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预应力钢绞线应变测量方法分析
  来源:钢绞线厂家 发布时间:2018-10-01 15:49 阅读:次 【字体:

     预应力钢绞线被广泛使用于预应力大跨度结构,其应变的精确丈量成了亟需处理的工程难题。工程界现已做了很多的研讨,由于钢绞线受力后各钢丝并非均匀受力,而且还会发生改变,所以不能简略的依照均质圆杆来核算。因而,减少相对误差的长线法、把钢绞线简化成绷簧的绷簧法、归纳运用胡克定律和几许联系的理论批改法及使用光学原理的光纤光栅法被引入到研讨中来。经过对这些办法进行比照和剖析,指出了这些办法的可取之处及不足之处,并为更进一步的研讨供给新的思路。 
  关键词:钢绞线;应变;电阻应变片;绷簧 
  中图分类号:TU378.1 文献标志码:A 
   
  前语:钢绞线由于具有杰出的柔性变形才干,能够布置成需求的曲线形状,而成为首选的预应力材料被使用于预应力结构中。常用的钢绞线是由6根外层钢丝环绕1根中心钢丝成螺旋状捻制而成的,习惯上称6根外层钢丝为外丝,1根中心钢丝为内丝。由于制造加工工艺的成果,钢绞线的外层螺旋钢丝与钢绞线的轴线成必定的夹角,这也给丈量预应力钢绞线的轴向应变带来了必定的难度。一般钢绞线的核算都是把其截面等效成单圆[1],依照均质圆杆来核算。然而,从全体上看,钢绞线受到轴向力后会发生改变,从部分上看,各钢丝也非均匀受力。明显,钢绞线的受力功能不同于均质圆杆。因而,跟着钢绞线被广泛使用于各种大跨度预应力结构,钢绞线应变的精确丈量也成了亟需处理的工程难题。本文从理论剖析和工程使用的视点动身,比照剖析现有各种丈量办法的特色,并为更进一步的研讨供给新的思路。 
  1丈量办法剖析 
  1.1长线丈量法[2] 
  依据材料力学的应力――应变联系 
  ,,, 
  N――张拉荷载, 
  σ、ε ――张拉应力、钢绞线轴向应变, 
  A、E――钢绞线的横截面积、弹性模量, 
  △l、l――钢绞线伸长量、长度。 
  经过试验,使用千分表和传感器测出钢绞线的伸长量△l和张拉荷载N,使用电阻应变片测出沿钢丝的斜向应变εα(如图1所示)。 
  假定钢绞线轴向应变ε与斜向应变εα的联系为ε=εα/cosα=r·εα(α为螺旋钢丝与钢绞线轴线的夹角)。依据很多试验得出的数据,运用统计规则求出弹性模量E和应变批改系数r,并操控相应的变异系数。 
  1.2绷簧法[3][4][5] 
  由于7根钢丝在张拉方向的改变量是相同的,中心钢丝的直径在受力的过程中变形很小,因而,绷簧法使用这两个特色假定外层螺旋钢丝的螺旋半径是不变的,而每根外层螺旋钢丝则适当于一个绷簧,钢铰线则适当所以由1根中心钢丝和6根钢丝绷簧组合而成。绷簧绕一周的长度为,L、R的联系如图2所示。 
  由力的平衡联系,则 
  εEA1+6ε’EA2cosα=N, 
  A1、A2分别为中心、外层钢丝的截面积,ε、ε’分别为中心、外层钢丝的应变,E为钢丝的弹性模量,α为外层螺旋钢丝与钢绞线轴线的夹角。对S求偏导可得△S,由ε’=△S/S,依据上述平衡联系即可求得ε。 
  1.3理论批改法[6][7] 
  理论批改法是归纳运用胡克定律和几许联系,对外层螺旋钢丝的应变与钢绞线的应变联系进行批改,进而对钢绞线的张拉力进行批改的办法。 
  将一个捻距内的螺旋钢丝展开,螺旋钢丝与中心钢丝的长度联系如图3所示。 
  依据广义胡克定律,钢丝的轴向应变ε与径向应变ε径有如下联系 
  ε径=-με 
  由几许联系可得 
  , 
  其中,α、β表明螺旋钢丝与中心钢丝受拉前、后的夹角,dc0 、ds0表明中心钢丝、螺旋钢丝受力前的直径,εc、εs表明中心钢丝、螺旋钢丝受拉后的应变,lc0表明一个捻距,μ是泊松比,取0.3。 
  选用数值解法,经过上式即可求解出εc与εs的联系。钢绞线的轴向应变ε与中心钢丝的应变εc相等。 
  1.4光纤光栅法[8][9] 
  光纤光栅法是将光纤光栅埋入结构物,使用所观测的光波波长改变,依据公式 
  , 
   
