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鋼筋應(yīng)力計(jì)工藝說(shuō)明

更新時(shí)間:2014-03-17 點(diǎn)擊量:1855

鋼筋應(yīng)力計(jì)工藝說(shuō)明

 一、說(shuō)明

在建筑工程的強(qiáng)震觀測(cè)及建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的長(zhǎng)期測(cè)量中,鋼筋應(yīng)力、應(yīng)變是了解力學(xué)性能的重要參量。強(qiáng)震觀測(cè)及長(zhǎng)期測(cè)量的著眼點(diǎn)是數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠性,并能真實(shí)反映物理及力學(xué)狀態(tài)的變化。在鋼筋應(yīng)力應(yīng)變的長(zhǎng)期測(cè)量中可以采用的方法和器材雖多,但目前適于房屋建筑結(jié)構(gòu)的并不多,除振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)外,國(guó)內(nèi)尚無(wú)比較可靠的方法。自接受強(qiáng)震觀測(cè)及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中鋼筋應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量問(wèn)題的任務(wù)以來(lái),力求以應(yīng)變片技術(shù)去解決這一問(wèn)題。原因是,隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平和儀器生產(chǎn)技術(shù)的日益提高和普及,為鋼筋應(yīng)力長(zhǎng)期測(cè)量創(chuàng)造了良好條件,多年來(lái)我們積累了一些應(yīng)變式傳感器加工制造、工藝處理和使用的經(jīng)驗(yàn),有一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

在國(guó)外(如美國(guó)和日本),由于應(yīng)變式傳感器技術(shù)過(guò)關(guān),各種力學(xué)參量都有相應(yīng)的傳感器產(chǎn)品可供工程測(cè)量及試驗(yàn)選用,如日本“共和電業(yè)”(株)就有BF-A型鋼筋應(yīng)力傳感器的系列產(chǎn)品,其規(guī)格和技術(shù)性能如下

型    號(hào)

BF-10A

BF-13A

BF-16A

BF-19A

BF-22A

量 程(公斤/厘米 )

2400

2400

2400

2400

2400

分辨率(公斤/厘米 )

0.8

0.8

0.8

0.8

0.8

靈敏度(公斤/伏特 )

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

非 線 性(%滿量程)

±2

±2

±2

±2

±2

供 橋 電 壓(伏特)

2~10

2~10

2~10

2~10

2~10

輸入/輸出阻抗(Ω)

350

350

350

350

350

工作溫度范圍 (℃)

-10~+60

-10~+60

-10~+60

-10~+60

-10~+60

鋼 筋 直 徑(毫米)

12.7

15.9

19.1

22.2

25.4

長(zhǎng)      度(毫米)

700

700

700

700

700

從產(chǎn)品廣告說(shuō)明和外觀照片來(lái)看,BF-A型鋼筋應(yīng)力傳感器就是用相當(dāng)于我國(guó)二級(jí)鋼筋經(jīng)過(guò)應(yīng)變片工藝 處理的應(yīng)力型傳感器。由于制成了傳感器,力學(xué)性能基本滿足長(zhǎng)觀測(cè)的一般要求。

我們研制生產(chǎn)的應(yīng)變式鋼筋計(jì)規(guī)格和技術(shù)指標(biāo)是:

型    號(hào):

GYJ-16-35

規(guī)    格

16~35毫米

應(yīng)    力

2800~3000公斤/厘米

分 辨 力

0.8~1.2公斤/厘米

非 線 性            

±2%滿量程

溫度對(duì)電橋零點(diǎn)影響

﹤0﹒1%滿量程/℃

供橋電壓

2~5伏特

輸入/輸出阻抗

120歐姆

工作溫度范圍

-5℃~+50℃

傳感器長(zhǎng)度

0.5~0.7米

    二、鋼筋應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)

對(duì)鋼筋應(yīng)力計(jì)的結(jié)構(gòu),從工程實(shí)用性來(lái)看,力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、成本低、使用方便。從應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求:使傳感體形狀簡(jiǎn)單、易加工,應(yīng)變片工藝處理簡(jiǎn)單,長(zhǎng)期電氣力學(xué)性能穩(wěn)定。為此選用國(guó)產(chǎn)Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)鋼筋,稍事加工處理即可。傳感體采用圓柱形結(jié)構(gòu),表面經(jīng)車(chē)加工,外用鋁或鋼保護(hù)罩,全傳感器只有三種四個(gè)機(jī)械零件,如圖1所示。

傳感體的直徑設(shè)計(jì),按zui少影響鋼筋應(yīng)力角度出發(fā)選用:

