关键词:
预应力混凝土结构
钢绞线
LC谐振电路
应力检测
摘要:
在役桥梁预应力钢绞线应力损失是影响桥梁承载能力和健康状态的重要影响因素,钢绞线作为预应力混凝土结构及缆索结构中的重要承载构件,实现其应力检测具有重要意义。LC谐振通过在钢绞线两端连接导线将其作为电感接入电路,通过测试电路的谐振频率实现钢绞线的应力检测,此方法对于实现钢绞线应力检测具有很大的潜力。前期研究发现,钢绞线作为铁磁性材料,钢绞线应力会导致磁导率发生变化,同时受材料特性的影响,也会产生形变。但是在LC检测中,应力通过改变哪个参数影响电路的谐振频率还是未知的,明确应力如何影响谐振频率对实现钢绞线预应力的检测至关重要。因此,本文在已有研究的基础上对钢绞线的力学、力-磁特性进行分析。通过分析常见电感模型、钢绞线结构特征,确定钢绞线两种电感模型。最后,对应力σ与相对磁导率μr、长度l的关系进行了理论分析,对钢绞线应力频率理论进行了修正并通过实验进行了验证。对Φ 9mm钢绞线(μr≈ 1500)和铝绞线(μr≈1)及铜丝、钢丝、1×7-15.20-1860钢绞线开展不同长度的应力频率实验,确定试件相对磁导率、长度对电路谐振频率的影响。得出如下几点结论:(1)相同拉力、长度的钢丝或铜丝接入电路,电路谐振频率基本相同,电路谐振频率随着长度的增长而减小。试件相对磁导率对谐振频率不产生影响,实验数据与短钢绞线(02.199m)应力频率理论相吻合。(3)相同应力作用下,Φ 15.2mm钢绞线谐振频率随着长度的增长呈线性下降,与9mm钢绞线或铝绞线及钢丝、铜丝随着长度变化规律相同,实验分析与理论分析规律一致。(4)长14mΦ 15.2mm钢绞线谐振频率随着应力增大而增大,应力与频率具有很好的正线性相关性,实验数据与理论数据应力与频率相关性一致,但拟合公式斜率为理论公式斜率的10倍,在接下来的研究中需要对此进行深入研究。(5)理论和实验数据显示,相较于试件长度对谐振频率的影响,相对磁导率对谐振频率的影响可以忽略。钢绞线固有长度越小,谐振频率越显著。因此,可推出应力改变相对磁导率对谐振频率的影响可以忽略,应力主要通过改变钢绞线的长度改变谐振频率。