锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法

摘要

本发明提供的一种锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，利用应力与弹性波动力学特征之间的关系建立模型，检测时在锚固结构钢束外露段连接谐振装置，谐振装置设有加速度传感器，在锚固结构工作锚具上安装加速度传感器，加速度传感器与采集系统连接。用力激振触发装置在工作锚具产生弹性波，测试计算工作锚具及谐振装置上加速度传感器的响应动力学特征参数，进行应力与特征参数标定，按与标定特征数据库的相关性推算钢束工作应力，按响应特征参数的偏差计算同束不均匀度。同时检测锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度，对锚固结构无损伤，提高了检测效率，为保障锚固结构的耐久性和安全性有重要意义。

权利要求

1.一种锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：在同一锚固结构内不同钢束外露段连接谐振装置，每个谐振装置设有谐振加速度传感器，在锚固结构工作锚具上安装锚具加速度传感器,将谐振加速度传感器和锚具加速度传感器连接至采集系统；

S2：将触发装置连接至采集系统，用力激振所述触发装置在工作锚具上激励产生弹性波，采集系统采集工作锚具上锚具加速度传感器的响应信号和钢束外露段上谐振加速度传感器的响应信号；

S3：对锚固结构工作锚具及钢束外露段上谐振装置的响应动力学特征参数与应力关系进行标定，形成特征信息数据库；

S4：计算工作锚具上锚具加速度传感器对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及力传递函数，计算钢束外露段上谐振加速度传感器对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及力传递函数；

S5：按与标定特征数据库的相关性推算应力筋工作应力，进行相关性计算：

其中，κ为相关性，rij为动力学特征参数相关系数，ri为力传递函数相关系数，Kij、Ti分别为工作锚具到各钢束外露段上谐振装置的动力学特征参数比及力传递函数，Kj、T为应力标定的特征信息数据库， 为力传递函数互相关，M、σ分别为力传递函数平均值及标准差；

S6：检测同束不均匀度，按响应特征参数的偏差计算同束不均匀度，进行不均匀度计算：τ为同束不均匀度，Kmax为钢束中动力学特征参数比最大值，Kmin为钢束中动力学特征参数比最小值。

2.根据权利要求1所述的锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，其特征在于：所述S4中计算工作锚具到各钢束外露段上谐振装置的动力学特征参数比及力传递函数：其中，Kij为工作锚具到钢束i外露段上杆体的谐振装置的动力学特征参数比，Ist-i-j、Ian分别为工作锚具、钢束i外露段上谐振装置的响应动力学特征参数，Ti为工作锚具到谐振装置i外露段上谐振装置力传递函数，Hst-i、Han分别为工作锚具、钢束i外露段上谐振装置对力激振触发装置产生的力传递函数。

3.根据权利要求1所述的锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，其特征在于：所述谐振装置为杆体式谐振装置。

说明书

锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锚固结构质量检测技术领域，具体涉及锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法。

背景技术

[0002] 现有技术中，关于锚固结构无损检测的方法较多，例如，四川升拓检测技术有限责任公司于2009年申请的公开号为CN 101672751A的一种测试预应力锚固体系张力的无损检测方法，公开了步骤1：把加速度传感器安装在预应力锚固体系端部的锚具夹具和触发装置上，用信号电缆连接到测试仪；步骤2：用触发装置或自动装置在预应力锚固体系的锚头夹具上激振，采集测试数据；步骤3：对预应力体系的响应～张力的关系参数进行标定；步骤4：利用标定求得的参数，对类似的预应力体系进行张力测定。

[0003] 湖南科技大学于2014年申请的公开号为CN103837279A的基于单自由度系统预应力锚固结构张力的检测系统，锚固对象上开设有锚杆孔或锚索孔，螺纹钢筋或钢绞线通过螺纹钢筋或钢绞线的锚固段安装在锚固对象的锚杆孔或锚索孔中，波纹套管安装在锚固对象的锚杆孔或锚索孔中，套装在螺纹钢筋或钢绞线外，锚固对象的锚杆孔或锚索孔端口处设有锚垫板和锚具，锚垫板压紧波纹套管，锚具用于固定锚垫板，锚具一侧设有击振器，另一侧设有加速传感器，加速传感器、激振器分别通过数据采集器与电脑连接。

[0004] 上述对比文件存在一个共同的问题：将锚固结构视为一个整体，仅仅检测了锚固结构的应力大小，对锚固结构中钢束工作应力及同束不均匀度没作讨论。而钢束工作应力及同束不均匀度是表征同一锚固结构内不同钢束机器整体结构工作状态的物理量，钢束应力不足、不均匀度过大也正是锚固结构质量通病的根源，影响锚固结构的使用寿命，导致锚固工程存在安全隐患，因此检测锚固结构钢束工作应力和不均匀度对锚固结构的耐久性和安全性均具有重要意义。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，在工作锚具和每根钢束连接的谐振装置上分别设有加速度传感器，将每个加速传感器连接采集系统，检测锚固结构钢束的工作应力及同束不均匀度。

[0006] 本发明提供的一种锚固体系工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，包括以下步骤：

[0007] S1：在同一锚固结构内不同钢束外露段连接谐振装置，每个谐振装置设有谐振加速度传感器，在锚固结构工作锚具上安装锚具加速度传感器,将谐振加速度传感器和锚具加速度传感器连接至采集系统；

[0008] S2：将力激振触发装置连接至采集系统，用触发装置在工作锚具上激励产生弹性波，采集系统采集工作锚具上锚具加速度传感器的响应信号和钢束外露段上谐振加速度传感器的响应信号；

