一种智能预应力锚板的制作方法

本实用新型涉及预应力锚具领域，具体涉及一种智能预应力锚板。

背景技术：

预应力工程就是在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预拉应力，提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的强度，使原本的抗性更强。

钢绞线作为预应力工程中主要的智能预应力锚板，其是由多根钢丝捻制而成的，因其强度高、柔性好等特性，广泛用于混凝土预应力筋、桥梁拉索、岩土锚索等建筑工程结构之中。而锚具是预应力工程中所用的永久性锚固装置，是在后张法结构或构件中，为保持预应力钢绞线的拉力并将其传递到受力结构内部的锚固工具，也称之为预应力锚具。尤其是夹片式锚具，经常在桥梁施工用到，预先安装好定位，然后浇筑混凝土，埋在混凝土的两端；其也用于地锚索、拉索、锚碇等预应力体系。

由于预应力钢绞线容易受到周围环境的影响，可能出现预应力损失，进而影响其工作性能，对建筑物的正常使用和安全运营产生负面影响。因此，需对预应力束的受力状况进行长期监测，以保障整个预应力体系的使用安全性。目前对预应力束的应力监测一般是通过抽取单根或几根钢绞线进行测量后取平均值，将该平均值作为预应力束的应力状况，因而该监测方式无法真实反映整个预应力束的受力情况，导致测量的数据与真实情况存在不一致。

技术实现要素：

本实用新型目的在于：针对预应力束受力情况进行监测时，目前采用的对钢绞线抽样测量的方式无法真实反映整个预应力束的受力情况的问题，提供一种智能预应力锚板，将应变传感器与预应力锚板进行集成设计，即通过对预应力锚板进行监测，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况，且使用方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种智能预应力锚板，包括锚板，所述锚板上设有多个应变传感器，所述应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件。

本实用新型通过在锚板上设置多个应变传感器，且应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件，由于预应力束锚固后，所有的钢绞线受力会传递至预应力锚板，将应变传感器与预应力锚板进行集成设计后，即可通过对预应力锚板进行监测，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有的钢绞线抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况，且使用方便。

作为本实用新型的优选方案，所述测量段包括第一测量段和第二测量段，在垂直于锚板受力方向的截面上，所述第一测量段的截面积小于所述第二测量段的截面积。

通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于锚板受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当锚板发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于应变传感器的适用范围。

需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于锚板受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。

作为本实用新型的优选方案，所述测量段上有一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，所述敏感元件位于第一测量段上。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。

需要说明的是，当将应变传感器布置在预应力锚板上时，由于锚板相对于钢绞线截面积更大，受力变形不敏感，因而存在测量不灵敏的问题；当将测量段设置为两端大中间小的结构时，即可较好的提升测量灵敏度。

作为本实用新型的优选方案，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。

作为本实用新型的优选方案，所述第一测量段和/或第二测量段为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与锚板连接后所占用的空间，且方便制造。

作为本实用新型的优选方案，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与锚板进行连接固定。

作为本实用新型的优选方案，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。

作为本实用新型的优选方案，所述固定部为设于测量段两端的安装孔。

作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。

作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。

作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件为电阻应变片。

作为本实用新型的优选方案，所述敏感元件为光纤光栅。

作为本实用新型的优选方案，所有的应变传感器均布于锚板周围，可以对锚板进行多点均匀测量，以提高测量的准确性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过在锚板上设置多个应变传感器，且应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件，由于预应力束锚固后，所有的钢绞线受力会传递至预应力锚板，将应变传感器与预应力锚板进行集成设计后，即可通过对预应力锚板进行监测，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有的钢绞线抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况，且使用方便；

2、通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于锚板受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当锚板发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于应变传感器的适用范围；

3、通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。

附图说明

图1为本实用新型中的智能预应力锚板立体图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1中的应变传感器示意图。

图中标记：1-测量段，11-第一测量段，12-第二测量段，2-敏感元件，3-安装孔，4-锚板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种智能预应力锚板；

如图1和图2所示，本实施例中的智能预应力锚板，包括锚板4，所述锚板4上设有多个应变传感器，所述应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段1和设于测量段1上的敏感元件2。

本实用新型通过在锚板上设置多个应变传感器，且应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件，由于预应力束锚固后，所有的钢绞线受力会传递至预应力锚板，将应变传感器与预应力锚板进行集成设计后，即可通过对预应力锚板进行监测，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有的钢绞线抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况，且使用方便。

实施例2

本实施例提供一种应变传感器；

本实施例中的应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段1和设于测量段上1的敏感元件2，所述测量段1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于锚板受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积。

通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于锚板受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当锚板发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于应变传感器的适用范围。

需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于锚板受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。

如图3所示，所述测量段1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间，所述敏感元件2位于第一测量段11上。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段也可以为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与锚板连接后所占用的空间，且方便制造。

本实施例中，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与锚板进行连接固定。

本实施例中，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。

本实施例中，所述固定部为设于测量段两端的安装孔3。

本实施例中，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。

本实施例中，所述敏感元件也可以埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。

本实施例中，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。

实施例3

本实施例提供一种智能预应力锚板；

如图1-图3所示，本实施例中的智能预应力锚板，包括锚板4，所述锚板上设有多个应变传感器，所述应变传感器包括与锚板4产生一致形变的测量段1和设于测量段1上的敏感元件2。

