锚杆张力检测.docx
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锚杆张力检测
锚杆张力检测1.测试的意义
在当今社会,无时无刻不在提示着安全的重要性,其中,交通公路等质量检测也被人们尤为关注。
今天,我们说一说在预应力桥梁中常用着的锚杆张力检测。
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应用预应力体系的水利水电、公路铁路建设中,隧道、边坡、山体加固等工程大量应用了锚杆锚固技术,其中以预应力混凝土桥梁、岩锚等为代表的预应力体系在交通、铁道等土木工程建设中占极其重要的地位。
然而,由于钢绞线的腐蚀、断裂,混凝土老化或岩体表面风化等各种原因,随时间推移会引起预应力损失现象。
不仅会改变结构的受力状态,影响使用寿命,严重时还会造成重大事故。
根据国外某道路公团的一份调查报告,在使用超过20年的边坡锚索中,有1/3左右已经完全失效。
锚杆锚索的检测成为我们必须面临的问题。
此外,在预应力桥梁的施工过程中,由于种种原因,普遍存在着张力不足的问题。
特别是在个别预应力梁中,存在钢绞线不连续的现象（如下图,其张力严重不足。
从而极大地威胁桥梁的安全。
图1-1钢绞线不连续的状况
造成钢绞线不连续的原因主要有:
（1在反弯点,以及管壁变形,或者管壁破损造成混凝土浆液流入硬化,使得钢绞线难以穿过。
此时,有的施工人员就采取从两端伸入钢绞线的方法（图1-1中上图;
（2有的施工人员则恶意地偷工减料,在两端设置设计的钢绞线,而在中间则减少钢绞线的根数;
照片1-1钢绞线不连续的状况
由于钢绞线的有效截面不够,所以无法张拉到设计的张力,甚至完全不张拉。
其造成的危害很大,严重时会导致桥梁的断裂。
因此,如果能够准确地测出锚索/杆的现有张力（也称为“有效预应力”,也可以推断出钢绞线的连续性,从而有效地杜绝这类恶性事件的发生。
对于空悬的钢索,其张力有较好的测试方法（基于自振频率。
而对埋入结构内部的锚索体系,基于自振频率的测试方法则有很大的局限,因此,迄今尚无有效的张力测试方法。
为此,在综合国内外现有先进技术的基础上,我们提出了基于等效质量法（TTEM的埋入式预应力测试原理和方法:
该方法通过对锚头激振并测试锚头的振动响应,从而可以推算埋入式锚索/杆的张力。
该方法已获得国家发明专利,专利号:
ZL200910177856.5。
我公司研发的产品岩锚多功能检测仪SRB-MATS（里有相关信息在专用检测锚杆锚索张力、锚索杆灌浆密实度上获得了很好成效。
1.1锚固力的测试方法和原理
预应力桥梁的锚索大体可以分为两类,即
1空置锚索:
锚索本身自由,仅端部铰接
2埋入式锚索:
锚索埋入到结构体中,仅锚头露在外部。
这两种锚索张力的测试方法有显著的区别。
1.1.1空置锚索的有效张力
对于空悬锚索（如悬索桥、斜拉桥,其张力测试均是基于弦振动理论,即通过锚索自振频率与张力之间的关系来推算（图1-1-1,张力越大,自振频率越高。
锚索的张力T（单位为N与其第N阶横向自振频率Nf的关系可以表示如下:
2
2
222
24LNEINfLTNπρ⋅⋅-⋅⋅=（1-1-1其中,L为锚索自由部分的长度（计算长度,略短于实际长度,单位为m;
ρ为锚索的线密度,即单位长度的质量（kg/m;EI为锚索的抗弯刚度（N·m2
在实际的测试中,特别是在短锚索、短拉杆的测试中,有两个影响因素要注意:
1计算长度的确定
2测试频率的阶数
1.1.2埋入式锚索的有效张力
埋入锚索与空悬锚索的边界条件有很大的不同,而且埋入式锚索无法对内部锚索激发自由振动,只能通过对锚头或露出锚索激振。
因此,单纯依靠频率的测试方法有非常大的缺陷,严重影响了测试范围和测试精度。
为此,我们将锚头、垫板等简化为如下的模型。
即将锚头与垫板、垫板与后面的混凝土或岩体的接触面模型化成如下的弹簧支撑体系。
该弹簧体系的刚性K与张力（有效预应力有关,当然张力越大,K也越大。
另一方面,在锚头激振诱发的系统基础自振频率f可以简化表示为
M
Kfπ21
=（1-2-1在上式中,如果M为一常值,那么根据测试的基频f即可较容易地测出张力。
然而,通过实验发现,埋入式锚索在锚头激振时,其诱发的振动体系并非固定不变,而是会随着锚固力的变化而变化。
锚固力越大,参与自由振动的质量也就越大。
图1-1-2预应力测试的基本理论
在此基础上,我们提出了基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法。
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。
图1-1-3等效质量法测试的基本概念
图1-1-4等效质量法的基本概念
1.2模型试验、现场验证及应用
同时,我们根据该理论开发了相应的张力测试技术（图1-1-3和设备。
经过大量的试验验证,证明了该理论的正确性。
验证结果还表明,该技术的测试范围、精度和测试效率能够满足工程实际的要求,已达到了实用水平。
1.2.1基础模型试验（本公司
1试验概要
浇筑了如下的混凝土块模型。
图1-2-1张力测试模型
2试验结果
下图显示了测试得到的传统的张力-频率关系。
可以看出,当张力超过150KN后,测试得到的自振频率已基本不再变化。
这说明了单纯采用频率的方法是无法有效地测试埋入式预应力体系的有效预应力的。
图1-2-2张力-自振频率的关系
以及我们提出的等效质量法（TTEM的测试结果。
图1-2-3等效质量法的回归关系
图1-2-4室内验证试验结果
可以看出:
（1传统的单纯采用频率的方法无法适用较高张力状态。
而等效质量法（TTEM则在整个张力量程内保持了较好的相关关系,从而能够适用于张力检测;
（2室内验证的结果表明,最大测试误差为设计值的12%,平均测试误差为3.7%。
1.2.2测试流程
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。
图1-2-7混凝土材质无损检测流程
如果限于条件无法进行标定时,可参考我们提供的同型锚具的参数。
如果无同型锚具,则可以参考相近锚具的参数,再按照设计张力按比例修正。
1.3特点和适用范围
1.3.1特点
1测试精度高:
根据大量的验证试验的结果,本设备的测试误差一般小于10%,满足工程的要求。
2适用范围广
（1适用对象:
可适用于量程从数十KN到数千KN的锚索;
（2适用范围;在设计张力范围内均可适用,而在20-80%量程区间,测试精度更高;
（3适用型式种类:
通过标定,可适用于锚头外露的各种锚索（杆和螺栓;
（4无论是灌浆前还是灌浆后,均可测试。
1.3.2与其他方法相比的优越性
目前,作为测试张力的方法主要有拉拔试验和预置张力计。
表1-3-1测试方法的对比
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