基于虎克定理的預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

鐘正強(qiáng)，戴典，袁建偉

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基于虎克定理的預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

鐘正強(qiáng)，戴典，袁建偉

(長沙理工大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，湖南 長沙，410114)

針對現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力檢測方法的局限性，研發(fā)基于虎克定理的預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，建立3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(單索偏差均值、同束偏差均值、同斷面偏差均值)并給出其計(jì)算公式及上限值，依據(jù)檢測結(jié)果提出改進(jìn)預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的措施。研究結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的(張拉力)?(位移)曲線不同于理想?曲線，前者的第2個(gè)拐點(diǎn)縱坐標(biāo)對應(yīng)的壓力與傳感器所測壓力相差不大；運(yùn)用研發(fā)的檢測系統(tǒng)系統(tǒng)對橋梁的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測時(shí)，第2期的預(yù)應(yīng)力檢測結(jié)果明顯比第1期的好；檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果可靠；所提出的改進(jìn)措施解決了預(yù)應(yīng)力施工中存在的問題；檢測系統(tǒng)、3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)組合應(yīng)用有助于提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。

虎克定理；預(yù)應(yīng)力；檢測系統(tǒng)；施工質(zhì)量；評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國部分既有橋梁出現(xiàn)了不同程度的開裂現(xiàn)象，主要是由于預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量控制不到位，造成預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備不足[1?5]。在施工過程中，對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的錨下預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測很有必要，通過檢測可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，并可進(jìn)一步分析預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備不足的原因，從而采取針對性措施以提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。針對混凝土梁的預(yù)應(yīng)力檢測，周家剛等[6]在錨下安裝穿心式壓力環(huán)，通過直接讀取壓力環(huán)讀數(shù)得到錨下預(yù)應(yīng)力。該方法是目前測量錨下預(yù)應(yīng)力最準(zhǔn)確、最簡單的方法，但壓力環(huán)價(jià)格昂貴且不能作為工具使用。ANSARI等[7?8]通過安裝光纖光纜測試有效預(yù)應(yīng)力，但測試結(jié)果受環(huán)境影響較大。鄧年春等[9?10]在構(gòu)件中安裝磁通量傳感器，通過測量磁通量的變化得到鋼筋的工作應(yīng)力，但傳感器安裝要求高且測試精度低。VIMALANANDAM等[11?12]將局部破損技術(shù)運(yùn)用于預(yù)應(yīng)力檢測，該方法測試精度較高，但測試工序較繁瑣，且需對結(jié)構(gòu)局部破損來達(dá)到現(xiàn)場取樣的目的，這樣會(huì)對原結(jié)構(gòu)造成損傷。劉先濤等[13?15]利用反張拉原理，得到對預(yù)應(yīng)力筋的荷載—位移曲線，利用曲線的斜率和拐點(diǎn)確定錨下預(yù)應(yīng)力。此方法準(zhǔn)確度高，但檢測數(shù)據(jù)的處理過于繁瑣。以上檢測方法均存在缺陷，故不能在施工現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。為此，本文作者根據(jù)虎克原理自主開發(fā)出一套預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，將該系統(tǒng)運(yùn)用于橋梁的錨下預(yù)應(yīng)力檢測。

1 檢測系統(tǒng)開發(fā)

對于無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或灌漿前的有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，由于鋼筋沒有和混凝土構(gòu)件黏結(jié)成整體，故可通過對鋼筋的外露段施加拉力來測得其錨下預(yù)應(yīng)力。本文以張拉后的單根預(yù)應(yīng)力索為例進(jìn)行說明。施加反拉荷載前，錨索處于工作狀態(tài)，設(shè)錨索自由段工作應(yīng)力為1，外露段由夾片提供反力1支撐預(yù)應(yīng)力索，則1=1(其中，為預(yù)應(yīng)力索截面積，如圖1(a)所示)。在反拉過程中，千斤頂夾持錨索外露段并施加拉力2，錨索外露段受拉，隨著2增大，外露段應(yīng)力2從0 MPa逐漸增大，同時(shí)夾片提供的支撐力1逐漸降低，則有2+1=1，如圖1(b)所示。當(dāng)2與1相同時(shí)，夾片提供的支撐力1減小為0 MPa，此時(shí)，夾片剛脫離錨具，千斤頂提供的拉力2等于錨索截面積與工作應(yīng)力1的乘積，此時(shí)，2即為預(yù)應(yīng)力索的錨下預(yù)應(yīng)力。因此，若能夠判定此受力狀態(tài)的發(fā)生時(shí)刻并記錄此時(shí)2，則可得到預(yù)應(yīng)力索的錨下預(yù)應(yīng)力。

