一种竖向预应力钢筋有效应力水平测试方法

摘要

一种竖向预应力钢筋有效应力水平测试装置及其测试方法，其中的ARM处理器连接超声脉冲发生器，超声脉冲发生器发出的脉冲信号经升压电路和发射电路传送至超声波换能器；所述超声波换能器将超声波经可编程滤波器、可编程放大器和A/D转换器传送至数据缓存器，所述数据缓存器将采集到的信号送入DSP中，DSP再将信号存储至RAM存储区；ARM处理器与存储器、键盘、显示器、可编程放大器、可编程滤波器、RAM存储区和测温电路均连接；所述测温电路与温度传感器连接。本发明具有无损、快速、精准和低成本特点，特别是量化温度对应力测量结果的影响，修正竖向预应力钢筋应力水平测试的误差，得到具有工程精度的竖向预应力筋有效应力水平值。

主权项

1.一种竖向预应力钢筋有效应力水平测试方法，其特征在于应用该测试方法的测试装置包括超声波换能器（1）、超声脉冲发生器（2）、升压电路（3）、发射电路（4）、可编程滤波器（5）、可编程放大器（6）、A/D转换器（7）、数据缓存器（8）、DSP（9）、时钟计数器（10）、RAM存储区（11）、测温电路（12）、温度传感器（13）、ARM处理器（14）、存储器（15）、键盘（16）和显示器（17）；所述超声波换能器（1）吸附在竖向预应力钢筋（19）张拉端（27）的水平断面上，所述温度传感器（13）吸附在竖向预应力钢筋（19）的外露段的侧面；所述ARM处理器（14）的信号输出端连接超声脉冲发生器的信号输入端，超声脉冲发生器（2）发出的脉冲信号经升压电路（3）和发射电路（4）传送至超声波换能器（1）的信号输入端；所述超声波换能器（1）的信号输出端将超声波经可编程滤波器（5）、可编程放大器（6）和A/D转换器（7）传送至数据缓存器（8），所述数据缓存器（8）将采集到的信号送入DSP（9）中，所述DSP（9）将采集到的信号存储至RAM存储区（11）；所述ARM处理器（14）与存储器（15）、键盘（16）、显示器（17）、可编程放大器（6）、可编程滤波器（5）、RAM存储区（11）和测温电路（12）均连接；所述测温电路（12）的输出端与ARM处理器（14）连接，测温电路（12）的输入端连接温度传感器（13）；所述显示器（17）用于实时显示超声波扫描波形、超声波的声时、竖向预应力钢筋的应力状态测试结果；所述键盘（16）用于外部数据输入；所述存储器（15）用于存储竖向预应力钢筋温度影响系数B、材料影响系数A、标定公式及计算结果；所述超声波换能器（1）用于发射和接收1至20个周期性超声波信号，所述超声波换能器（1）为压电陶瓷传感器，外包裹层为磁性材料；所述温度传感器（13）是带磁性的圆柱体传感元件，用于采集竖向预应力钢筋的温度值；所述温度传感器（13）与ARM处理器（14）经测温电路（12）连接，所述ARM处理器（14）用于对竖向预应力钢筋的计算结果进行温度修正；所述ARM处理器（14）用于可编程放大器（6）的关闭和开启时序的控制和可编程滤波器（5）的频率控制，所述A/D转换器（7）的数据采样速率是1Gsps；所述测试方法的测试步骤如下： 步骤一：取一段与实际桥梁中的竖向预应力钢筋相同材质的预应力钢筋作为标定用的预应力钢筋，在标定用的预应力钢筋的张拉端紧贴水平断面安装超声波换能器，所述超声波换能器通过导线与发射电路和可编程滤波器连接；同时，在标定用的预应力钢筋的外露段的侧面吸附式安装温度传感器，将温度传感器通过导线与测温电路连接；步骤二，在基准温度条件下，对标定用的预应力钢筋粘贴多组电阻应变片后，保持初始钢筋的有效张拉长度不变，进行拉力试验机的循环加载与卸载标定，在每个加载与卸载的标定力级别，若干次采集待标定的预应力钢筋有效应力水平测试装置的声时数据以及由电阻应变片采集得到的标定用的竖向预应力钢筋应力，并取平均值；由标定结果获得初步的标定公式：，其中：-竖向预应力钢筋某一受力状态与未加载前的初始状态超声波的声时差，-竖向预应力钢筋有效应力水平，-应力常数；得到竖向预应力钢筋的声时差与应力水平的关系曲线；步骤三，从存储器中提取材料影响系数公式以及步骤二的标定公式，其中-竖向预应力钢筋的有效受力长度，得到竖向预应力钢筋的材料影响系数，并将材料影响系数A存入存储器中；步骤四，在预应力钢筋未受力的状态下，用温度控制设备对标定用的预应力钢筋进行加温与降温控制，在每个温度控制级别，若干次采集标定用的预应力钢筋加温或降温后超声波传递的声时数据，若干次测量得到标定用的预应力钢筋表面的实时温度数据，并取平均值；由标定结果获得初步的标定公式：，其中：t -竖向预应力钢筋的实时温度，t₀ -基准温度，-竖向预应力钢筋某一温度状态与基准温度下超声波的声时差，-温度常数；得到竖向预应力钢筋的声时差与温度变化的关系曲线；步骤五，从存储器中提取温度影响系数公式，以及步骤四的标定公式，得到竖向预应力钢筋的温度影响系数，并将温度影响系数存入存储器中；由以上标定参数获得竖向预应力钢筋有效应力水平的计算公式：，-竖向预应力钢筋张拉前超声波的声时、-竖向预应力钢筋张拉后超声波的声时，L-竖向预应力钢筋的长度，-竖向预应力钢筋的有效受力长度，-竖向预应力钢筋张拉前的温度值，-竖向预应力钢筋受力后的温度值，将获得的竖向预应力钢筋有效应力水平的计算公式存入存储器中；步骤六，得到竖向预应力钢筋有效应力水平的计算公式后，将竖向预应力钢筋有效应力水平测试装置安装在实际桥梁中的竖向预应力钢筋上，在竖向预应力钢筋的张拉端紧贴水平断面安装超声波换能器，所述超声波换能器通过导线与发射电路和可编程滤波器连接；同时，在竖向预应力钢筋的外露段的侧面吸附式安装温度传感器，将温度传感器通过导线与测温电路连接；在张拉前，在未受力状态下测试，竖向预应力钢筋张拉前超声波的声时和竖向预应力钢筋张拉前的温度值，根据图纸上的标注计算出竖向预应力钢筋的长度L和竖向预应力钢筋的有效受力长度；步骤七，在实际桥梁中的竖向预应力钢筋张拉后的某一状态，再测定竖向预应力钢筋张拉后超声波的声时，竖向预应力钢筋受力后的温度值；步骤八，计算实际桥梁中的竖向预应力钢筋的有效应力水平；根据步骤三材料影响系数A的标定结果及步骤五温度影响系数B的标定结果，由步骤六和步骤七获得的竖向预应力钢筋的长度L，竖向预应力钢筋的有效受力长度，竖向预应力钢筋张拉前超声波的声时，竖向预应力钢筋张拉后超声波的声时，竖向预应力钢筋张拉前的温度值，竖向预应力钢筋受力后的温度值，通过ARM处理器从存储器中提取的计算公式进行运算处理，获得竖向预应力钢筋的有效应力水平测量值，并在显示器上显示测量值、波形、超声波的声时。