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      四川葛南儀器

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      振弦式錨桿應力計
          發布時間: 2017-12-05 19:24    

      VWRF 型振弦式錨桿應力計適用于長期埋設在水工結構物及其它混凝土結構物、巖石邊坡、橋梁、基巖等部位,直接觀測預應力錨桿預應力的形成和變化,并可同步測量埋設點的溫度。振弦式錨桿應力計具有智能識別功能。

      觀測錨桿張拉前,將測力計安裝在孔口墊板上。帶專用傳力板的測力計,先將傳力板安裝在孔口墊板上,使測力計或傳力板與孔軸垂直,偏斜應小于0.5°,偏心應不大于5mm。

          本使用說明僅適用于四川葛南儀器有限公司生產的VWRF型振弦式錨桿應力計,其中包括有VWRF-16、VWRF-18、VWRF-20、VWRF-22、VWRF-25、VWRF-28、VWRF-32、VWRF-36、VWRF-40等型號。

          1用途
       
      VWRF型振弦式錨桿應力計適用于長期埋設在水工結構物或其它混凝土結構物內,測量結構物內部的鋼筋應力、錨桿的錨固力、拉拔力等,并可同步測量埋設點的溫度。加裝配套附件可組成錨管測力計、基巖應力計等測量應力的儀器。
       
      振弦式錨桿計有溫度自動補償功能,經試驗溫度修正系數甚小,使用中不需要溫度修正。

          2規格及主要技術參數

      規格代號

      F-16

      F-18

      F-20

      F-22

      F-25

      F-28

      F-32

      F-36

      F-40

      尺寸參數

      連接桿直徑d,  mm

      16

      18

      20

      22

      25

      28

      32

      36

      40

      鋼套截面積A,  cm2

      2.01

      2.55

      3.14

      3.80

      4.91

      6.16

      8.04

      10.2

      12.6

      鋼套長度L,    mm

      120

      性能參數

      應力測

      拉伸, MPa

      300

      量范圍

      壓縮, MPa

      200

      最小讀數k,    MPa/F

      0.10

      溫度測量范圍,

      -25+60

      溫度測量精度,

      ±0.5

      溫度修正系數b,MPa/

      0.10

      絕緣電阻,     MΩ

      50

      測水壓,MPa

      1


          注:頻率模數F=Hz2×10-3

          3結構及工作原理
          3.1結構
          VWRF型振弦式錨桿應力計由前后連接拉桿、錨桿應力計 (鋼筋計)、信號傳輸電纜等組成。
          3.2工作原理
       
      錨桿應力計與所要測量的錨桿(鋼筋作錨桿)連接可采用螺紋接頭或焊接方式,當被測結構物內部的鋼筋發生應力變化時,錨桿計將受到拉伸或壓縮而產生變形,振弦式應變計輸出的信號頻率發生變化使內部振弦的應力變化,從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率,頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置,即可測出被測結構物內鋼筋所受的應力。并可同步測量埋設點的溫度值。
          3.3計算方法:

        a) 當外界溫度恒定錨桿應力計僅受到軸向應力時,其應力σ與輸出的頻率模數△F具有如下線性關系:

      σ= kF

      F = F - F0

       式中:k 錨桿應力計測量應力值的最小讀數,單位為MPa/F;

             F 錨桿應力計實時測量值相對于基準值的變化量,單位為F;

             F 錨桿應力計的實時測量值,單位為F;

             F0 錨桿應力計的基準值,單位為F。

        b) 當錨桿應力計不受外力作用時,而溫度增加△T時,錨桿應力計有一個輸出量△F′,這個輸出量僅僅是由溫度變化而造成的,因此在計算時應給以扣除。

          實驗可知△F′與△T具有如下線性關系:

      σ′= kF+ bT = 0

      kF= -bT

      T = T - T0

       式中:b 錨桿應力計的溫度修正系數,單位為MPa /℃;

             T 溫度實時測量值相對于基準值的變化量,單位為℃;

             T 溫度的實時測量值,單位為℃;

             T0 溫度的基準值,單位為℃。

        c) 埋設在水工結構物或其它混凝土結構物內的錨桿應力計,受到的是應力和溫度的雙重作用,因此錨桿應力計一般計算公式為:

      σm = kF + bT = k (F - F0) + b (T - T0)

       式中:σm 被測結構物鋼筋所受的應力值,單位為MPa 。

      注:

          VWRF型振弦式錨桿應力計的敏感測量元件,其與測力鋼套的材料線膨脹系數極為接近,振弦式錨桿計具有溫度自動補償功能,經試驗測得其溫度修正系數小于最小
      讀數,實際使用中不需要溫度修正,一般計算時可用公式a。

          埋設與安裝   

      4.1 按鋼筋或空心錨桿直徑選配相應規格的錨桿計,如果規格不符及早與我公司聯系,進行調換適合要求的鋼筋計.