圖1 預(yù)應(yīng)力索受力示意圖

預(yù)應(yīng)力索多為高強(qiáng)低松弛鋼絞線，在張拉過程中可視為彈性體。在預(yù)應(yīng)力索反張拉過程中，當(dāng)2＜1時(shí)，外露段變形滿足胡克定律：

式中：2為預(yù)應(yīng)力索外露段工作錨與千斤頂工具錨之間的長度，cm；Δ為外露段的伸長量，cm；為張拉力，kN；為預(yù)應(yīng)力索截面積，cm2；為預(yù)應(yīng)力索彈性模量，N/mm2。

將式(1)變形得

由于式(2)左側(cè)為常量，故張拉力?位移曲線為1條斜直線。當(dāng)2≥1時(shí)，外露段和自由段結(jié)合成整體共同變形，式(2)變?yōu)?/p>

式中：1為預(yù)應(yīng)力索自由段長度，cm。

圖 2 F?s理想曲線

根據(jù)以上原理，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場檢測參數(shù)(張拉力-和位移)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和繪制?曲線，將傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)[16]用于檢測。研發(fā)的檢測系統(tǒng)由單索千斤頂、拉力傳感器、位移傳感器、主機(jī)及應(yīng)用軟件組成，見圖3。張拉檢測時(shí)，用單索千斤頂對預(yù)應(yīng)力筋施加反拉力，傳感器將預(yù)應(yīng)力筋的拉力及其因受力而產(chǎn)生的位移變化轉(zhuǎn)換成電信號，主機(jī)對電信號采集調(diào)理、分析處理及保存顯示，應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的數(shù)據(jù)通信、檢測數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)果評判及報(bào)告打印等。其中，應(yīng)用軟件主要由通信模塊、實(shí)時(shí)控制模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、圖形顯示模塊、實(shí)時(shí)測量模擬模塊和檢測報(bào)告輸出模塊組成。該檢測系統(tǒng)可生成帶有防偽功能的檢測報(bào)告，提高檢測數(shù)據(jù)的精確度和可靠度，且系統(tǒng)操作簡單，檢測成本低，不影響施工作業(yè)，不會(huì)對結(jié)構(gòu)造成損傷。

圖3 檢測示意圖

2 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

檢測系統(tǒng)用于實(shí)際檢測前必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)可獲取必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以提高分析計(jì)算的準(zhǔn)確度。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)應(yīng)在與擬檢測工程條件基本相同或可類比的條件下進(jìn)行。本次實(shí)驗(yàn)以3片不同截面形式的實(shí)體預(yù)制梁(箱型梁、T型梁及空心板梁)為實(shí)驗(yàn)體，在每片梁的各預(yù)應(yīng)力束中選取1根鋼絞線作為研究對象，箱型梁、T梁、空心板梁的鋼束數(shù)量分別為8束、4束和4束。鋼絞線張拉前，先在各試驗(yàn)索的一端安裝單索壓力傳感器(用于測量張拉錨固后各索的錨下預(yù)應(yīng)力)，再將預(yù)應(yīng)力束張拉至控制應(yīng)力。待錨固后，記錄單索壓力傳感器的壓力(用于對比檢測結(jié)果)，然后在各試驗(yàn)索的另一端安裝本檢測系統(tǒng)，逐根檢測并記錄檢測結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)導(dǎo)出的張拉力?位移曲線如圖4所示(需說明的是： 1) 在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中，各索的?曲線走向基本一致，故僅以某一預(yù)應(yīng)力索的?曲線為例進(jìn)行說明；2) 錨下預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值即為設(shè)計(jì)張拉控制力扣除相關(guān)預(yù)應(yīng)力損失后應(yīng)有的錨下拉力)。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)導(dǎo)出的F?s曲線

