一种预应力损失自动补偿装置的制作方法

本申请涉及预应力结构技术领域，尤其涉及一种预应力损失自动补偿装置。

背景技术：

现代预应力结构是利用高性能材料、现代设计理论和先进施工工艺进行设计、建造的高效结构。与非预应力结构相比，现代预应力结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能优越、耐久性高、轻巧美观等优点，而且与其他结构相比还具有比较经济、节材、节能的效果。因此，现代预应力结构具有广泛的发展前景，已渗透到土木工程的各个领域，是建造高层建筑、高耸结构、大跨度、大空间结构、重载结构、特种结构及特殊用途工程不可或缺的重要形式之一。

目前，各类新型材料预应力构件逐渐成为土木工程中研究和应用的热点。在实际工程中，新型材料预应力构件在结构中的运用也越来越多，因此应力与环境耦合作用下各类材料的耐久性能研究更是重中之重。然而，预应力构件在长时间高应力作用下，存在试件蠕变、锚具变形等不利影响，不可避免地会导致应力水平的降低，对结构的加固及材料强度发挥影响很大，严重影响实际试验结果。

目前，国内外很多学者对各类材料在应力与环境耦合作用下耐久性进行试验与理论研究。但是，在试验过程中，不得不正视预应力损失的问题。目前的现有技术中，除了超张拉或是按时间段测定及补充应力之外，暂时没有其他更好的办法可以避免预应力损失。但是，对试件采用超张拉，可能会对试件造成不可控的损伤，严重影响试验准确性及结构安全；而人为补充应力，则需要适时检测应力损伤，并使用加载装置补充，因此将消耗大量的人力物力，十分不经济。

因此，为了保证试件在应力和腐蚀环境耦合作用下耐久性研究的准确性，促进耐久性研究的发展，为保持加载状态下试件应力水平保持不变，需要一种对加载预应力状态下试件应力损失能够及时监测并自动补偿到规定水平应力的装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种预应力损失自动补偿装置，从而可以实现对待测试件的预应力损失的自动补偿。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种预应力损失自动补偿装置，该预应力损失自动补偿装置包括：试件持载装置和应力补偿锚具；

所述试件持载装置包括：第一容纳腔和固定组件；

所述第一容纳腔的前端设置有供待测试件穿过的固定孔，所述第一容纳腔的后端设置加载端，所述加载端上设置有供待测试件穿过的第一加载孔；所述第一容纳腔上还设置有出口和入口；

所述固定组件设置在所述第一容纳腔的固定孔处，用于夹持并固定待测试件的一端；

所述应力补偿锚具包括：锚具本体、试件夹持装置、感应电磁线圈、控制器和应力补偿电磁器；

所述锚具本体包括：第二容纳腔和加载锚固组件；

所述第二容纳腔的前端设置有连接部件，用于与所述第一容纳腔的加载端固定连接；所述连接部件上设置有供待测试件穿过的第二加载孔；所述第二容纳腔的后端设置有供待测试件穿过的第三加载孔；

