本發(fā)明涉及橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術領域，尤其涉及一種混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量系統(tǒng)及方法。

背景技術：

為減少和控制大跨度預應力混凝土連續(xù)(剛構(gòu))箱梁橋腹板主拉應力，防止箱梁腹板混凝土開裂，通常在箱梁腹板布置豎向預應力鋼筋束，通過張拉鋼筋束傳力到混凝土而使混凝土結(jié)構(gòu)物在承受設計載荷前使全截面或部分截面受到壓應力，改善結(jié)構(gòu)在使用階段的承載性能，是保證梁體在質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的重要手段和方法。

傳統(tǒng)對于鋼筋束預應力測量主要通過鋼筋應變計測量外部張拉鋼筋束局部的應力來反映整體箱梁所受預應力，該方法既不能連續(xù)反映預應力分布和變化，也不能對箱梁內(nèi)局部預應力進行測量，對于分析和研究預應力損失不能提供直接的數(shù)據(jù)支持，因此，提出一種連續(xù)可測的預應力測量方法勢在必行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，實現(xiàn)了一種可提高精度和穩(wěn)定性的光纖光柵測量裝置，該裝置由波長解調(diào)模塊、單模光纖和數(shù)據(jù)采集單元組成，其中波長解調(diào)模塊是用來對反射回來的中心波長進行解調(diào)，測量出中心波長的偏移量。單模光纖是用來傳輸光信號，而且不同的光纜對應的波長解調(diào)模塊的不同通道。數(shù)據(jù)采集單元是由特殊的環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)來組成的，通過溫度數(shù)據(jù)補償修正、位置結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)精確互補和多通道采集，同時提高了光纖光柵測量系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

本發(fā)明請求保護一種混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

預應力鋼筋束，通過張拉機固定在被測箱梁中；第二張拉錨具，張拉支架， 預應力鋼筋束，第一張拉錨具依次固定；

鋼筋應變計，被安裝在張拉支架處的預應力鋼筋束中，并由應變采集設備測量應變值；

直流電源通過電源正極導線與預應力鋼筋束正極連接點連接，通過電源負極導線與預應力鋼筋束負極連接點連接，并在預應力鋼筋束上施加恒定電壓；

多個測點連接點均勻分布在預應力鋼筋束中，并連接補償電阻和測點連接導線；

高精度萬用表，用于測量測點連接導線間電壓，并計算分布預應力。

應用于如上所述系統(tǒng)的預應力測量方法，該方法包括如下步驟：

S101，對預應力鋼筋束進行等距測點布置，需記錄測點距離，并對測量導線通過補償電阻進行電阻補償，使各個測量導線電阻阻值相等；

S102，對預應力鋼筋束進行預應力加載，并通第一張拉錨具、第二張拉錨具、張拉支架進行固定，并通過張拉機進行預應力加載；

S103，使用直流電源對預應力鋼筋束施加穩(wěn)定電壓，并使用高精度萬用表，對各個測點間電壓進行測量；

S104，鋼筋應變計的安裝與測量可根據(jù)被測需要張拉前安裝或張拉后安裝，并記錄當前應變值；根據(jù)公式計算各個測點的應力；其中，應變計兩邊一定距離l₀之間電壓為U₀，被測點電壓為U_n；其中，ω₀為拉伸載荷，S₀為鋼筋束截面積。

進一步的，步驟S103中，穩(wěn)定電壓為5～12V之間。

與現(xiàn)有技術和產(chǎn)品相比，該發(fā)明具有顯著優(yōu)點：

(1)能夠根據(jù)測點導線引出位置不同和數(shù)量，實現(xiàn)任意位置鋼筋束預應力；

(2)可在澆筑過程中預留測量導線，可實現(xiàn)長期預應力損失監(jiān)測；

(3)本方法易于實施，精確度高、結(jié)果可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量方法等效電路圖。

