恒定律，千斤顶反拉力在夹片松动前所做的功，等于夹片外钢绞线内积聚的应变势能，通过计算调和前后应变势能的变化量，反算得到夹片内钢绞线在夹片拉脱前瞬间的拉力值；再将从张拉开始到夹片拉脱前瞬间这个过程中的夹片位移量，用胡克定律反算出该过程中夹片内侧钢绞线拉力的增量，结合夹片内钢绞线在夹片拉脱前瞬间的拉力值计算得出张拉前夹片内侧钢绞线的拉力值，即锚下有效预应力。2.根据权利要求1所述的基于能量守恒的反拉法测试锚下有效预应力实测值判定方法，其特征在于，具体方法如下所述，利用材料力学能量法得到在反拉力达到峰值时，受到反拉的夹片外侧钢绞线应变势能为：式中：E
外B
为施加反拉力时应变势能调和前外侧钢绞线应变势能；F
B
为反拉峰值力；L
外
为外露段钢绞线工作夹片与千斤顶工具夹片之间的长度；E为钢绞线的弹性模量；A为钢绞线的截面面积；钢绞线应变势能调和后，外侧钢绞线应变势能为：式中：E
外C
为当反向拉力持续增加夹片被拉脱，内外钢绞线同时受力，应变势能完成调和后外侧钢绞线应变势能；F
C
为夹片内外钢绞线应变势能调和相等后瞬间钢绞线的拉力值；此时用于调和到夹片内钢绞线的应变势能
△
E为：调和后夹片内钢绞线的应变势能E
内C
为：式中，L
内
为夹片内侧钢绞线被两头工作夹片锚固住的长度；根据能量守恒定律，在夹片被拉脱瞬间钢绞线应变势能内外不一致，到钢绞线应变势能调和至内外一致，整条钢绞线的总应变势能是不变的，得到下式：E
外B
+E
′
内
＝E
外C
+E
内C
式中，E
′
内
为调和前夹片内侧钢绞线应变势能，上式可进...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥亮，黄永成，沈卫东，黎明，肖刚，钟伟，陈翰林，程鹏，田克文，牛云飞，
申请(专利权)人：中南检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。