预应力体系综合检测技术方案

2020/2/121预应力体系综合检测技术方案四川理工学院四川升拓检测技术有限责任公司吴佳晔（工学博士、教授、注册土木工程师、四川省学术带头人）2020/2/122内容研发背景应用领域简介锚索（杆）张力测试预应力梁管道灌浆密实度检测弹性模量/壁厚测试锚杆长度测试2020/2/123研发背景关键课题未解决锚索（杆）的现有张力无法测试管道灌浆密实度检测技术不成熟联合国内外顶级机构（日本SRE、上海建科院、杭州交通质监局、北京星通联华科技等），历时多年，开发了多项独创技术并建立了完整的技术体系；多项大规模原型验证，保证测试精度。直接影响预应力梁、边坡的安全2020/2/124应用领域简介预应力桥梁岩锚金属锚固体2020/2/125测试项目与方法灌浆密实度快速定性张力锚固力精确定位几何尺寸壁厚（预应力梁）长度（岩锚索杆）混凝土材质及内部缺陷弹性模量内部强度内部缺陷空洞蜂窝2020/2/126岩土锚索埋入长度混凝土预应力梁灌浆密实度全长衰减法全长波速法传递频率法材质内部缺陷岩土锚杆反射法锚固力等效质量法埋入长度反射法锚固力等效质量法灌浆密实度单面反射法等效波速法锚固力等效质量法壁厚反射法弹性波雷达单面传播法2020/2/127锚杆（索）张力测试意义日本道路公团调查结果，约有30%的岩锚完全失效（20年以上）桥梁中预应力的失效极其危险因堵塞、管壁变形而钢绞线不连续部分钢绞线不连续2020/2/128锚杆（索）张力测试意义日本道路公团调查结果，约有30%的岩锚完全失效（20年以上）桥梁中预应力的失效极其危险现存方法（频率）的问题点仅适合中、低应力区域本公司方法（等效质量法）2020/2/129等效质量法的基本概念对于悬索类，弦体自由，其张力与振动的固有频率相关。激振直接在弦体上（如钢琴）对于锚索、杆类，弦体固定在灌浆材料中，弦体不自由；无法直接在弦体上激振；低张力下，弦的固有振动频率低高张力下，弦的固有振动频率高弹簧支撑钢材-钢材弹簧支撑钢材-混凝土/岩体2020/2/1210等效质量法的基本概念低张力时，振动体系小低张力时，振动体系大锚头-垫板-板后实体的整体振动体系；张力增加振动质量增大/刚性增加提出“等效质量”理论已申请国家发明专利2020/2/1211等效质量法的基本概念张力测试（等效质量法）概念图2020/2/1212测试波形图张力～响应关系的回归050100150200250050100150200250测试张力（KN）实际张力（KN）张力测试验证2020/2/1213张力检测验证实例（-贵阳某大桥）因施工问题，造成张力可能大幅不足2020/2/1214现场验证结果锚索编号T1Z-1-D9T1Y-2-D9T2Z-1-D9实际张力（KN）1757.7测试结果（KN）1756.71666.91642.8相对误差-0.06%-5.17%-6.54%锚索编号TJ-BYH-1TJ-BYH-2实际张力（KN）2349.5锚具垫板：9KG(方形)锚头：7.8KG（圆形）测试结果（KN）23022430相对误差-2.02%3.43%张力验证测试结果（12束）张力验证测试结果（9束）2020/2/1215预应力检测要求及流程1.要求锚头露出2.标定对同类型锚固结构；3点以上不同张力；标定时要求千斤顶离开3.测试根据标定试验，确定测试参数；根据测试参数，进行张力测试2020/2/1216预应力检测意义1.定量测试预应力的现有数值分析预应力损失情况；分析边坡安全性；2.定性测试各个锚固点的质量在众多锚固点中找出薄弱点；防止钢绞线不连续等恶性事故。2020/2/1217预应力梁孔道灌浆密实度检测方法意义定性测试全长波速法（FLPV）全长衰减法（FLEA）定位测试冲击回波等效波速法（IEEV）P波传递函数法（PFTF）验证事例2020/2/1218预应力梁孔道灌浆密实度测试意义1985年12月，Ynys-Y-Gwas桥（英国南威尔市）1992年，Bissell大桥（美国）我国某高速公路三座预应力梁桥，纵向预应力孔道中无压浆的截面占调查总数的14.5%，横向预应力无压浆截面则占到47.6%我国某特大桥梁（跨度为330m）的开孔检验中，发现全部检查点均存在压浆不密实的问题。施工阶段，部分检查位置的钢绞线已经开始生锈2020/2/1219灌浆密实度定性检测概念随着灌浆密实度的增加，沿锚索传播的弹性波的能量衰减增加，造成表现波速下降。2020/2/1220定性测试（全长衰减法FLEA）00.050.10.150.20.250.30.350.40%25%50%75%100%125%充填度指标充填度%密实度测试（全长衰减法FLEA）弹性波衰减（振幅）率～充填度的相关关系激振信号充填良好充填不良受信信号2020/2/1221定性测试（全长波速法FLPA）灌浆密实度1维钢棒P波波速3维混凝土P波波速实测钢绞线波速弹性波波速2020/2/1222充填度测试（等效波速法）概念图定位测试（冲击回波等效波速法IEEA）当出现灌浆不密实区域时，通过该区域的弹性波波速会出现下降。