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新型专用应力传感器的研制

导读: 该应力传感器的设计是智能张拉设备研制过程中的一个重要环节。预应力张拉涉及到环境、磨损等诸多方面的因素,是一个非线性的传递过程。预应力张拉精度直接影响着预应力构件的安全和寿命。

  0 引言

 

  该应力传感器的设计是智能张拉设备研制过程中的一个重要环节。预应力张拉涉及到环境、磨损等诸多方面的因素,是一个非线性的传递过程。预应力张拉精度直接影响着预应力构件的安全和寿命。所以,张拉过程一旦失控,轻则引起构件锚固端的纵向裂纹或构建应力不足,日后构件发生形变,重则引起构件裂痕,或者拉断预应力筋等重大事故。张拉过程中,准确地测量预应力是关键的一步。

  在传统的预应力测量过程中,预应力的获取是通过油泵驱动千斤顶对预应力钢筋进行张拉,预应力的是通过测量油泵的油压间接获取的,然后进行人工读数。存在读数慢、预应力获取需要转换、传输过程有损耗等缺点。新型应力传感器是针对传统预应力张拉设备的缺点进行设计的。通过该传感器,将预应力钢筋受到的张拉力转化为电压信号,经西门子模数转换模块EM235 CN输入处理器进行处理。该传感器精度高、读数快,最大限度地减少了测量误差。

 

  1 传感器机械结构设计

 

  1.1 结构描述

  图1为新型专用应力传感器的弹性元件结构图。该应力传感器是根据QFZ600-25型张拉千斤顶进行设计的穿心式传感器,配合千斤顶、张拉油泵及配套锚具完成对中、锚固和测力三项功能。传感器的核心部件由弹性元件和电阻应变电桥构成。弹性元件材料为40CrMnTi钢。箔式应变片在粘贴时需要硅胶进行保护,防止因振动等外部因素引起的脱落。信号线采用四芯屏蔽电缆,有助于降低外部强电信号的干扰。

 

  

  图1 应力传感器弹性元件

 

  1.2 基本原理

  图2为应力传感器工作原理图,千斤顶在油泵的驱动下进行锚固作用,其张拉力量的大小通过在千斤顶和锚具之间应力传感器获取。应力传感器在轴向受到挤压后发生形变,粘贴于弹性元件表面的电阻应变片阻值发生变化,从而引起电桥自平衡状态到不平衡。根据受力的大小,电阻值有相应的变化,电桥输出相应的电压值。电桥的稳定性等因素,我们在设计传感器电路作重点研究。

  1.锚具 2.专用应力传感器

  3.张拉千斤顶 4.预应力钢筋

 

  

  图2 应力传感器应用原理图

 

  预应力钢筋强度标准值fpk,根据预应力钢筋材料的不同而改变,fpk最大取值为1860Mpa。具体设计时,张拉控制应力σcON可采用小于0.75fpk(或0.9fpk),但不应小于0.4fpk.。我们在设计应力传感器时,考虑到损耗及过张拉等因素,取传感器可控最大张拉应力为1860Mpa。应力传感器和QFZ600-25型千斤顶中间位置的通孔直径为43mm,设计最大可张拉预应力钢筋直径20mm,千斤顶提供最大为600KN的张拉力。则应力传感器应能够承受的最大压力fmax见公式(1):

  (1)

  r为可张拉预应力钢筋直径。

 

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