對比圖4與圖2可知：標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的?曲線與理想?曲線不完全一致，前者由直線段，，和組成，曲線起始點(diǎn)并沒有在原點(diǎn)，而是在距離原點(diǎn)一段距離的軸上，該曲線同時(shí)存在2個(gè)拐點(diǎn)。

為避免因張拉力與預(yù)應(yīng)力筋軸線不重合而造成滑絲現(xiàn)象，開始檢測前，會(huì)預(yù)先對鋼絞線外露段施加1個(gè)預(yù)拉力，待千斤頂完全頂在工作錨上時(shí)，即可認(rèn)為張拉力與軸線完全重合，因此，段為預(yù)緊段，點(diǎn)對應(yīng)縱坐標(biāo)即為預(yù)頂緊力。預(yù)頂緊后即可開始檢測，段近似為1條斜直線。由理論分析可知，段為鋼絞線外露段彈性變形的階段。由于段近似為1條斜率比段斜率小的斜直線，段即為外露段和自由段結(jié)合成整體共同彈性形變的的階段。段介于2個(gè)彈性變形階段之間，且為1條幾乎平行于軸的直線，故段對應(yīng)鋼絞線外露段和自由段剛好結(jié)合為整體。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，段的形成都伴隨著一聲脆響，實(shí)驗(yàn)梁的鋼束均采用夾片錨。外露段和自由段結(jié)合成整體的前提是夾片被拉出錨具，然而，夾片和錨具并非完全光滑，兩者之間存在靜摩擦力，由此推斷：段的形成是因?yàn)橥饴抖魏妥杂啥谓Y(jié)合成的整體前夾片必須克服夾片與錨具間的靜摩擦力，故和點(diǎn)縱坐標(biāo)之差即為夾片克服的摩擦力。

理想狀態(tài)下，可直接選取圖2中的拐點(diǎn)的縱坐標(biāo)作為被檢鋼筋的錨下預(yù)應(yīng)力，然而，實(shí)驗(yàn)生成的?曲線有2個(gè)拐點(diǎn)。根據(jù)以上分析可知：、點(diǎn)即為夾片被拉出錨具，外露段與自由段開始結(jié)合成整體，由于存在靜摩擦力的影響，夾片被拉出錨具必須克服兩者間的最大靜摩擦力，故點(diǎn)張拉力為外露段的張拉力與最大靜摩擦力之和。由此推斷：點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)很有可能為錨下預(yù)應(yīng)力。各實(shí)驗(yàn)索實(shí)際拉力(壓力環(huán)讀數(shù))及對應(yīng)檢測拉力(?曲線的點(diǎn)縱坐標(biāo))如表1所示。

表1 實(shí)際拉力與檢測拉力對比

注：“—”表示傳感器被破壞，沒有讀數(shù)；字母Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ分別表示箱型梁、T梁及空心板梁。

由表1可知：3種截面形式梁各試驗(yàn)索的點(diǎn)張拉力值與對應(yīng)壓力環(huán)讀數(shù)基本相同，相對誤差范圍在±0.29%以內(nèi)?？梢?，以上分析和推斷完全合理，在實(shí)際檢測中，可讀取點(diǎn)縱坐標(biāo)作為錨下預(yù)應(yīng)力。該檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果可靠性強(qiáng)，且不受構(gòu)件截面形式的影響。依據(jù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的?曲線可知：在實(shí)際檢測過程中，可通過監(jiān)測曲線斜率的突然變小來發(fā)出警報(bào)，終止反拉，防止繼續(xù)反拉對錨索造成破壞。