φd=k·ΦdD           k——加工系數(shù)0.80~0.95             ΦD——傳感體公稱直徑

一般來(lái)說(shuō)對(duì)于小于φ15的鋼筋,取k=0.80,φ15~φ25,

取k=0.85~0.90,φ25~φ35,取k=0.90~0.95

加工長(zhǎng)度L=4~5ΦD

傳感器的長(zhǎng)度L選取值為0.5~0.7米長(zhǎng),細(xì)直徑的短些,粗直徑的長(zhǎng)些。在這樣長(zhǎng)度下,工程實(shí)際運(yùn)用時(shí),即使用焊接(接觸焊、電弧焊)方法和實(shí)測(cè)鋼筋連接,也不會(huì)因熱傳導(dǎo)的溫升,影響傳感器的電氣性能。

保護(hù)罩的作用是為灌注環(huán)養(yǎng)樹(shù)脂及保護(hù)應(yīng)變片和引出線不受機(jī)機(jī)械損傷之用。研制時(shí)用硬鋁材料,成本高些,大量生產(chǎn)時(shí)可用薄壁鐵管制成,經(jīng)防腐處理即可。

傳感體的應(yīng)力δ按2200~2400公斤/厘米2設(shè)計(jì),彈性模量取E—=2.0x106公斤/厘米2。鋼筋的應(yīng)變?yōu)?/span>

由于應(yīng)變電橋采用全橋,貼片方式用二片縱向應(yīng)變片(工作片),二片橫向片(補(bǔ)償片)。傳感器在儀器上的讀出應(yīng)變e讀為

  e讀=2(1+μ)e              μ=泊桑比   取值0.25

  =2(1+0.25) ×1200

  =2700μe

 

    三、工藝處理

1)     傳感體時(shí)效處理

為消除鋼材軋制、機(jī)械加工引起的內(nèi)應(yīng)力和提高彈性體力學(xué)性能,將加工好的傳感體放入烘箱內(nèi),在案180℃~200℃下時(shí)效處理6~8小時(shí)。

時(shí)效處理后,用200~300號(hào)金相砂紙按45O方向交叉打磨,經(jīng)清洗干凈后保存,以備粘貼應(yīng)變片之用。

2)     應(yīng)變片的處理和選擇

應(yīng)變片采用材3×5毫米規(guī)格的箔式應(yīng)變片,基底是聚乙烯醇縮甲乙醛。購(gòu)入的應(yīng)變片按電阻值分選后放入烘箱在165℃~175℃固化處理4~6小時(shí)。這是因?yàn)椋?gòu)入的應(yīng)變計(jì)一般基底固化不充分、阻值不穩(wěn)。經(jīng)予固化處理后膠膜和阻值都穩(wěn)定下來(lái)了。

用10~40倍放大鏡或顯微鏡選擇應(yīng)變片,去除柵絲不勻,焊點(diǎn)不良,外觀不佳的應(yīng)變片。

用精度1/1000的電橋或數(shù)字歐姆表,選擇應(yīng)變片阻值,使每四片為一組的應(yīng)變片阻值,zui大差值不超過(guò)±0.05歐姆。選出的應(yīng)變片按阻值編號(hào),分組包裝保存,以備貼片。

3)     貼片及工藝處理

塗底膠,傳感體經(jīng)加溫40℃~50℃后,迅速用毛刷淋掛方法塗1~2層聚乙烯醇縮甲乙醛底膠,在20℃~25℃室溫下干燥半小時(shí),確認(rèn)膠膜均勻無(wú)氣泡后,送入烘箱按以下工藝固化處理:

   80℃±5℃         保溫1小時(shí)

   120℃±5℃        保溫2小時(shí)

   170℃±2℃        保溫2~3小時(shí)

烘箱內(nèi)斷電自然冷卻到60℃以下即可取出。

貼片:在傳感體中部貼片,四片應(yīng)變片相對(duì)位置可用滌綸膠帶法固定之,如圖2所示。先在白紙上畫(huà)好應(yīng)變片粘貼位置的展開(kāi)圖,上面罩以一條滌綸膠帶,膠膜朝上。用比柵絲面積略大的聚四氟乙烯薄膜貼在膠帶相應(yīng)的粘貼位置上。將應(yīng)變片反貼(柵絲面朝下),在相應(yīng)位置上使應(yīng)變片基底的一部份(邊緣)和滌淪膠膜相粘貼,這樣應(yīng)變片相對(duì)位置不變。在應(yīng)變片基底面上均勻的塗上貼片膠。

