预应力锚索杆张力检测仪(sbaptt)教程

1、scit-1-tur-001-2011-c预应力锚索（杆）张力检测仪教程（v1.00）2012-4-6 初稿 2012-5-15 第1次修订2012-6-15 第2次修订四川升拓检测技术有限责任公司本报告对应设备1) 预应力锚索（杆）张力检测仪（p型）目 录第1章全体概述11.1一般说明11.1.1dvc文件的设置1第2章 埋入式锚索（杆）张力检测22.1注意事项22.2测试基本流程22.3硬件连接及激振32.3.1硬件连接32.3.2传感器的安装42.3.3激振42.4锚具特征参数的标定42.4.1标定条件的要求42.4.2信号采集及测试52.4.2.1测试的准备工作52.4.2.2数据采集

2、62.4.3数据解析72.4.3.1一次数据解析72.4.3.2二次解析102.5锚索（杆）张力测试132.5.1信号采集及测试132.6误差分析及提高测试精度的方法142.6.1测试原理142.6.2主要误差源及注意事项152.6.2.1激振152.6.2.2锚具及灌浆状态152.6.2.3标定与测试间的差异162.6.3测试结果的验证和应用162.6.3.1测试结果的验证162.6.3.2测试结果的应用16第3章 空悬锚索、拉杆张力检测173.1注意事项173.2硬件连接及激振173.2.1硬件连接173.2.2激振183.3张力的测试183.3.1测试的准备183.3.2信号采集及测试2

3、13.4张力的解析213.4.1例题-1(t1-1)213.4.2复合拉杆的张力计算243.4.3阻尼器的影响253.4.4复合拉杆张力测试的应用（乌江特大桥索杆张力测试，2012.07）25第1章 全体概述1.1 一般说明本教程与相关设备的说明书、技术方案、测试原理等配合使用，效果更好。本教程主要包括以下内容：1) 埋入式锚索（杆）张力检测；2) 空悬锚索、拉杆张力检测。本教程涉及的程序包括：1) 测试系统（bae_pccsts）：可以进行现场数据的测试及现场初步分析测试数据；2) 1次数据解析系统（bae_sants）：可以实现对已有的测试数据进行分析；3) 2次数据解析系统（bae_si

4、cas）：可以实现对一次解析软件的测试结果进行二次分析。1.1.1 dvc文件的设置dvc文件里包含传感器、激振点的位置、放大倍率等信息，是各项检测所必不可少的文件。用户也可以根据采集软件的相应模块自动计算放大倍数，并生成dvc文件。在测试软件（bae_pccsts）中，点击“dvc maker”打开dvc文件制作器：！传感器对应设置图1-1 dvc文件制作界面相应地设定以后，dvc文件会自动生成。第2章 埋入式锚索（杆）张力检测关于锚索（杆）张力的测试方法，我们研发出了“等效质量法”来测试，该方法已经成功获得国家发明专利，专利号：zl200910177856.5。锚索（杆）张力测试（即锚固力

5、）测试基本原理：利用激振锤（力锤）敲击锚头，并通过粘贴在锚头上的传感器拾取锚头的振动响应，从而能够快速、简单地测试锚索（杆）的现有张力。本部分对应设备为预应力锚索（杆）张力检测仪（sba-ptt）、预应力混凝土梁多功能无损测试仪（spe-mats）。图2-1等效质量法测试的基本概念2.1 注意事项需要注意的问题主要有。1) 传感器的安装和激振；2) 激振电压范围的合理选择；3) 选择适当的解析模块以及解析结果的合理性判断。2.2 测试基本流程在利用本技术进行张力测试时，对于不同型式的锚索，需要事先进行标定以确定相应的参数。根据不同的标定条件，可分为标准标定和简易标定。1) 标准标定：有3个以上

6、的标定点，且各点分布均匀，涵盖低张力区、中张力区和高张力区（设计张力区）；2) 简易标定：仅利用高张力区（设计张力区）的数据进行标定。未标定型式锚具标准标定不同张力、3点以上得到特征参数测试同型锚具张力单向张拉条件有简易标定设计张力、1点以上无已标定型式锚具利用特征参数测试同型锚具张力图22 有效张力无损检测流程标准标定一般采用一端张拉、一端标定的方法，通常用于室内模型试验。而现场缺乏相应的标定条件，则可采用简易标定的方法，即在设计张力附近选取已知张力的若干点进行标定。【注意】1) 选择被测锚头时，应选择锚头的上方无影响敲击的阻碍物，并清理锚头表面砂浆，浮尘；2) 无论是标定还是测试，测试锚头