3 檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 工程概況

從莞(廣州從化區(qū)—東莞市)高速公路東莞段(含清溪支線)是廣東省高速公路網(wǎng)二環(huán)高速的組成部分，也是東莞市“一環(huán)六縱五橫三連”公路主干線的組成部分，位于莞深高速(東莞市—深圳市)和博深高速(惠州市博羅縣—深圳市)之間，作為東莞地區(qū)的第5條南北向高速公路，對內(nèi)是東部沿線各鎮(zhèn)的溝通要道，對外是北進(jìn)惠州與南下深圳的快速運(yùn)輸通道。線路總長(含清溪支線)約57.7 km，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。本線路共設(shè)橋梁52座(其中特大橋13座)，橋梁結(jié)構(gòu)形式包含連續(xù)箱梁、簡支梁(預(yù)應(yīng)力空心板、T梁)等預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。

3.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

粵交監(jiān)督〔2014〕126號“廣東省交通質(zhì)監(jiān)站關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量管理的通知”規(guī)定，橋梁預(yù)應(yīng)力施加完成后需對其錨下預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢抽。檢抽檢頻率為：每個(gè)預(yù)制場生產(chǎn)的前5片梁必檢，后續(xù)生產(chǎn)的預(yù)制梁按3%的比例抽檢且不少于3片；對抽查的構(gòu)件的所有預(yù)應(yīng)力筋都必須進(jìn)行錨下預(yù)應(yīng)力檢測；體外索、無黏結(jié)筋、豎向筋、先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩預(yù)應(yīng)力筋抽檢比例不宜少于15%，且不少于3束；現(xiàn)澆及懸澆結(jié)構(gòu)按預(yù)應(yīng)力束總數(shù)的15%進(jìn)行抽檢，且不少于3束。為此，研發(fā)檢測系統(tǒng)以完成檢測工作。

為對預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)評估，陸學(xué)村等[17]提出了3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即有效預(yù)應(yīng)力偏差、同束不均勻度、同斷面不均勻度，通過計(jì)算公式將檢測數(shù)據(jù)換算成標(biāo)準(zhǔn)值以實(shí)現(xiàn)評估。以上評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般用于檢測數(shù)據(jù)較少時(shí)的分析與評價(jià)。本高速公路段檢測工作量大，必然會(huì)有大量的檢測數(shù)據(jù)，故已有的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不便在本項(xiàng)目中采用，有必要提出一種新的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由于本項(xiàng)目生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力梁數(shù)量龐大，因此，檢測工作幾乎不間斷，可通過將每天的檢測結(jié)果系統(tǒng)化、簡單化來達(dá)到方便評估的目的。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出新的3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：單索偏差均值、同束偏差均值和同斷面偏差均值。

單索偏差均值(記為)用于評價(jià)張拉力的控制質(zhì)量，計(jì)算公式為

式中：為當(dāng)天檢測預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量；F為第根預(yù)應(yīng)力筋的拉力，kN；s為錨下預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

同束偏差均值(記為)用于評價(jià)預(yù)應(yīng)力筋的穿束質(zhì)量，計(jì)算公式為

同斷面偏差均值(記為)用于評價(jià)截面各鋼束張拉力施加的均衡性，計(jì)算公式為

要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值對預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量作出評價(jià)，還需規(guī)定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的上限值，若計(jì)算得出的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值中有1項(xiàng)超出了其上限值，則可判定預(yù)應(yīng)力施工中存在問題?！皷|省交通質(zhì)監(jiān)站關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)橋梁預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量管理的通知”規(guī)定，單根預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)測拉應(yīng)力與錨下預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值的偏差應(yīng)在±6%之內(nèi)，故這3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值的上限值必須與該允許值等效。運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)理論通過計(jì)算得出單索偏差均值、同束偏差均值、同斷面偏差均值的上限值分別為 6%，6%和2%。

