钢绞线拉力测量传感器的研制

　　0　引　言

　　钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经过冷加工,再经回火和绞捻等加工过程而成,具有塑性好、无接头、使用方便、强度高等优点,目前被广泛使用在各种预应力混凝土结构物中,例如:桥梁、体育场馆、工业厂房等。在这些预应力混凝土结构物的施工及其整个生命周期内,研究人员迫切需要了解预应力混凝土结构物中钢绞线的实际受力情况,但至今还没有一种比较有效的测试方法。

　　目前在施工过程中为了检验张拉效果,通常采用在锚具下安装压力传感器的方法来得到整束钢绞线的拉力,但不能得到每一根钢绞线的拉力,因此,不能判断整束钢绞线中的各根钢绞线受力是否均匀,导致在张拉过程中受力较大的某一根或几根钢绞线断丝,由此留下工程隐患;另外,孔道摩阻力的大小以及其沿孔道的分布情况无法知道,由此影响张拉效果^[1]。为了测到某一根钢绞线的拉力,有工程技术人员尝试在钢绞线上贴应变计,但受贴片技术、保护方法、偏轴应变转换等因素影响,效果很不理想^[2]。有学者研究用光纤光栅传感器来测量单根钢绞线的拉力,但埋入技术、分析技术、影响因素以及使用成本等诸多问题都需要进一步研究^[3]。有一些学者在频率测试方面做了一些研究,具体方法是在混凝土表层沿钢绞线方向开凿一定距离(大约1m左右),将钢绞线外层的混凝土凿去,直到使钢绞线完全外露,再通过测试钢绞线的频率来得到钢绞线的实际拉力,但这种方法受多种不确定因素的影响,误差较大^[4]。因此,在预应力混凝土结构中,当前需要解决的技术问题是如何测试每一根钢绞线从开始张拉到整个使用寿命周期内的受力大小,从而可以解决上述技术问题。

　　本文介绍了一种测量精度高、数值稳定、使用方便、成本低廉的钢绞线拉力传感器,该传感器可以安装在钢绞线上的预测位置,从而在整个施工过程中可以监测单根钢绞线的实际拉力大小,在结构物营运期间监测单根钢绞线的拉力变化情况,为准确评定结构物的工作状态提供依据,该传感器已获国家发明专利^[5]。

　　1　传感器的工作原理

　　图1是传感器结构示意图,根据钢绞线的结构特点,采用左端固定套里的左上夹紧楔圈和左下夹紧楔圈、右端固定套里的右上夹紧楔圈和右下夹紧楔圈在测试时将被测试的钢绞线夹紧,在钢绞线上加荷载时钢绞线发生形变,安装在左端固定套和右端固定套上的上弹簧片和下弹簧片两端发生相对位移,上弹簧片和下弹簧片产生形变,上弹簧片和下弹簧片上粘贴的应变计将上弹簧片和下弹簧片产生的变形转换成电信号输出到应变仪。通过标定系数,就可以得到钢绞线的拉力值。标定系数是通过将装有传感器的钢绞线安装在高精度试验机上进行标定而得到。