  换算成应变改变的丈量办法。 
  其中,ε1为光纤光栅轴向应变(或被测主体的应变值),f为光纤光栅的灵敏度,ξ*为批改的光-热常数。当温度已知时,能够对温度进行补偿。当不考虑温度影响时,能够直接经过 
   
  求解得到ε1。由于光纤光栅法测的应变就是钢绞线沿轴向的应变ε,则ε=ε1。 
  2剖析 
  1)长线丈量法是根据减小相对误差的原理,经过很多试验数据得出统计定论,具有必定的真实性,但未能给出钢丝斜向应变与钢绞线应变之间的精确对应联系。由于试验选用的是直接直线张拉的办法,丈量得出的成果,不适用于预应力混凝土结构,故不具有遍及实用性。由于定论仅由试验得出,没有紧密的理论作为支撑,故其精确性尚须进一步验证。 
  2)绷簧法巧妙的简化了核算钢丝应变的办法,能够运用几许联系敏捷求解钢丝的应变。可是,绷簧法将钢绞线离散成简略的1根钢丝和6根钢丝绷簧,明显疏忽了钢丝绷簧之间的效果和钢丝绷簧与中心钢丝之间的效果,而且实践使用傍边,各根螺旋钢丝的张拉力并非均匀的,因而,其可靠性值得研讨。 
  3)理论批改法归纳运用胡克定律和几许联系,对螺旋钢丝应变与钢绞线轴向应变的联系作了理论求解并进行了批改,并结合试验进行了论证。该办法考虑了螺旋钢丝和中心钢丝受力后直径的改变,比之前的研讨办法有必定的改善,但仍未考虑各根螺旋钢丝张拉力的非均匀性,试验成果在张拉力较小的情况下未能很好的与理论成果相吻合,还须进一步研讨。 
  4)光纤光栅法使用光学原理丈量钢绞线的应变,该办法为钢绞线应变的丈量拓荒了一个新的方向,可是光纤光栅的断裂极限应变只要5000με左右,而预应力钢绞线的应变一般可达10000με以上,故需求预先将钢绞线张拉到5000με以上才干贴光纤光栅,对于后张法预应力结构,这将需求研讨规划专门的贴装夹具,姑且不管其精确与否,这都给施工实践操作带来了很大的难度。 
  3定论 
  经过以上剖析,能够得出以下定论: 
  现有的办法中选用有限元进行模仿剖析的还比较少,大都没有考虑各根钢丝受力后的不均匀性,求解应变时也均是取每根螺旋钢丝都相同。而且,钢绞线在实践工程傍边,可能会由于弯矩或剪力的存在,而导致钢纤维应变不一致。因而,钢绞线应变的丈量还需求在现有基础上做更进一步的研讨,在今后的研讨中,能够考虑理论剖析结合试验验证,一起用有限元模型进行同步模仿剖析。 
   
  参考文献 
  [1]Namy A S, Abdel -ghaffar A M. Three Dimensional Nonlinear Static Analysis of Cable-stayed Bridges. Computers and Structures,1990,34(34): 257~271. 
  [2]戴公连,吕海燕. 预应力钢绞线弹性模量及应变批改系数的剖析[J].长沙铁道学院学报,1993,11(1):27-32. 
  [3]刘克勤,马文坚,陈良飞,区锡祥. 钢绞线单根受力时的变形剖析[A]. 新世纪预应力技能创新学术交流会论文集[C],2002:202-205. 
  [4]王应军,李卓球,宋显辉. 钢绞线弹性模量的理论核算及其影响要素剖析[J].武汉理工大学学报,2004, 26(4):80-82. 
  [5]孔庆凯,万鹏.钢绞线的根本力学功能及其有限元办法模仿[J].四川修建,2003,23(01):20-22. 
  [6]亢景付,艾军,刘颖.用应变片测定钢绞线张拉力的理论批改[J].修建技能,2005,36(04):285-286. 
  [7]易贤仁. 钢绞线偏轴应变丈量办法及试验研讨[J]. 华中科技大学学报(城市科学版),2008,25(3):211-213. 
  [8]劳晓春,汤立群,任鹏.桥梁内部预应力钢绞线应变的持久监测与剖析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2003,31(11):53-56. 
 
 
 
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