所述加载锚固组件设置在所述第二容纳腔的第三加载孔处，用于夹持并固定待测试件的另一端；

所述感应电磁线圈设置在所述第二容纳腔中的前部，所述应力补偿电磁器设置在所述第二容纳腔中的后部，

所述控制器分别与所述感应电磁线圈和所述应力补偿电磁器电连接；

所述试件夹持装置设置在所述感应电磁线圈的空腔中，用于夹持在所述待测试件上。

较佳的，所述控制器包括：电感监测器、电感转换器、中央处理器、变压器和补偿电源；

所述电感监测器的输入端与所述感应电磁线圈电连接；所述电感监测器的输出端与所述电感转换器的输入端电连接；

所述电感转换器的输出端与所述中央处理器的输入端电连接；

所述中央处理器的输出端与所述变压器的输入端电连接；

所述补偿电源与所述变压器的输入端电连接；

所述变压器的输出端与所述应力补偿电磁器的输入端电连接。

较佳的，所述试件持载装置使用高强槽钢材料制成。

较佳的，所述固定组件包括：第一套管和第一锚固螺栓；

所述第一套管夹持在所述待测试件的一端，且所述第一套管的一端穿过所述第一容纳腔的固定孔；所述第一套管的外壁上设置有外螺纹；

所述第一锚固螺栓通过所述第一套管的外螺纹与所述第一套管连接。

较佳的，所述加载锚固组件包括：第二套管和第二锚固螺栓；

所述第二套管夹持在所述待测试件的另一端，且所述第二套管的一端穿过所述第二容纳腔的第三加载孔；所述第二套管的外壁上设置有外螺纹；

所述第二锚固螺栓通过所述第二套管的外螺纹与所述第二套管连接。

较佳的，所述第一套管通过环氧树脂或结构胶与所述第一容纳腔的固定孔连接；

所述第二套管通过环氧树脂或结构胶与所述第二容纳腔的第三加载孔连接。

较佳的，所述测试介质为测试溶液。

如上可见，在本发明中的预应力损失自动补偿装置中，由于设置了试件持载装置，并在试件持载装置中设置了第一容纳腔，因此可以在第一容纳腔加入试验所需的测试介质，使得待测试件在第一容纳腔中与测试介质充分接触，从而可以模拟待测试件的老化、腐蚀等环境条件。另外，由于还设置了应力补偿锚具，因此，当待测试件在测试过程中发生预应力损失时，将带动夹持在其上的试件夹持装置发生位移，因此将引起感应电磁线圈中的电感的改变；控制器可以实时地检测到感应电磁线圈中的电感的变化，并根据该电感的变化调节应力补偿电磁器两端的电压大小，控制应力补偿电磁器对试件夹持装置的磁力的大小，因而可以通过该试件夹持装置为待测试件提供相应的拉力，从而实现对待测试件的预应力损失的自动补偿，使得该待测试件可以一直保持在其试验设计的应力水平，进而可以大大提高持载下耐久性试验的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中的预应力损失自动补偿装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中的试件持载装置的结构示意图。

图3为本发明实施例中的应力补偿锚具的结构示意图。

图4为本发明实施例中的试件夹持装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的预应力损失自动补偿装置的结构示意图。

如图1～图4所示，本发明实施例中的预应力损失自动补偿装置包括：试件持载装置11和应力补偿锚具12；

所述试件持载装置11包括：第一容纳腔21和固定组件22；

所述第一容纳腔21的前端设置有供待测试件10穿过的固定孔23，所述第一容纳腔21的后端设置加载端24，所述加载端24上设置有供待测试件穿过的第一加载孔25；

所述固定组件22设置在所述第一容纳腔的固定孔23处，用于夹持并固定待测试件10的一端；

所述应力补偿锚具12包括：锚具本体31、试件夹持装置32、感应电磁线圈33、控制器34和应力补偿电磁器35；

所述锚具本体31包括：第二容纳腔41和加载锚固组件42；

所述第二容纳腔41的前端设置有连接部件43，用于与所述第一容纳腔的加载端24固定连接；所述连接部件43上设置有供待测试件10穿过的第二加载孔44；所述第二容纳腔41的后端设置有供待测试件10穿过的第三加载孔45；

所述加载锚固组件42设置在所述第二容纳腔41的第三加载孔45处，用于夹持并固定待测试件10的另一端；

所述感应电磁线圈33设置在所述第二容纳腔41中的前部，所述应力补偿电磁器35设置在所述第二容纳腔41中的后部，

所述控制器34分别与所述感应电磁线圈33和所述应力补偿电磁器35电连接；

所述试件夹持装置32设置在所述感应电磁线圈33的空腔中，用于夹持在所述待测试件10上。

在使用上述预应力损失自动补偿装置时，可以将待测试件从试件持载装置的第一容纳腔的固定孔插入，并依次通过第一容纳腔、第一容纳腔的第一加载孔、第二容纳腔的第二加载孔、第二容纳腔、试件夹持装置、感应电磁线圈、应力补偿电磁器和第三加载孔，并从第三加载孔穿出，然后将试件持载装置的第一容纳腔的加载端与应力补偿锚具的第二容纳腔的连接部件固定连接在一起。接着，可以先将待测试件的前端通过试件持载装置的固定组件夹持并固定；随后，再在待测试件的后端上施加相应的预应力；最后，再将待测试件的后端通过应力补偿锚具的加载锚固组件夹持并固定。

另外，可以在试件持载装置的第一容纳腔中加入用于对待测试件进行测试的测试介质，使得待测试件在第一容纳腔中与测试介质充分接触，为模拟待测试件的老化、腐蚀等测试提供相应的环境条件。

在进行测试时，可以通过外部的预应力加载设备对待测试件的一端施加预设大小的预应力。如果待测试件在测试过程中发生蠕变，发生预应力损失(设损失量为δf)，则该待测试件将带动夹持在其上的试件夹持装置发生位移(记为δs)。该试件夹持装置发生位移的原因在于待测试件发生了变形(记为δε)。而试件夹持装置所发生的微小位移将会引起感应电磁线圈中的电感的改变(记为δl)，电感改变量的大小与位移量(材料变形)的大小相关，所反映的是应力损失量。控制器可以实时地检测到感应电磁线圈中的电感的变化，并根据该电感的变化调节应力补偿电磁器两端的电压大小，控制应力补偿电磁器对试件夹持装置的磁力的大小，因而可以通过该试件夹持装置为待测试件提供相应的拉力，从而实现对待测试件的预应力损失(δf)的自动补偿。

另外，在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的控制器。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，作为示例，如图3所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述控制器34包括：电感监测器51、电感转换器52、中央处理器53、变压器54和补偿电源55；