7、的钢绞线的露出长度一般不超过10cm，且在测试锚头上不能有千斤顶等其它重量物品；2.3 硬件连接及激振2.3.1 硬件连接具体连接请根据操作手册进行，连接的基本流程如下：1） 用s305m传感器专用螺丝（m3）连接传感器（s305m）与双方向磁性卡座（mdk c-2-3）连接；2） 用s305m传感器专用螺丝（m3）连接冲击锤；3） 用m5转接头连接电荷电缆与传感器；4） 将连接好传感器的电荷电缆与仪器主机（ch0/ch1）相连接；5） 插入软件加密狗；6） 打开仪器主机准备测试。2.3.2 传感器的安装对于埋入式锚索（杆）张力测试时传感器的安装见下图：传感器（s305m）+冲击锤受振传感器（

8、s305m）图2-3 锚索/杆张力测试图2.3.3 激振1） 冲击锤的选取：一般可选直径30mm（d30）的冲击锤，但需根据锚头大小调整；2） 激振方向：与受振传感器相对进行，一般由上向下激振；3） 激振位置：选取锚头侧壁的中间部位，切忌敲在锚头的棱上（此时激发的模态有较大的差异）；4） 激振力度：激振力度应随张力的大小调节，其原则为锚头振动的振幅（用受振传感器即ch1的最大加速度来反映）应基本一致。通常，受振传感器接收的信号中，应有510较为完整的波形。【说明】在激振时，张力越大，所需激振的力度越大（该现象反映了“等效质量法”的基本原理）。为了保证激发的锚头体系的振型基本一致，在测试中要求受

9、振传感器接收的电压在一定的范围之内，通常在0.30.6v或0.20.4v左右。2.4 锚具特征参数的标定软件的操作流程请参考仪器配套的操作手册。2.4.1 标定条件的要求1） 标定时，测试一端锚头的基本无附加质量，锚索/杆露出长度不能超过0.3m，最好不超过0.1m；2） 如果在测试的同时施加预应力，必须单端张拉并且在测试的另外一端张拉；3） 标准标定时，张拉的等级通常为设计张力的0、10%、20%、30%.100%；4） 简易标定时，需要若干已知张力的锚具（一般可通过测试钢绞线的伸长量来计算张力）；5） 标定时，需要记录锚头的重量、锚头形状、直径、孔道数量；2.4.2 信号采集及测试2.4.

10、2.1 测试的准备工作1）启动测试软件bae_pccsts；2) 用设置保存文件名：3) 用打开dvc文件制作！传感器对应设置图2-4 dvc文件制作界面4) 用打开全体设定。设置需要测定的内容（张力标定）。其余选项采用默认设置。5) 用打开采集设定。如在全体设定选取了相关测试内容，则自动设定为：！根据实际噪声设定。图2-5 采集设定【注意】1、 在每次启动测试程序后，不要忘了对设备自检；2、 在设备自检后，即可按键标定噪声电压。该操作可在测试过程中多次执行。6) 用打开对象设定，注意根据实际情况设定相应的参数测试中尽量一致图2-6 标定设定2.4.2.2 数据采集在利用等效质量法对相应锚索/

11、杆进行标定时，具体的操作步骤主要包括以下步骤：1) 零点标定对环境噪声进行标定，该步骤可以多次执行。2) 采集数据要求有5个以上完整的波图2-7 数据测试波形【注意】（1） 采集数据的电压若超出图2-4-3的设定范围时，该数据不保存；（2） 为了诱发锚具的自由振动，受振（ch1）的波形中应包含5个以上完整的波形。如不足，则需要增大激振力度并调整电压范围；3) 数据保存。【温馨提示】：（1） 测试时，如果对需要测试多次测试数据，需要重复执行【数据标定】、【数据采集】、【数据保存】；（2） 使用快捷键可以加快数据采集速度；使用鼠标在工具栏按钮上悬停可以看到快捷键提示。（3） 对于标准标定，需要根据

12、实际情况改变张力3次及3次以上，每改变一次张力，就重复执行标定设定和数据采集。而对于简易标定，也最好选取2点以上；2.4.3 数据解析对张力的测试数据，需要进行一次解析及二次解析才能得到测试张力的特征参数。2.4.3.1 一次数据解析在标定时，在多个张力状态下进行了测试，因此需要将多个测试数据进行处理，进而才能进行二次解析。具体的解析说明如下：1) 启动一次解析软件bae_sants；2) 打开需要解析的测试数据（文件格式：*.bin）；3) 输入保存解析结果的文件名（此时仅是设置了需要保存的解析结果文件的文件名，并未实际保存数据或结果）。【注意】在解析不同张力的测试数据时，应设定相同的保存文