3.3 工程應(yīng)用

控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量需從早期著手，通過對橋梁的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行檢測，可及早發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，找出問題產(chǎn)生的原因，從而采取針對性解決措施，確保這些問題不會(huì)延續(xù)[18]?，F(xiàn)運(yùn)用研發(fā)的檢測系統(tǒng)對本項(xiàng)目中的橋梁進(jìn)行預(yù)應(yīng)力檢測，連續(xù)檢測14 d(第1期)，依據(jù)式(4)～(6)將檢測數(shù)據(jù)換算成標(biāo)準(zhǔn)值，見圖5。

從圖5可見：本期的單索偏差均值完全超出其上限值，最大偏差均值可達(dá)13%；除第7天和第14天的同束偏差均值剛好處于其上限值外，其余均超標(biāo)，最大可達(dá)13%；同斷面偏差均值除第13天外，均超出上限值，最大偏差均值為6%；各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值在第1期呈不規(guī)律變化(即離散性大)?？偟膩碚f，本期預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量差。本項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力施工中均采用人工喂推作業(yè)和整束張拉，根據(jù)以上檢測結(jié)果及各標(biāo)準(zhǔn)值的定義可斷定：張拉控制力相比于設(shè)計(jì)張拉力偏大或偏??；在穿束過程中出現(xiàn)了鋼絞線扭轉(zhuǎn)及纏繞現(xiàn)象；鋼束張拉時(shí)對張拉力的控制不統(tǒng)一，時(shí)大時(shí)小。

為解決上述問題，有針對性地提出3項(xiàng)改進(jìn)措施：

圖5 第1期檢測結(jié)果

1) 合理估算結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失值，對張拉控制力進(jìn)行調(diào)整，張拉前對張拉設(shè)備準(zhǔn)確標(biāo)定，確保設(shè)計(jì)壓力準(zhǔn)確施加在混凝土構(gòu)件上；2) 穿束前可通過對鋼絞線進(jìn)行編號來防止鋼絞線之間發(fā)生纏繞，且穿束時(shí)要緩，不能太快；3) 后期采用智能張拉設(shè)備，確保斷面各鋼束的張拉力相同。

現(xiàn)將以上措施運(yùn)用到本項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力施工中，同時(shí)對其錨下預(yù)應(yīng)力進(jìn)行跟蹤檢測。第2期檢測結(jié)果如圖6所示。

圖6 第2期檢測結(jié)果

由圖6可知：單索偏差均值都處于其上限值以下，僅第8天的標(biāo)準(zhǔn)值剛好在上限值處；同束偏差均值除第3天和第14天外，都處于上限值以下；有3 d的同斷面偏差均值超出了其規(guī)定的上限值，表明鋼束張拉力的控制還不是很穩(wěn)定，有待進(jìn)一步提高，但離散性小，基本穩(wěn)定在上限值。依據(jù)以上結(jié)果可推斷：本期的張拉控制力施加較合理；鋼束的穿束質(zhì)量高，幾乎不存在扭轉(zhuǎn)、纏繞現(xiàn)象；斷面各鋼束施加的張拉力要比第1期穩(wěn)定。建議在下一階段繼續(xù)保持良好的施工工藝，將鋼束的張拉力控制得更加穩(wěn)定，以全面控制預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量。

對比2期檢測結(jié)果可知：第2期的預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量相比第1期有大幅度提高；提出的改進(jìn)措施完全解決了預(yù)應(yīng)力施工中存在的問題；研發(fā)的檢測系統(tǒng)及提出的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對提高預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。

應(yīng)力?應(yīng)變法是最傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力檢測方法，主要是在錨具或鋼筋上設(shè)置力傳感器或黏貼應(yīng)變片，通過采集力傳感器或應(yīng)變片的數(shù)據(jù)分析鋼筋的工作應(yīng)力。該方法需要在預(yù)應(yīng)力施工前預(yù)埋傳感器或者應(yīng)變片，對于已建成結(jié)構(gòu)檢測難度較大、成本高且不能依據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析施工中存在的問題，故難以作為一種常規(guī)檢測手段廣泛推廣。然而，研發(fā)的檢測系統(tǒng)很好地克服了傳統(tǒng)檢測方法的不足，將提出的3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)組合運(yùn)用，可分析引起預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量差的原因并有針對性地采取解決措施。