      4.2 錨桿計電纜接長時.應按要求進行,接線完成后檢查錨桿計的絕緣電阻和頻率初值是否正常.要求焊接可靠,穩定且接頭的防水性能須達到規定的耐水壓要求.做好鋼筋計的編號和存檔工作.

      4.3錨桿計可在鋼筋加工場預先與鋼筋焊好,焊接時應將鋼筋與錨桿計的連接桿對中之后采用對接法焊接在一起.如果在現場焊接,可在埋設錨桿計的位置上將鋼筋截下相應的長度,之后將錨桿計焊上,為了保證焊接強度,在焊接處需加焊條,并涂瀝青,包上麻布,以便與混凝土脫開.為了避免焊接時儀器溫度過高而損壞儀器,焊接時儀器要包上濕麻布并不斷在棉紗上澆冷水,直到焊接完畢后鋼筋冷卻到一定溫度為止

      4.4一般直徑小于25mm的儀器才能使用對焊機對焊,直徑大于25mm的儀器不宜采用對焊焊接,現場電焊安裝前應先將儀器及鋼筋或空心錨桿焊接處按電焊要求,并在接頭下方墊上10厘米略大于鋼筋的角鋼,以盛熔池中的鋼液,焊縫的焊接強度應得到保證.  

      4.5巖土體錨桿應力計安裝埋設:

      錨桿直徑

      偏心最小鉆孔直徑

      聚中最小鉆孔直徑

       

      φ16

      Φ65

      錨桿入孔埋設在鉆孔偏離中心的位置。

      Φ90

      錨桿入孔埋設在鉆孔中心位置。

      φ18

      Φ65

      Φ90

      φ20

      Φ65

      Φ90

      φ22

      Φ65

      Φ90

      φ25

      Φ65

      Φ90

      φ28

      Φ65

      Φ90

      φ32

      Φ65

      Φ90

      φ36

      Φ70

      Φ100

      φ40

      Φ70

      Φ100

        鋼筋計用于測錨桿應力時,稱為錨桿應力計。裝上錨桿應力計的錨桿稱為觀測錨桿。觀測錨桿的安裝埋設,應根據觀測設計的安裝時機進行埋設。具體步驟如下:

      4.5.1根據設計的要求造孔。鉆孔直徑應大于錨桿應力計最大直徑。鉆孔方位應符合設計要求,孔彎應小于鉆孔半徑。鉆孔應沖洗干凈并嚴防孔壁沾油污。

      4.5.2按照觀測設計的要求截裁錨桿長度。選用螺紋連接的錨桿應力計,需要在裁截后的錨桿上先焊接螺紋接頭,然后再與錨桿應力計用螺紋連接,接頭與錨桿應保持同軸。

      4.5.3觀測錨桿的組裝。將錨桿應力計按設計深度與裁截的錨桿對接,同時安裝好排氣管。需要對焊的錨桿應力計,應在冷卻下進行對焊,錨桿應力計與錨桿應保持同軸。

      4.5.4組裝檢測合格后,將組裝的觀測錨桿緩慢地送入鉆孔內。安裝時,應確保錨桿應力計不產生彎曲,電纜和排氣管不受損壞,錨桿根部應與孔口平齊。

      4.5.5錨桿應力計入孔后,引出電纜和排氣管,裝好灌漿管,用水泥砂漿封閉孔口。

      4.5.6安裝檢測合格后,進行灌漿埋設。一般水泥砂漿配合比宜為灰砂比為1:1~1:2,水灰比為0.38~0.40。灌漿時,應在設計規定的壓力下進行,灌至孔內停止吸漿時,持續10分鐘,即可結束。砂漿固化后,測其初值。

       4.6 預應力錨桿測力計安裝埋設:

      錨桿測力計用于觀測預應力錨桿預應力的形成與變化。當前,預應力錨桿廣泛地應用于巖土工程的錨固結構中,通過安裝測力計觀測錨桿,可以了解錨固力的形成與變化,從而保證監測工程的質量與安全。測力計的安裝包括安裝測力計和觀測錨桿的張拉鎖定,即測力計安裝后加載的過程。具體步驟如下:

      4.6.1觀測錨桿張拉前,將測力計安裝在孔口墊板上。帶專用傳力板的測力計,先將傳力板安裝在孔口墊板上,使測力計或傳力板與孔軸垂直,偏斜應小于0.5°,偏心應不大于5mm。

      4.6.2安裝張拉機具和錨具,同時對測力計的位置進行校驗,合格后,開始預緊和張拉。

      4.6.3只作施工監測的測力計,應安裝在外錨板的上部。

      4.6.4觀測錨桿應與其有影響的其他工作錨桿張拉之前進行張拉加荷。張拉程序一般應與工作錨桿的張拉程序相同。有特殊需要時,可另行設計張拉程序。

      4.6.5測力計安裝就位后,加荷張拉前,應準確測得初始值和環境溫度。反復測讀,三次讀數差小于1%F.?S),取其平均值作為觀測基準值。

      4.6.6基準值確定后,分級加荷張拉,逐級進行張拉觀測。一般每級加荷載測讀一次,最后一級荷載進行穩定觀測,以5分鐘測一次,連續三次讀數差小于1%F.?S)為穩定。張拉荷載穩定后,應及時測讀鎖定荷載。張拉結束之后,根據荷載變化速率確定觀測時間間隔,進行鎖定后的穩定觀測。

      4.6.7長期觀測錨桿測力計及電纜線路應設保護裝置。
      4.6 邊坡鉆孔安裝方法
      4.6.1按照設計施工要求,錨桿應力計安裝埋沒時須要鉆孔,鉆孔可采用鉆機造孔,而鉆孔的孔徑大小是根據孔內的錨桿應力計最大直徑(含儀器電纜引出端)及儀器支數而定??讖郊s估¢90~120㎜,最大孔斜不得超過1%??自旌冕?,檢查鉆孔直徑和孔深,須采用高壓水沖孔,直至孔內水變清。
      4.6.2桿應力計是在孔內安裝,錨桿做傳遞桿,傳遞桿長度是取決于設計圖中孔內測點的位置,傳遞桿始終是一頭接錨頭,另一頭接傳感器(錨桿應力計),接頭處是采用電焊連接或螺紋連接(螺紋擰緊時要用厭氧膠粘結)。
      4.6.3采用電焊連接時,應將錨桿與錨桿計的連接桿對中之后采用對接法焊接在一起。為了保證焊接強度,在焊接處需加焊條,并涂瀝青,包上麻布,以便與混凝土脫開。為了避免焊接時儀器溫度過高而損壞儀器,焊接時儀器要包上濕麻布并不斷在棉紗上澆冷水,直到焊接完畢后鋼筋冷卻到一定溫度為止。焊接過程中儀器的溫度要保持低于60oC 。
      4.6.4將接好錨頭和儀器的鋼筋傳遞桿、灌漿管一起插入鉆孔中,錨桿一頭固定在錨固板上,一頭灌漿(40~50㎝)固定住錨頭,經測量確認儀器工作是正常,理順電纜,用特制的帶活塞送漿管,將砂漿推送到孔底,直至孔口灌滿。
       
      錨桿測力計安裝埋設時,錨桿測力計和墊板的接觸面不允許有異物存在,墊板與測力計的接觸面緊密。測力計和墊板與埋設孔的軸線的垂直度、傾斜度和偏心值應按設計規范控制。錨桿測力計安裝后,安裝錨桿測力計時,檢查孔口墊板座的平整度,然后把測力計墊板套在錨桿上,并保證在錨桿的中心位置,然后施加預應力。安裝錨桿測力計見安裝示意圖。加荷后,準確測量其初始值和環境溫度,連續測讀三次,取其平均值作為監測的基準值。
       
