无损检测技术 课件 3.1.1等效质量法锚下预应力检测

无损检测技术等效质量法锚下预应力检测CONTENTS知识基础任务分析一二目录二三检测流程

任务引入

受监理公司邀请，需要你公司对某高速预制梁的锚下有效预应力进行了检测。前期测试结果显示，该梁的孔道预应力值整体较低。现需现场验证核实，根据检测结果及时做出张拉施工方案的整改，保证了工程质量。教学目标思政目标通过引入“交通建设发展”新理念——质量、安全思政元素，培养学生对树立“工程质量、终身负责”的理念01熟悉等效质量法检测锚下预应力的目的、意义及适用范围；掌握等效质量法的试验步骤及注意事项；掌握检测测区确定方法、测点布置要求.021.会查阅检测规程运用公路工程质量检验评定标准2.能正确连接检测设备，3.会设置参数，布置测点、数据采集；4.会分析数据，能出具检测报告03具有严格遵守安全操作规程的态度，具备认真的学习态度及解决实际问题的能力；具有严谨、认真负责的工作态度04技能目标知识目标素质目标一、知识基础

预应力结构,是在结构构件受外力荷载作用前,先人为地对它施加压力,由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力,即借助于混凝土或者岩体较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足,达到推迟受拉区开裂的目的。以预应力混凝土制成的结构,应以张拉钢筋的方法来达到预压应力,所以也称预应力钢筋混凝土结构。由于采用了高强度钢材和高强度混凝土,预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点,对节约钢材(可节约钢材40%-50%、混凝土20%-40%)、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效,可以使结构设计得更为经济、轻巧与美观。

此外,广义的预应力结构还可以包括拉索、拉杆等承载、支护结构。1.认识预应力结构

结构根据预应力的施加方法分为先张法和后张法。先张法即先张拉预应力钢束,后浇筑结构混凝土,等混凝土养护期过后放开两端的张拉设施形成结构内的预应力;后张法是先浇筑结构混凝土,预留预应力管道,等养护期过后,在管道内穿入预应力钢東束,在两端进行预应力张拉。不同点在于先张法需要专门的预应力张拉台座,预压力束直接由预应力束与混凝土的黏结力锚固,一般不需要锚具;后张法需要锚具,不需预应力张拉台座。预应力结构主要由预应力筋/索、保护介质(灌浆料)和锚固装置三大部分组成,每个部分都对预应力的保证起重要作用。预应力本身缺陷现场张拉采用液压千斤顶进行张拉,在张拉工程中,由于控制不严格或者锚固装置的损坏都会导致张拉不充分,导致预应力值达不到设计要求。其次,随着预应力结构的使用,预应力筋疲劳,也会导致预应力的损失保护介质的缺陷主要体现在管道灌浆不密实。灌浆不密实则会导致钢筋与筋体之间黏结不够,也会导致水和空气进入,使得钢绞线锈蚀。保护介质的缺陷工程中导致预应力损失的原因主要有：

埋入式锚索在岩体支护、预应力结构中得到了极其广泛的应用。然而，在施工过程中，由于种种原因，普遍存在着张力不足的问题。在实际工程中，有时可能存在钢绞线不连续的现象（如下图3-2），其张力严重不足。从而极大地威胁桥梁的安全。2.认识锚下有效预应力检测

造成钢绞线不连续的原因主要有：2.认识锚下有效预应力检测（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；有的施工人员则恶意地偷工减料，在两端设置了钢绞线，而在中间则减少钢绞线的根数；（2）

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。

目前行业内使用进行锚下有效预应力检测的方法有反拉法和等效质量法，两种检测方法各有不同的优势，反拉法与等效质量法互补，两种方法结合使用更有利于预应力施工质量监管。在反拉法无法适用，或仅需对预应力结构进行张拉事故普查时，可尝试采用等效质量法对锚下有效预应力检测。本节课主要介绍等效质量法检测锚下有效预应力。3.检测方法

目该方法不仅适用于未灌浆的锚索（杆）张力检测，还尤适用于在役的或者已灌浆的锚杆锚索检测,攻克了过去预应力锚固体系张力无法进行无损检测的技术难题，从应用实践上弥补了振动频率测试法等常用方法的缺陷和不足。该项技术应用于桥梁、隧道、港口、边坡、山体加固等工程中锚索（杆)的质量检测，也可应用于建筑结构中的拉杆，机械行业中的螺栓张力检测，克服了通常的频率测试法的固有缺陷，在高张力条件下具有非常显著的优越性。4.方法特点

等效质量法作为一种新型无损检测方法,受限条件少,检测快速,同时适用于无黏结和有黏结锚下预应力检测,填补了有黏结锚下有效预应力无适用检测方法的空白。与反拉法相比，其测试精度能够满足绝大部分工程需求。在多地若干工程的应用实践证实该方法测试可靠,效率高,应用效果显著。4.方法特点

锚索结构在锚头激振时，诱发的振动体系随着锚固力大小的变化而变化锚固力越大，参与自由振动的质量也就越大，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，将锚头、垫板等简化为如下图3-3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。5.检测原理

另一方面，在锚头激振诱发的系统基础自振频率f可以简化表示为式（3-1）：

其中，M为振动体系的质量。

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。5.检测原理

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。5.检测原理然而，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3-3等效质量法的基本理论

在此基础上，基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法，可利用激振锤（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。见图3-4、3-5所示。5.检测原理二、任务分析（一）检测目的：

通过对锚头敲击诱发其自由振动，并测定其动力响应的方法来推算锚下预应力。

（二）适用范围：

等效质量法检测宜用于张拉事故（如漏张、张拉设备出现问题或施工工艺出现问题等）的普查，以及压浆后无法进行反拉法检测的情况。检测时应满足，钢绞线已裁剪、锚头尚未封端、具备激振锤摆动空间及传感器安装空间。（三）仪器设备：

（四）测点布置现场检测的测点方案如下图。一般情况下，接收传感器（CH1）放置于锚具下方，敲击位置位于锚具上方。如图所示。三、检测流程

有效预应力标定是对同种结构类型、位置、相同孔数、相同形状的锚具进行参数标定，得到参数K0，m，Kb。并将其用到张力测试中。有效预应力标定和测试的方案相同，但根据不同的施工条件分为标准标定和简易标定。1.锚下有效预应力标定1.锚下有效预应力标定即在结构一端张拉，另一端测试。测试一端钢绞线预留长度约10cm左右，而张拉端需要分为10级（至少分为4级）张拉，每级张拉完成后，需要进行预应力测试。同种结构类型、位置、相同孔数、相同形状的锚具进行预应力测试（为确保被测对象锚具的张拉力，需要全程跟踪该锚具的张拉并记录张拉力，以备标定时使用），测试数量最少3束。当然测试数据越多，标定参数越准确。明确测试部位及测点后进行锚下有效预应力标定。标