4 結(jié)論

1) 基于虎克定理，運(yùn)用電子信息技術(shù)，研發(fā)出一套適用于無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件或灌漿前的有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的錨下預(yù)應(yīng)力檢測系統(tǒng)。

2) 由于錨具和夾片之間存在摩擦力，致使?曲線出現(xiàn)2個(gè)拐點(diǎn)。

3) 在實(shí)際檢測時(shí)，可取?曲線第2個(gè)拐點(diǎn)點(diǎn)的縱坐標(biāo)作為被檢預(yù)應(yīng)力筋的錨下預(yù)應(yīng)力。

4) 提出的3項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可對預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量進(jìn)行合理評價(jià)。

5) 檢測標(biāo)準(zhǔn)值和各自的上限值有助于分析預(yù)應(yīng)力施工中存在的問題。

6) 研發(fā)的檢測系統(tǒng)和提出的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可為結(jié)構(gòu)安全提供有力保障。

[1] 廖金平, 王海龍. 鐵路混凝土橋梁病害類型及分析[J]. 國防交通工程與技術(shù), 2013, 47(2): 309?314. LIAO Jinping, WANG Hailong. Concrete railway bridge diseases types and analysis[J]. Traffic Engineering and Technology for National Defence, 2013, 47(2): 309?314.

[2] 周源. 高速鐵路大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋長期性能關(guān)鍵問題研究[D]. 上海: 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院, 2011: 19?37. ZHOU Yuang. The study of high speed railway long span prestressed concrete continuous rigid frame bridge for long-term performance of the key issues[D]. Shanghai: Tongji University. College of Civil Engineering, 2011: 19?37.

[3] 郭琦, 賀拴海. 大跨度PC橋梁有效預(yù)應(yīng)力衰變行為監(jiān)測與評估模型研究[J]. 公路交通科技, 2011, 28(5): 61?66.GUO Qi, HE Shuanghai. The research of monitoring and model evaluation of big span PC bridge effective prestressed decay behavior[J]. Highway and Transportation Research, 2011, 28(5): 61?66.

[4] LIU Haibo, XIANG Tianyu, ZHAO Renda. Modeling of transfer length of prestressing strands using genetic programming and neuron-fuzzy original research article[J]. Advances in Engineering Software, 2010, 41(2): 315?322.

[5] PARKER J K, GOIDBERG D E. Inverse kinematics of redundant robots using genetic algorithm[J]. IEEE Int Conf on Robotics and Automation, 2012: 36(7): 271?275.

[6] 周家剛, 尹新剛. 在役預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版), 2011(6): 219?222. ZHOU Jiagang, YIN Xingang. Prestressed detection technology of prestressed concrete bridge in service[J]. Highway and Transportation Research (Applied Technology Edition), 2011(6): 219?222.

[7] ANSARI F, YUAN Libo. Mechanics of bond and interface shear transfer in optical fiber sensors[J]. Journal of Engineering Mechanics, 2011, 124(4): 385?394.

[8] LI Q B. Elasto-plastic bonding of embedded optical fiber sensors in concrete[J]. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 2012, 128(4): 71?78.

[9] 鄧年春, 龍躍, 孫利民. 應(yīng)用磁通量傳感器監(jiān)測體內(nèi)預(yù)應(yīng)力研究[J]. 預(yù)應(yīng)力技術(shù), 2010(3): 3?7. DENG Nianchun, LONG Yue, SUN Limin. The study of apply magnetic flux sensor to detect vivo prestressed[J]. Prestressed Technology, 2010(3): 3?7.

[10] 孫艾薇. 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中磁通量傳感技術(shù)的研究[D]. 長沙: 中南大學(xué)土木工程學(xué)院, 2010: 6?13.SUN Aihui. The piezoelectric Sensor technology research of structural health monitoring[D]. Changsha: Central South University. School of Civil Engineering, 2010: 6?13.