      5 操作與使用方法
        5.1 測量
        測量振弦式錨桿計先將測量線連接VW-102型振弦讀數儀,將各色夾子對應連接上錨桿計的輸出電纜, 黑、紅測頻率,白、綠測溫度。振弦式錨桿計內附有智能識別芯片,其內存貯有該錨桿計的編號、系數K、溫度修正系數b等信息。用讀數儀測量時會自動將識別信息讀出,順序存入讀數儀內,通訊給計算機,方便快速統計計算及查詢,使測量實現人工智能無紙化操作。
        工程現場多支錨桿計電纜被意外挖斷,用讀數儀測量一遍,自動識別出每支錨桿計所對應的編號及身份信息。
        5.2 錨桿計故障排查
        當振弦式錨桿計測量出現故障時,可用萬用表檢查傳感器芯線間的電阻值,其正常狀況紅、黑芯線電阻值通常為300Ω左右;綠、白芯線電阻值在溫度25℃時應為3kΩ左右;紅、黑線對綠、白線或對屏蔽線(裸線)間絕緣電阻值應﹥50MΩ(測量絕緣電阻時可使用100V 直流兆歐表,萬用表測量絕緣電阻應用MΩ檔,其值應為無窮大∞)。
        5.3 電纜故障排查
        振弦式錨桿計電纜接長通常用型號為YSPT-4水工專用觀測電纜,其電纜電阻值約為45Ω/km左右。
        5.4 用萬用表測量(黑、紅芯線)的電阻值:正常情況為300Ω左右,再加上電纜電阻值。
         a) 如果電阻測值正常,可能儀器損壞或進水;
         b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能斷路;
         c) 如果電阻測值非常小,電纜可能是短路。
           其表現為讀數儀測量不出頻率值。
       5.5 用萬用表測量(白、綠芯線)的電阻值:正常情況在溫度25℃時應為3kΩ左右,再加上電纜的電阻。
         a) 如果電阻測值正常,請檢查讀數儀及其測量連接線;
         b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能是斷路;
         c) 如果電阻測值非常小,電纜可能短路。
           其表現為讀數儀測量不出溫度值。
       5.7 用100V 直流兆歐表或萬用表測量鋼筋計芯線(紅、黑線對地線,白、綠線對地線,紅、黑線對白、綠線)的電阻,其測值如果很小(﹤5MΩ),可能電纜接頭進水短路。
           其表現為讀數儀測量正常,MCU-32自動測量單元測量頻率值可能會引起測值不穩,測量溫度值將比正常值偏低10~20℃左右。
        5.8 讀數儀測值不穩
         a) 將屏蔽線并接到讀數儀測量線的黑線夾子上;
         b) 可能電纜接頭處進水,將其剪掉,重新連接;
         c) 確定錨桿計的頻率范圍,正確選擇讀數儀的激勵類型;
         d) 確定錨桿計的電阻基值,正確選擇讀數儀的電阻基值;
         e) 檢查附近是否有干擾源,如電機、發電機、天線或交流動力電纜,遠離上述干擾源。
        5.9 其它
        振弦式錨桿計安裝就位前、后應及時測量頻率和溫度值,根據錨桿計編號和設計編號作好記錄并存檔,特別注意保護錨桿計信號引出電纜。
      安全監測儀器術語定義
       頻率模數:振弦式傳感器的測量單位之一,為輸出信號頻率平方的千分之一(f2/1000),以kHz2表示。
        起始值:儀器在現場零荷載下的測值。
       初始值:儀器安裝后,在既定荷載下,安裝影響消除后的測值。
       基準值:相對于荷載條件的計算起點的測值。
       滿量程:儀器標稱范圍兩極限之差的模,以FS表示。例如,對從-10V~+10V的標稱范圍,其量程為20V。
             振弦式傳感器工作特性所決定的最大輸出頻率的平方和最小輸出頻率的平方的代數差。
             以頻率模數(輸出頻率的平方除以1000)為輸出量的振弦式傳感器,其滿量程輸出可表征為其最大輸出頻率模數和最小輸出頻率模數的代數差。
       分辨力:在測量范圍內,振弦式傳感器所能感測的被測量的最小變化值,以滿量程輸出百分比表示。
       滯后:振弦式傳感器在輸入量作滿量程變化時,對于同一輸入量,傳感器的正、反行程輸出量的最大偏差,以滿量程輸出百分比表示。
       不重復度:振弦式傳感器在一段時間間隔內,在相同的工作條件下,輸入量從同一方向作滿量程變化,多次趨近并到達同一校準點時所測量的一組輸出量之間的分散程度,以滿量程輸出百分比表示。
       非線性度:振弦式傳感器正 、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示。
       綜合誤差:振弦式傳感器進程平均校準曲線和回程平均校準曲線二者與工作直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示;該誤差是反映振弦式傳感器的綜合性能指標。









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