13、件名和路径。4) 全体设定！设置输出内容图2-8 全体设定【温馨提示】输出内容必须设置为“srn文件”。5) 读入数据6) 表示测试波形图2-9 表示测试波形7) 标定的参数设定图2-10 标定的参数设置【温馨提示】：（1） 在初始张力标定时，预应力不能设置为0，一般设置为0.1kn；（2） 预应力和冲击锤必须与测试时的设定相同，而信号要求范围则根据数据情况可以调整；8) 进行数据对象解析【温馨提示】对于测试波形异常的数据可以单击按钮“”实现对测试数据的删除。9) 解析结果一览10) 保存解析结果2.4.3.2 二次解析二次解析是对一次解析后的结果进行再次处理，因此处理的数据是一次解析后的结果

14、文件（格式为*.srn），基本的操作流程请参考操作手册。重要解析的基本流程如下：1) 打开二次解析软件bae_sicas，读入一次解析的结果文件； 2) 锚索（杆）预应力标定对于方形垫板，直径即为其边长通过设定锚头自振频率f0，结合锚头质量可以计算出k0；通过设定m，可以简化标定，使得仅在高张力区域标定即可。-1则为自动计算锚头质量，用于计算k0，般应包括垫板质量。图2-11 预应力标定【说明】（1） 对于标准标定，f0和m均采用-1，即自动计算；（2） 对于仅有设计张力标定值的简易标定，f0可取0.6khz，m可取11.5，通常取1.1或1.2；3) xy-图形表示一般可选择“自动设定”图2

15、-12 xy-图形表示【温馨提示】表示范围的设定仅对人工设定有效。4) 进行数据解析图2-13 srn文件数据【说明】离散度愈小，测试结果的可靠性越高。【注意】如在标定设定中，按如下预先设定f0和m，则有图2-14 2次标定设定【说明】在设定参数m标定时，着重考虑了高张力时值的影响。【注意】如仅在高张力条件下标定，一般不能仅设定f0而对m采用回归算法，否则标定值容易产生较大的偏差。图2-15 2次标定解析结果图2-16 2次标定解析结果（设定时f0取0.6，m取-1）5) 解析结果一览完成所有数据的解析之后，可以通过查看数据处理结果：图2-17 解析结果一览【k0、m、ka】：即是解析的特征参

16、数。6) 保存解析结果完成解析后即可保存解析结果，以方便以后查看以及后续处理。结果文件是以*.rst格式输出，以文本形式保存。用户可以使用excel等文本编辑工具对其进行访问或编辑。2.5 锚索（杆）张力测试2.5.1 信号采集及测试信号采集的具体流程请参考操作手册的相应部分。测试的主要注意事项请参考本部分张力标定的相应部分。需要注意的事项说明如下：1) 对解析参数进行设置。12-h-s：表示锚具孔道数为12孔的锚具；2-h-s:表示锚具孔道数量为2孔的锚具图2-18 张力测试设定【温馨提示】：（1） 测试孔道数为12孔与2孔以外的锚具时，需要选择“others”.同时需要设置【其它类型垫板/

17、计算参数】中相关的内容；（2） 12-h-s和2-h-s为本公司提供的标定参数；完成所有数据的解析之后，可以通过【解析结果一览】查看数据处理结果：图2-19 解析结果一览【温馨提示】若有明显不合理的测试数据。可以通过执行按钮“”实现对测试数据进行删除。2.6 误差分析及提高测试精度的方法2.6.1 测试原理弹簧支撑钢材-钢材弹簧支撑钢材-混凝土/岩体图220 预应力测试的基本理论详细原理可参见“技术方案”。其要点如下：1) 整个锚头、垫板以及其中的钢绞线可以看作是一个振动体系；2) 该振动体系在激振的作用下，可诱发出自由振动；3) 该自由振动的特征频率（基阶频率、卓越频率、重心频率等）不仅与锚