圖2是本發(fā)明混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量方法原理圖。

上述附圖中的各標記意義如下：

1.預應力鋼筋束；2.被測箱梁；3.鋼筋束負極連接點；4.第一張拉錨具；5.補償電阻；6.張拉錨具(二)；7.鋼筋束正極連接點；8.鋼筋應變計；9.張拉支架；10.電源正極導線；11.直流電源；12.應變采集設備；13.電源負極導線；14.測點連接點；15.測點連接導線；16.高精度萬用表。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。

如圖2所示，為本發(fā)明請求保護的一種混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

預應力鋼筋束1，通過張拉機固定在被測箱梁2中；第二張拉錨具6，張拉支架9，預應力鋼筋束1，第一張拉錨具4依次固定；

鋼筋應變計8，被安裝在張拉支架處的預應力鋼筋束1中，并由應變采集設備12測量應變值；

直流電源11通過電源正極導線10與預應力鋼筋束正極連接點7連接，通過電源負極導線13與預應力鋼筋束負極連接點3連接，并在預應力鋼筋束1上施加恒定電壓；

多個測點連接點14均勻分布在預應力鋼筋束1中，并連接補償電阻5和測點連接導線；

高精度萬用表16，用于測量測點連接導線間電壓，并計算分布預應力。

以下通過計算推導預應力的計算公式：

應變采集設備讀取鋼筋應變計應變值為ε₀，應變計兩邊一定距離l₀之間電壓為U₀，被測點應變值為ε_n，被測點測量掉線間距l(xiāng)_n，電壓為U_n，R為補償電阻，由于高精度萬用表內(nèi)阻可視為無限大，該電阻值可忽略。

根據(jù)材料力學，鋼筋束應力為:

$\mathrm{\σ}=\frac{w}{S}---\left(1\right)$

其中，w為拉伸載荷，S為鋼筋束截面積。

且應力與應變關系為：

σ＝Eε (2)

其中，E為鋼筋束彈性模塊，ε為鋼筋束應變。

假設鋼筋束界面均勻，即鋼筋束電阻與導線長度成正比，鋼筋束電阻為：

$R=\frac{\mathrm{\ρ}l}{S}---\left(3\right)$

其中，ρ為鋼筋束電阻率，l鋼筋束長度，S為鋼筋束截面積。

由于鋼筋束內(nèi)電流相等，即：

$\frac{U_0}{R_0}=\frac{U_n}{R_n}---\left(4\right)$

其中，R₀、R_n分別為標準段和被測段鋼筋束內(nèi)阻。

聯(lián)立(1)、(2)、(3)、(4)可得，本方法的計算公式：

${\mathrm{\σ}}_n=\frac{U_n{l}_0}{U_0{l}_n}{\mathrm{\σ}}_0---\left(5\right)$

若測點等距布置，上式可簡化為：

${\mathrm{\σ}}_n=\frac{U_n}{U_0}{\mathrm{\σ}}_0---\left(6\right)$

即，預應力與鋼筋束成正比關系。

應用于上述系統(tǒng)的混凝土橋梁鋼筋分布預應力測量方法，包括如下步驟：

S101，對預應力鋼筋束1進行等距或非等距測點布置(需記錄測點距離)，并對測量導線15通過補償電阻5進行電阻補償，使各個測量導線電阻阻值相等；各個測量導線選型需具有良好的防護等級，具備混凝土澆筑后正常使用的能力；

S102，對預應力鋼筋束1進行預應力加載，并通第一張拉錨具4、第二張拉錨具6、張拉支架9和圖2中未標注出的緊固件進行固定，并通過張拉機進行預應力加載；

S103，使用直流電源11對預應力鋼筋束1施加穩(wěn)定電壓，推薦5～12V之間，并使用高精度萬用表16，對各個測點間電壓進行測量；

S104，鋼筋應變計的安裝與測量可根據(jù)被測需要張拉前安裝或張拉后安裝，并記錄當前應變值；根據(jù)公式計算各個測點的應力；其中，應變計兩邊一定距離l₀之間電壓為U₀，被測點電壓為U_n；其中，ω₀為拉伸載荷，S₀為鋼筋束截面積。

本發(fā)明中應用具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實 施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，對于本領域的一般技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護的范圍。