DHAADHDHAA11A21b1b22020/2/1223灌浆密实度度测试场景（IEEV法）2020/2/1224充填度测试（等效波速法）概念图充填度测试场景（等效波速法）定位测试（P波传递函数法PFTF）对锚索两端，因位置较高，容易产生泌水，从而产生空洞；但梁两端一般壁厚较厚，IEEV法测试分辨率显著降低。2020/2/1225灌浆不密实区域壁厚厚，钢筋密集。2020/2/1226泌水（灌浆不密实）定位测试（全长传递频率法FLTF）灌浆密实钢绞线周围缺乏约束，产生自由振动；受信信号初动部分频率较高钢绞线周围有灌浆材料约束，不易自由振动；受信信号初动部分频率较低根据受信与激发信号的初动部分的传递函数，可推测锚头附近的灌浆密实度；2020/2/1227灌浆密实度检测验证实例（-九江模型梁）九江大桥，原尺寸模型5个管道：塑料2，铁管32020/2/1228管号N1N2N3N4N5大约平均高度（m）1.00.80.60.40.2设计缺陷长度(m)2.500.50.80FLVP的波速（km/s）4.4764.4334.4464.5304.598FLEA的振幅比0.1380.0570.1470.2290.060FLEA的衰减率86.2%94.3%85.3%77.1%94.0%测试结果有缺陷正常有缺陷有缺陷正常在灌浆密实度整体较高时，全长波速法适用困难；位置越低，波速越高，表明混凝土质量越好；全长衰减法效果明显；结合传递函数法测试效率高2020/2/1229测试及验证结果除去底部盲区外，其余部分全部测出2020/2/1230灌浆密实时，信号经过管道在底部的反射时间灌浆不密实时，信号经管道壁绕射在底部的反射时间N1管0m~-3mMEM频谱等值线图冲击回波等效波速法IEEA测试图形2020/2/1231波速较低的灌浆不密实区域2020/2/1232灌浆密实度检测验证实例（-合肥模型梁）高铁梁场，腹板原尺寸模型，3个孔洞，无管壁2020/2/12332号梁设计缺陷位置图测试结果验证结果（合肥模型2#梁）预埋缺陷2020/2/1234灌浆密实度检测要求及流程1.要求锚头露出2.全长法检测全长波速法（FLPV）：是否灌浆、有无大范围空洞；全长衰减法（FLEA）；是否有小范围不密实；传递频率法（FLTF）：在管道两端是否有不密实3.等效波速法（IEEV）测试确定缺陷位置；在全长法检测中发现问题时实施；适用于梁厚较薄、厚度均匀的位置2020/2/1235弹性模量测试的意义及要点各种方法可直接测试的均为动弹性模量弹性模量本身也为重要的质量指标（铁道桥梁要求强度、模量双控）对配比相同的混凝土、弹性模量与强度间有很好的相关关系弹性波测试的动弹性模量与静弹性模量间有良好的相关关系:对于圆柱形试件大约大6-7%超声波测试得到的波速大约大10-40%不同的弹性波测试方法（透过、表面、反射）得到的结果有一定的差异，需要修正钢筋的影响需要修正应用在在施工质量检测、已有结构物的健康诊断等受钢筋影响不可忽视。钢筋修正技术已申请专利2020/2/1236试件/构件的测试方法2020/2/1237验证结果弹性模量的验证2025303540455020253035404550弹性波Ec/Ed(GPa)静载Ec/共振Ed(GPa)衡阳梁场清华试件日本试件相对误差绝对值的平均为3.7%，最大误差为2.33GPa，平均误差为1.27GPa。弹性模量测试的应用2020/2/1238龄期的影响位置的影响2020/2/1239验证结果强度的推定y=0.0015x2.9519R2=0.8788y=1.3161e0.1063xR2=0.990301020304050607080901001520253035404550Ec(GPa)压缩强度(MPa)本技术数据A数据B公路规范累乗(本技术)指数(公路规范)Ec-Sc的相关系数达到0.94；在C15-C60范围内，与“混凝土规范”几乎完全重合2020/2/1240混凝土材质测试的特点可针对构件、试件，适应于几乎所有的混凝土结构；可测试材料内部和不同的范围；测试精度高：针对不同的条件，可选用最适合的方法；不同方法之间的测试结果可相互转换，具有唯一性；2020/2/1241岩锚长度测试测试原理及测试例主要问题2020/2/1242岩锚长度测试例主要问题：P波的诱发（锚杆弯曲时，易诱发其他类型的弹性波）2020/2/1243总结可提供综合解决方案申请多项发明专利系列产品预应力混凝土梁多功能检测仪预应力锚索（杆）张力检测仪锚索（杆）灌浆密实度检测仪岩锚多功能检测仪2020/2/1244感谢您的聆听Thankyou！