18、头、垫板等锚具有关，而且与垫板与混凝土块、锚头与垫板间的接触面的刚性有关；4) 该刚性一方面取决于材料，另一方面也取决于有效压力。而该有效压力即为锚下有效预应力；5) 锚下有效预应力是指整个锚头的有效应力，而非指单个钢绞线的张力。2.6.2 主要误差源及注意事项2.6.2.1 激振激振是影响测试精度的重要因素：1) 对于振动体系，激振锤越小、激振能量越大，越容易激发出高频信号。另一方面，从特征频率的分析而言，需要激发出振动的基频，这就要求用较大的激振锤敲击，只要能够激振出510个振动波形即可；2) 激振诱发的自由振动应当基本一致，可通过限制受振频道（ch1）的电压范围来实现，且该范围不宜太大；

19、3) 张力较低时，轻轻敲击即可激发出合乎要求的振动，但在高张力状态下，则需要较大的激振力度；4) 激振的方向对诱发的模态也有一定的影响。一般采用从上面激振的模式，但在上面有其他锚头阻挠，不易激振时，也可采用左右方向激振和拾振。但标定和测试必须同方向，同时不能斜向激振；5) 激振的位置应在锚头的中央。若激振在锚头的外缘，则容易诱发高频，反之则不宜诱发出所需的自由振动。2.6.2.2 锚具及灌浆状态1) 锚具型式：要求标定与测试是同型锚具；2) 露出钢绞线长度：当露出钢绞线在10cm以下时，其影响较小，特别是在高张力区域，露出长度在10cm以下的钢绞线的影响可以忽略。但露出超过30cm的钢绞线的影

20、响开始显现，因此，在标定和测试时，最好将钢绞线截断，使露出长度限制在10cm之内；3) 灌浆的有无：在低张力区，灌浆、硬化的有无有一定的影响，但在高张力区的影响较小；4) 垫板与混凝土间的粘结状态：垫板与混凝土支座间若有砂浆粘结，会产生较大的影响。2.6.2.3 标定与测试间的差异1) 标准标定：标定时往往采用试验台张拉，而试验台（张拉台）如果采用的是支架形式（通常为中空支架），其振动体系与实际的桥梁、岩锚的振动体系（实心体）有的较大的区别。因此，要求用实心混凝土体的试验台进行标定。2) 简易标定：简易标定的基本目的是为了保证在高张力区测试精度的同时，尽量简化标定程序，从而不可避免地增大了低张

21、力区域的误差。另一方面，在实际工程应用中，低张力区的测试数值的绝对值并不十分重要；2.6.3 测试结果的验证和应用2.6.3.1 测试结果的验证放张后锚索/杆的有效张力的检测（拉拔）是很困难的，特别是灌浆后，由于拉拔钢绞线有可能引起与混凝土粘结力的降低、卡片的滑动等问题，对有效张力有较大的损失。因此，灌浆后不应拉拔钢绞线。此时，对有效张力测试结果的验证只能通过间接的方法，常用的有1) 反拱高度；由于预应力梁的预应力孔道往往是悬垂形以平行大主应力的迹线，因此张拉后具有一定的竖直方向的分量，从而使梁底有所抬起。特别是两端位置较高的锚索，其竖直方向的分量更大。因此，通过测量梁底的拱起高度，可以间接地

22、推算有效张力是否合格。2) 离散程度；测试结果的离散程度也反映了张拉质量。离散程度小，一般说明张拉质量较好。2.6.3.2 测试结果的应用由于本技术可以在灌浆之后测试有效张力，其测试结果可以起到如下作用：1) 有效张力值的测试；当测试离散小、可信度高时，可以直接测试张力数值。2) 查找张力严重不足处即使测试离散较大、可信度不高时，也可以根据相对数值大小，查找张拉严重不到位的情况。第3章 空悬锚索、拉杆张力检测对于空悬锚索、拉杆，本系统也可以测试。根据测试对象的长细比，测试的基本原理略有区别。但其基本理论都是基于弦振动理论，辅以简支梁或两端固定梁横向振动原理进行相应修正。拉杆传感器图31 空置悬

23、索、拉杆测试的基本理论利用人力使拉杆或悬索产生自由振动，并通过固定在拉杆上的传感器拾取其振动响应，从而能够快速、简单地测试空置锚索、拉杆的现有张力。3.1 注意事项需要注意的问题主要有。1) 传感器的安装和激振；2) 拉杆有效长度的选择；3.2 硬件连接及激振3.2.1 硬件连接具体连接请根据操作手册进行，连接的基本流程如下：1） 将传感器用专用固定装置紧密地固定到拉杆上。如果夹具尺寸不合，也可以用胶带等将其绑在拉杆上；2） 用电荷电缆连接到放大器和仪器主机（限笔记本平台）；3） 用电荷电缆连接到仪器主机（限一体化平台）的ch1上。【温馨提示】在本测试系统中，ch0的增幅倍率为1mv/pc，而