所述电感监测器51的输入端与所述感应电磁线圈33电连接；所述电感监测器51的输出端与所述电感转换器52的输入端电连接；

所述电感转换器52的输出端与所述中央处理器53的输入端电连接；

所述中央处理器53的输出端与所述变压器54的输入端电连接；

所述补偿电源55与所述变压器54的输入端电连接；

所述变压器54的输出端与所述应力补偿电磁器35的输入端电连接。

在使用上述控制器时，如果待测试件在测试过程中发生蠕变，发生预应力损失(设损失量为δf)，则该待测试件将带动夹持在其上的试件夹持装置发生位移(记为δs)。试件夹持装置所发生的微小位移将会引起感应电磁线圈中的电感的改变(记为δl)，与感应电磁线圈连接的电感监测器可以检测到感应电磁线圈中的电感的变化，并可将该电感的变化转化为电流信号(记为δi)，将该电流信号进行处理之后再传输给中央处理器；中央处理器根据接收到的电流信号以及预先设置或存储的待测试件的各种材料参数(例如，弹性模量等参数)，可以计算得到试件夹持装置的位移以及对应的待测试件的预应力损失，从而可以根据计算结果给所述变压器发送相应的变压指令；所述变压器的输入端与补偿电源连接，因此，该变压器可以对补偿电源所输出的电压进行放大后通过输出端输出；另外，所述变压器的输出端还与所述应力补偿电磁器连接，因此，所述变压器可以根据接收到的变压指令调节应力补偿电磁器两端的电压大小(例如，增大或减小应力补偿电磁器两端的电压)，以调节应力补偿电磁器对试件夹持装置的磁力的大小，因而可以通过该试件夹持装置为待测试件提供相应的拉力，从而实现对待测试件的预应力损失(δf)的自动补偿，使得该待测试件可以一直保持在其试验设计的应力水平。

另外，作为示例，如图1和图2所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述第一容纳腔21上还设置有出口26和入口27。

因此，在进行测试时，可以根据具体的试验方案对环境中的测试介质进行测定、补充或更换。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述测试介质可以是测试溶液。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述试件持载装置可以使用高强槽钢材料制成。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述固定组件22可以包括：第一套管221和第一锚固螺栓222；

所述第一套管221夹持在所述待测试件10的一端，且所述第一套管221的一端穿过所述第一容纳腔21的固定孔23；所述第一套管221的外壁上设置有外螺纹；

所述第一锚固螺栓222通过所述第一套管221的外螺纹与所述第一套管221连接。

通过上述的第一套管和第一锚固螺栓，即可将待测试件的一端夹持并固定在第一容纳腔的固定孔处。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述加载锚固组件42可以包括：第二套管421和第二锚固螺栓422；

所述第二套管421夹持在所述待测试件10的另一端，且所述第二套管421的一端穿过所述第二容纳腔41的第三加载孔45；所述第二套管421的外壁上设置有外螺纹；

所述第二锚固螺栓422通过所述第二套管421的外螺纹与所述第二套管421连接。

通过上述的第二套管和第二锚固螺栓，即可将待测试件的另一端夹持并固定在第二容纳腔的第三加载孔处。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述第一套管通过环氧树脂或结构胶与所述第一容纳腔的固定孔连接；所述第二套管通过环氧树脂或结构胶与所述第二容纳腔的第三加载孔连接。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于设置了试件持载装置，并在试件持载装置中设置了第一容纳腔，因此可以在第一容纳腔加入试验所需的测试介质，使得待测试件在第一容纳腔中与测试介质充分接触，从而可以模拟待测试件的老化、腐蚀等环境条件。另外，由于还设置了应力补偿锚具，因此，当待测试件在测试过程中发生预应力损失时，将带动夹持在其上的试件夹持装置发生位移，因此将引起感应电磁线圈中的电感的改变；控制器可以实时地检测到感应电磁线圈中的电感的变化，并根据该电感的变化调节应力补偿电磁器两端的电压大小，控制应力补偿电磁器对试件夹持装置的磁力的大小，因而可以通过该试件夹持装置为待测试件提供相应的拉力，从而实现对待测试件的预应力损失的自动补偿，使得该待测试件可以一直保持在其试验设计的应力水平，进而可以大大提高持载下耐久性试验的准确性。

在本发明的技术方案中，上述预应力损失自动补偿装置可以实时地对待测试件的预应力损失进行监控，因此具有很强的实时监测功能；而且，当待测试件在测试过程中发生预应力损失时，可以自动地对待测试件的预应力损失进行实时的补偿，而不需要人工进行干预，从而使得预应力损失的补偿变得更为快捷方便。此外，当待测试件发生微小的形变时，通过人工的方式一般很难察觉。但是，在使用上述的预应力损失自动补偿装置时，即使试件夹持装置的位移仅发生了微小的变化，也会引起感应电磁线圈中的电感的变化，因而也会被控制器检测到，并自动地对待测试件的预应力损失的进行补偿，因此进行补偿时的精确度也比较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。