[发明专利]体外预应力钢束应力精确检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力钢束应力的检测装置及方法，特别是涉及一种用于精确测试体外预应力钢束应力状态的体外预应力钢束应力精确检测装置和方法。

背景技术

体外预应力钢束是钢-混结合段部分重要的结构组成部分，体外预应力状态直接影响钢混结合段的结构刚度和连接可靠性，瓯江大桥主跨采用混合梁结构，为保证钢梁和混凝土有效连接并改善其承载性能，在混合梁内部布置了体外预应力束，体外预应力的实际工作状态直接影响到混合梁的承载可靠性。但目前的检测方法和手段只能在钢束的张拉端测量张拉控制力的大小，属于宏观的测量，不能直接检测预应力钢束沿纵向各个位置的应力状况。体外预应力实际分布状态尤其是转向块及限位阻尼装置对预应力的影响尚不明确，难以量化。研究开发体外钢束预应力状态感知与识别技术可以有效提高桥梁体外预应力工程施工质量和服役能力。

目前，可用于测试钢束预应力状态且效果较好的技术有磁通量传感技术、振动频率识别方法、光纤光栅传感技术等。

磁通量传感技术可被用于检测预应力钢束应力状况，其原理是基于铁磁性材料的磁弹效应，当铁磁性材料受到外力作用时，其内部产生机械应变，相应磁导率发生变化，通过测量磁导率变化，建立磁导率与应力关系，可计算出应力变化情况。磁通量传感器通过直接感应试件的磁特性变化测量应力，属于非接触测量，安装位置灵活，可置于塑料波纹管外面或直接与波纹管相连，可沿钢束长度方向的任意位置，并且具有量程不受限制，保证率高，不易破坏失效的优点，但其测试精度相对较低。磁通量传感器测量体内预应力的技术在南京葫芦鼎桥体内预应力检测、成都双流机场滑道桥体内预应力监测项目中都有应用。

振动频率识别法是测量拉索受力及体外束索力的另外一种行之有效的测试方法。准确测算索力的关键在于得到准确的拉索固有频率。不同于直接测量的方法，振动法测索力是目前测量斜拉桥索力最广泛采用的一种方法。在这种方法中，以环境振动或者强迫激励拉索，传感器记录下时程数据，并由此识别出索的振动频率，索力由测得的频率换算而间接得到。振动法测索力的关键在于通过现场振动实验准确地识别出索的固有频率。在进行桥梁等大型结构动力测试时，由于环境激励具有不需要激励设备，不影响使用等优点，成为普遍采用的动力测试方式。平稳随机环境激励下识别斜拉桥拉索频率的传统方法主要有功率谱频差法和基频法，然而通常由环境振动测试得到的功率谱的结果不是非常理想，尤其是低频部分，代表前几阶频率的峰值很容易混淆，导致真实的峰值有时不容易识别。

分布式光纤传感技术是利用光纤的连续特性进行测量，光纤既作传感元件，又作传输元件，可对光纤经过区的环境参数进行连续测量，获得被测空间分布状态和随时间变化的信息。从20世纪70年代发展至今，分布式光纤传感器主要包括准分布式光纤传感器(QDOFS)和全分布式光纤传感器(DOFS)。全分布式为连续测量法，整个光纤长度上任一点都是敏感点，属于“海量”测量，理论上传感距离任意长，空间分辨率任意小，检测没有盲区。光纤具有不受电磁干扰，灵敏度高，可靠性高，耐腐蚀，体积小等优点，已成为国际研究的热点。分布光纤传感器强度和柔度满足工程复杂环境要求，光纤既作传感器又作数据传输线路，耐久性较好。但是分布光纤传感器的测试精度较光栅传感器低，属于接触式测量方法，安装中易损坏。国际上光纤光栅传感技术研究始于20世纪70年代，通过在实际工程中安装光纤光栅传感器，获取结构状态信息。光栅传感器测试精度可达2~3με，能满足预应力测试的要求。但传感器埋设过程中存在易损坏问题，即在预应力钢束受力产生变形的过程中，局部变形过大损坏光纤传感器和数据引线。1993年加拿大多伦多大学在卡尔加里的贝丁顿特雷尔桥（钢桁架）上布置光纤传感器，成功进行了桥梁结构应变监测。Nellen等（1999）首次将布拉格光栅传感器埋入到CFRP绞索中，测量了桥梁预应力索及预应力锚固端应变演变规律。我国吴忠黄河大桥施工监测也采用了光纤传感技术。但光栅传感器技术也属于接触式的测量方法，在复杂的施工环境中，很容易损坏。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之主要目的在于提供一种体外预应力钢束应力精确检测装置及方法，其能够弥补单独用磁感传感器和磁感采集装置测试分析时无法排除体外预应力钢束钢绞线应力松弛影响的弊端，有效提高了测试的精度。

为达上述及其它目的，本发明提出一种体外预应力钢束应力精确检测装置，包括：

多个磁感传感器，各磁感传感器用于检测预应力钢束的磁通量，输出与应力成比例的电压至磁感数据采集装置；