24、ch1的增幅倍率为30mv/pc。3.2.2 激振1） 先用双手侧向拉住锚索/拉杆，放松后锚索/拉杆便自由振动；2） 激振方向：无特别规定；3） 激振位置：尽量靠近锚索/拉杆的中部；4） 激振力度：激振力度由拉伸的距离决定，拉伸幅度越大，振幅越大。一般来说，测试得到的电压值超过0.3v即可。【说明】测试的电压值除了与激振力度有关以外，与放大器的倍率也有关。3.3 张力的测试软件的操作流程请参考仪器配套的操作手册。3.3.1 测试的准备1) 启动测试软件bae_pccsts163c；2) 用设置保存文件名；3) 打开全体设定设置需要测定的内容（张力标定）。其余选项采用默认设置。图32 空置悬索、

25、拉杆测试的全体设定4) 用打开采集设定。如在全体设定选取了相关测试内容，则自动设定为：！小型化平台设1！也可设为0！根据实际噪声设定。！根据实际频率调整 图3-3 采集设定5) 用打开对象设定，注意根据实际情况设定相应的参数;6) 其余注意部分与别的测试项目的操作相同。图3-4 对象设定【说明】（1） 注意上述各项目的单位;（2） 若选取“边界条件修正”，则拉杆的边界条件可自动修正，计算长度取拉杆的实际长度即可。若不选取此项，则计算长度需要按下述方法（3）选取。（3） 计算长度并非拉杆/锚索的实际长度，而需要根据拉杆/锚索的长度、固定条件以及有无连接点而定，即： 对于两端铰接的拉杆/锚索，其修

26、正系数与其长细比（长度/直径）有关。一般来说，可按下表取值。表3-1 的取值长细比6000.800.900.950.970.99（4） 抗弯刚度的计算方法其中，为钢绞线、拉杆的弹性模量，对于钢绞线，取196gpa，对于拉杆，取206gpa。为钢绞线、拉杆的截面惯性矩，对于不同形状的物体，其惯性矩的计算公式如下： 矩形，绕长边旋转：，为宽度，为高度； 圆形：，为直径 圆环形：，、分别为圆环的外直径和内直径。当旋转轴轴并非物体形心时，其惯性矩为： 其中，为物体形心到轴的距离。3.3.2 信号采集及测试在信号采集时，最重要的是要求保证一定数量的完整波形（一般要求10个以上）。由于空悬锚索/拉杆的自振

27、频率较低，因此需要较长时间的信号采集。下表为不同长度拉杆在一般张力条件下的基频以及采集设定的参考。表3-2 拉杆长度与测试设定拉杆长度/m510204080基频/hz4010321采集次数2048/4096变换时间/us200800200040008000【温馨提示】在采集数据过程中，需要等待的时间往往较长，请耐心等待；3.4 张力的解析软件的详细操作流程请参考仪器配套的操作手册。3.4.1 例题-1(t1-1)1) 某短拉杆的参数如下。表3-3 拉杆长度与测试设定拉杆长度（m）直径（cm）长细比抗弯刚度ei（knm2）线密度（kg/m）给定张力（kn）34.566.6712.137.3460

28、02) 解析设定用bae_sants读入测试文件（t1-1），并按如下进行对象设定：！因为短杆，所以有效长度需要折减图3-5 对象设定3) 自动解析自动对象解析后得到的结果为603kn，与实际的张力的误差仅0.5%：图3-6 自动解析结果4) 人工解析（1） 如选用人工频谱计算，则需要对鼠标做如下设定图3-7 对象设定（2） 频谱计算fft分析后，用右键选取相应的频谱位置。！右键选取如有明显的第2阶频率，可以用右键分别点击第1、2阶频率，程序自动识别。图3-8 fft解析图图3-9 频率选定【注意】在选取2阶频率时，不能随意选取。一般来说，2阶频率约为1阶频率的2倍左右。若不明显，则不应勉强选取。（3） 频率选定后，对象解析可得到如下的结果。图3-10 对象设定3.4.2 复合拉杆的张力计算当拉杆为复合形式，如外层为铁管或硬质塑料，内包钢绞线时，诱发的振动有可能为复杂振动，即外层的铁管与内部的钢绞线分别产生振动。拉杆外壳传感器内部钢绞线图3-11 对象设定此时，张力的计算就需要将两部分的振动分离。通常情况下，拉力主要由内部的钢绞线提供，因此，准确地判断钢