[11] VIMALANANDAM V, SAI BABU S, SREENATH H G, et al. Estimation of residual prestress in uninstrumented prestressed concrete structures using SSRHT in wires[J]. Indian Concrete Journal, 2010, 74(11): 631?636.

[12] MERZBACHER C I, KERSEY A D, FRIEBELE E J. Fiber optic sensors in concrete structures[J]. Advanced Materials, 2009, 19(13): 1697?1702.

[13] 劉先濤. 預(yù)應(yīng)力錨索有效預(yù)應(yīng)力檢測方法的研究[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版), 2011(10): 66?69. LIU Xiantao. Study on prestressed anchor effective prestress detection method[J]. Highway and Transportation Research (Applied Technology Edition), 2011(10): 66?69.

[14] 付丹, 郭紅仙, 程曉輝, 等. 預(yù)應(yīng)力錨索工作應(yīng)力的檢測方法: 拉脫法的檢測機(jī)制和試驗(yàn)研究[J]. 巖土力學(xué), 2012, 33(8): 2247?2252. FU Dan, GUO Hongxiang, CHENG Xiaohui, et al. Detection method of prestressed anchor job stress: detection mechanism and experimental study of the pull-off method[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(8): 2247?2252.

[15] 付丹. 預(yù)應(yīng)力錨索工作應(yīng)力的檢測方法研究[D]. 北京: 清華大學(xué)土木工程學(xué)院, 2010: 51?54. FU Dan. The detection method study of prestressed anchor job stress[J]. Beijing: Tsinghua University. College of Civil Engineering, 2010: 51?54.

[16] 李彥哲. 電子技術(shù)與信息科學(xué)[J]. 科技視界, 2013, 33(16): 179?198.LI Yanzhe. Electronics and information science[J]. Science and Technology Horizon, 2013, 33(16): 179?198.

[17] 陸學(xué)村, 熊偉, 林陽子. 基于錨下預(yù)應(yīng)力檢測的預(yù)應(yīng)力張拉施工質(zhì)量診斷方法研究[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版), 2015(6): 218?220. LU Xuecun, XIONG Wei, LIN Yangzi. The study on prestressed tension construction quality diagnostic methods based on prestressed detection[J]. Highway and Transportation Research(Applied Technology Edition), 2015(6): 218?220.

[18] 沈煒. 預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁施工質(zhì)量控制[D]. 杭州: 浙江大學(xué)土木工程學(xué)院, 2013: 28?31. SHEN Wei. Construction quality control of prestressed concrete cast box girder[D]. Hangzhou: Zhejiang University. College of Civil Engineering, 2013: 28?31.

(編輯 陳燦華)

Development and application of prestress testing system based on Hooke theorem

ZHONG Zhengqiang, DAI Dian, YUAN Jianwei

(School of Civil Engineering and Architecture, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410114, China)

In view of the limitation of the existing methods for the detection of prestress, a prestress detection system based on Hooke theorem was developed. Three evaluation criteria (single cable deviation average, a bunch of cable deviation average, a cross-sectional of cable deviation average) were established with the calculation formula and the upper limit value. According to the test results, the measurements to improve the quality of prestressed construction were presented. The results show that the(tension)?(displacement) curve obtained by the standard experiment is different from the ideal?curve, and the former’s pressure corresponds to the ordinate value of the second inflection pointagrees with the measured value obtained by sensor. When the detection system is used to detect the prestress of the bridge, the prestress test results of the second phase are better than those of the first phase. The detection results of the detection system are reliable. The improvement method can solve the existing problems in the construction of prestress. Detection system combined with three evaluation criteria can improve the construction quality of prestress.

Hooke theorem; prestress; testing system; construction quality; evaluation criteria

U446.3

A

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.03.028

1672?7207(2018)03?0725?07

2017?03?07；

2017?05?13

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51578078)；長沙理工大學(xué)開放基金資助項(xiàng)目(15DK03) (Project(51578078) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(15DK03) supported by Open Fund of Changsha University of Science and Technology)

鐘正強(qiáng)，博士，副教授，從事橋梁檢測與加固技術(shù)研究；E-mail : zzq6010@sina.com