本实用新型通过在锚板上设置多个应变传感器，且应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段和设于测量段上的敏感元件，由于预应力束锚固后，所有的钢绞线受力会传递至预应力锚板，将应变传感器与预应力锚板进行集成设计后，即可通过对预应力锚板进行监测，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有的钢绞线抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况，且使用方便。

本实施例中，所述测量段1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于锚板受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积。

通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于锚板受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当锚板发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于应变传感器的适用范围。

需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于锚板受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。

本实施例中，所述测量段1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间，所述敏感元件2位于第一测量段11上。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。

需要说明的是，当将应变传感器布置在预应力锚板上时，由于锚板相对于钢绞线截面积更大，受力变形不敏感，因而存在测量不灵敏的问题；当将测量段设置为两端大中间小的结构时，即可较好的提升测量灵敏度。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段也可以为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与锚板连接后所占用的空间，且方便制造。

本实施例中，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与锚板进行连接固定。

本实施例中，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。

本实施例中，所述固定部为设于测量段两端的安装孔3。

本实施例中，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。

本实施例中，所述敏感元件也可以埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。

本实施例中，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。

本实施例中，所有的应变传感器均布于锚板周围，可以对锚板进行多点均匀测量，以提高测量的准确性。

整个具体的预应力监测流程包括以下步骤：

a、制作应变传感器；

b、在锚板上布置多个上述应变传感器；

c、采用上述锚板对预应力束锚固；

d、通过应变传感器采集预应力数据。

如图1-图3所示，步骤a中的应变传感器包括与锚板产生一致形变的测量段1和设于测量段1上的敏感元件2，所述测量段1包括第一测量段11和第二测量段12，在垂直于锚板受力方向的截面上，所述第一测量段11的截面积小于所述第二测量段12的截面积。

通过将测量段设置为包括第一测量段和第二测量段，且在垂直于锚板受力方向的截面上，第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，当锚板发生形变时，第一测量段和第二测量段的应变是不一样的，截面积大的应变敏感性差，截面积小的应变敏感性好；另一方面截面积大的刚度和极限强度大，截面积小的刚度和极限强度小，当敏感元件布置在不同截面积的测量段上时，即可实现对测量灵敏度或量程进行调整，有利于应变传感器的适用范围。

需要说明的是，对于两端固定安装的应变传感器，根据测量段的应变计算公式：其中N为轴向力，E为弹性模量，A为各测量段在垂直于锚板受力方向上所对应的截面积，由于两端安装轴向力N大小一样，材质弹性模量E一样，且在安装段内的总变形一样，但在不同截面积的测量段上，变形分配的比例不一样，所以截面积的大小决定着各测量段的应变，因而调整各测量段截面积的大小比例，可调整传感器的灵敏度或测量量程。该方案摒弃了以往通过调整敏感元件及其封装工艺来改变传感器的灵敏度或测量量程的做法，且该方案实施简单，实施成本低。

本实施例中，所述测量段1上有一个第一测量段11，且第一测量段11位于两个第二测量段12之间，所述敏感元件2位于第一测量段11上。通过在测量段上设置一个第一测量段，且第一测量段位于两个第二测量段之间，由于第一测量段的截面积小于第二测量段的截面积，即该测量段呈两端大中间小的结构，当测量段两端固定时，由于敏感元件布置在第一测量段上，因而可以提升测量灵敏度，同时由于结构对称性，使得传感器制造及安装方便，第一测量段受力形变更加均匀，提高测量准确性。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段为杆状结构。当第一测量段和/或第二测量段采用杆状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时能够承受较大的极限应力。

本实施例中，所述第一测量段和/或第二测量段也可以为板状结构。采用板状结构时，截面形状规则，且截面上的应力分布均匀，同时通过减小板厚尺寸，减少了测量段与锚板连接后所占用的空间，且方便制造。

本实施例中，所述测量段上还设有用于固定其位置的固定部，便于将该测量段与锚板进行连接固定。

本实施例中，所述固定部设于测量段的两端位置，便于该测量段的制造及安装。

本实施例中，所述固定部为设于测量段两端的安装孔3。

本实施例中，所述敏感元件粘贴于测量段外表面，方便敏感元件的布置。

本实施例中，所述敏感元件也可以埋设于测量段内部，可以对敏感元件形成较好的保护。

本实施例中，所述敏感元件为电阻应变片或光纤光栅。

本实施例中，步骤b在预应力锚板的四周沿母线方向，等周向布设三个或四个或八个应变传感器。在布置传感器时，敏感元件变形方向与锚板受力方向一致，同时将测量段两端的安装孔与锚板进行螺栓连接，或者将测量段两端与锚板进行焊接。在采用上述锚板对预应力束进行锚固后，并将应变传感器信号线引出至测量仪器中，即可通过应变传感器采集预应力数据，从而实现对预应力束进行监测。

通过制作应变传感器，并在锚板上布置多个上述应变传感器，从而得到预应力束的受力状况，相对于现有的钢绞线抽样测量方式来说，能够更加真实反映整个预应力束的受力情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。