[0009] S3：对锚固结构工作锚及钢束外露段上谐振装置的响应动力学特征参数与应力关系进行标定，形成特征信息数据库；

[0010] S4：计算工作锚上锚具加速度传感器对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及传递函数，计算钢束外露段上谐振装置加速度传感器对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及传递函数；

[0011] S5：按与标定特征数据库的相关性推算应力筋工作应力，进行相关性计算：

[0012]

[0013]

[0014]

[0015] 其中，κ为相关性，rij为动力学特征参数相关系数，ri为传递函数相关系数，Kij、Ti为工作锚到各钢束外露段上谐振装置的动力学特征参数比及力传递函数，Kj、T为应力标定的特征信息数据库，RTiT为传递函数互相关，M、σ为传递函数平均值及标准差；

[0016] S6：检测同束不均匀度，按响应特征参数的偏差计算同束不均度，进行不均匀度计算：

[0017]

[0018] τ为同束不均匀度，Kmax为钢束中动力学特征参数比最大值，Kmin为钢束中动力学特征参数比最小值。

[0019] 进一步的，S4中工作锚到各钢束外露段上谐振装置的动力学特征参数比及传递函数：

[0020]

[0021]

[0022] 其中，Kij为工作锚到钢束i外露段上杆体谐振装置的动力学特征参数比，Ist-i-j、Ian分别为工作锚、钢束i外露段上谐振装置的响应动力学特征参数，Ti为工作锚到谐振装置i外露段上谐振装置力传递函数，Hst-i、Han分别为工作锚、钢束i外露段上谐振装置对力激振触发装置产生的传递函数。

[0023] 进一步的，谐振装置为杆体式谐振装置。

[0024] 由上述技术方案可知，本发明的有益效果：

[0025] 本发明提供一种锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，利用应力与弹性波动力学特征之间的关系建立模型，检测时在锚固结构钢束外露段连接谐振装置，接谐振装置设有加速度传感器，在锚固结构工作锚具上安装加速度传感器，加速度传感器与采集系统连接。用力激振触发装置在工作锚具产生弹性波，测试计算工作锚具及谐振装置上加速度传感器的响应动力学特征参数，进行应力与特征参数标定，按与标定特征数据库的相关性推算钢束工作应力，按响应特征参数的偏差计算同束不均匀度。同时检测锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度，对锚固结构无损伤，提高了检测效率，为保障锚固结构的耐久性和安全性有重要意义。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

[0027] 图1为本发明一种锚固体系结构示意图。

[0028] 附图标记：

[0029] 1-工作锚具，2-锚具加速度传感器，3-工作锚具，4-钢束，5-谐振装置，6-谐振加速度传感器，7-采集系统，8-触发装置。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0031] 需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

[0032] 请参阅图1，本实施例提供的一种锚固结构钢束工作应力及同束不均匀度的无损检测方法，包括以下步骤：

[0033] 步骤一：在锚固结构工作锚具1上安装锚具加速度传感器2,在锚固结构同一工作锚具3内不同钢束4外露段均连接谐振装置5，每个谐振装置5设有谐振加速度传感器6，将锚具加速传感器2和谐振加速传感器6连接至采集系统7；

[0034] 步骤二：将触发装置8连接至采集系统7，用力激振触发装置8在工作锚具1上激励产生弹性波，采集系统采集工作锚具3上锚具加速度传感器2的响应信号和钢束4外露段上谐振加速度传感器6的响应信号；

[0035] 步骤三：对锚固结构工作锚及钢束外露段上谐振装置的响应动力学特征参数与应力关系进行标定，形成特征信息数据库；

[0036] 步骤四：计算工作锚上锚具加速度传感器2对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及传递函数，计算钢束外露段上谐振加速度传感器6对力激振触发装置产生的响应动力学特征参数及传递函数；

[0037] 其中，工作锚到各钢束外露段上谐振连接装置的动力学特征参数比及力传递函数：

[0038]

[0039]

[0040] 公式(1)和公式(2)中，Kij为工作锚到钢束i外露段上杆体谐振装置的动力学特征参数比(频率比、衰减系数等)，Ist-i-j、Ian分别为工作锚、钢束i外露段上谐振装置的响应动力学特征参数(卓越频率fan、能量Ean等)，Ti为工作锚到谐振装置i外露段上谐振装置力传递函数，Hst-i、Han分别为工作锚、钢束i外露段上谐振装置对力激振触发装置产生的传递函数。

[0041] 步骤五：按与标定特征数据库的相关性推算应力筋工作应力，进行相关性计算：

[0042]

[0043]

[0044]

[0045] 公式(3)、公式(4)和公式(5)中，κ为相关性，rij为动力学特征参数相关系数，ri为传递函数相关系数，Kij、Ti为工作锚到各钢束外露段上谐振装置的动力学特征参数比及力传递函数，Kj、T为应力标定的特征信息数据库，RTiT为传递函数互相关，M、σ为传递函数平均值及标准差；

[0046] 步骤六：按响应特征参数的偏差计算同束不均度，计算不均匀度：

[0047]

[0048] 公式(6)中，τ为同束不均匀度，Kmax为同束各钢束中动力学特征参数比最大值，Kmin为同束各钢束中动力学特征参数比最小值。

[0049] 作为本方案的进一步改进，谐振装置为杆体式谐振装置，可以完成将微弱的振动信号进行放大、处理后为后续分析、记录设备提供合格信号的任务。

[0050] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。