將傳感體加熱至40℃~50℃,在中部貼片位置塗一層貼片膠(聚乙烯醇縮甲乙醛),稍晾干后,迅速將固定好應(yīng)變片的滌綸膠帶,貼在傳感體上,用手指迅速捻壓應(yīng)變片,擠出多余膠和趕出氣泡,壓勻貼牢后,外面墊以耐熱橡皮用紗布帶緊纏二層。注意在貼片中,使應(yīng)變片引出線佈勻,不得壓在應(yīng)變片底下,也不許碰斷引出線。

固化處理:將貼完應(yīng)變片的傳感體一起放入烘箱按如下工藝進(jìn)行固化處理

   80℃±5℃         保溫1小時(shí)

   120℃±5℃        保溫2小時(shí)

   170℃±2℃        保溫4小時(shí)

檢查貼片質(zhì)量:固化處理后打開(kāi)包層,外觀檢查有無(wú)斷線,焊點(diǎn)是否有損壞。用歐姆表檢查阻值,看有無(wú)超差阻值和斷柵的應(yīng)變片。

防潮處理:經(jīng)貼片和格的傳感體,把應(yīng)變片再塗一層貼片膠,按上述固化工藝處理,使應(yīng)變柵絲有良好的絕緣能力。

組橋聯(lián)線:將四芯屏蔽線按全橋電路組聯(lián)好四個(gè)應(yīng)變片,用紗線將引出線固定在傳感體上。接上應(yīng)變儀,初測(cè)初始不平衡值,凡超過(guò)應(yīng)變儀平衡范圍(按±1000μe)的,用串或并聯(lián)電阻的方法進(jìn)行初始不平衡補(bǔ)償。補(bǔ)償電阻,并聯(lián)于應(yīng)變片的,可用經(jīng)退火的錳銅絲。

塗隔離層:用凡士林、機(jī)油、石蠟混合劑塗在應(yīng)變片和引線焊點(diǎn)上,不要太厚也不要太薄。這種隔離層的目的是防止環(huán)氧灌注層的過(guò)大變形影響應(yīng)變片。

裝保護(hù)罩:灌注環(huán)氧樹(shù)脂,裝好保護(hù)罩,緊固螺絲后,灌注環(huán)氧樹(shù)脂,待固化后,用高阻表檢查絕緣,接上應(yīng)變儀檢查組橋正確性和初始不平衡值。

 

    四、技術(shù)性能檢驗(yàn)

1)     室溫下八小時(shí)內(nèi)的電橋零點(diǎn)漂移

這項(xiàng)檢驗(yàn)?zāi)康氖呛饬渴覝叵落摻顟?yīng)力計(jì)電橋零點(diǎn)穩(wěn)定性。試驗(yàn)在衡溫箱內(nèi)進(jìn)行。衡溫箱內(nèi)溫度控制在20℃±1℃。把待檢應(yīng)力計(jì)放入衡溫箱中,引線伸出箱外,接在YJ-5型應(yīng)變儀的P20R-5型平衡箱上,接通儀器半小時(shí)后,調(diào)節(jié)各點(diǎn)平衡。使衡溫箱內(nèi)溫度20℃±1℃穩(wěn)定一小時(shí)后,再次調(diào)節(jié)各點(diǎn)平衡。八小時(shí)后記錄各測(cè)點(diǎn)讀數(shù)即為八小時(shí)內(nèi)的電橋零點(diǎn)漂移值。試驗(yàn)結(jié)果如表1所

按照八小時(shí)漂移值不超過(guò)滿量程輸出的0﹒5%為合格指標(biāo),研制的十四個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)除兩個(gè)不合格外,其余都合格,即合格率為非作歹85%。

從表1的試驗(yàn)結(jié)果還可以看出,時(shí)間漂移值z(mì)ui小的為

0﹒03%/8小時(shí),性能極其穩(wěn)定。十四個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)中有78%(11個(gè))可以達(dá)到小于0﹒2%/8小時(shí)的指標(biāo)。所以研制的鋼筋應(yīng)力計(jì)短期內(nèi)時(shí)間穩(wěn)定性是可以保證的。長(zhǎng)期(1000小時(shí)以上)穩(wěn)定性要通過(guò)長(zhǎng)期持荷試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

2)     溫度對(duì)電橋零點(diǎn)影響

本檢驗(yàn)的目的是衡量溫度變化對(duì)鋼筋應(yīng)力計(jì)電橋零點(diǎn)影響的穩(wěn)定性。這是一項(xiàng)重要的檢驗(yàn)。因?yàn)殇摻顟?yīng)力計(jì)在工程長(zhǎng)期應(yīng)用時(shí),因季節(jié)溫度變化對(duì)應(yīng)力計(jì)究竟有多大影響,是長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。試驗(yàn)仍在恒溫箱內(nèi)進(jìn)行(應(yīng)力計(jì)無(wú)負(fù)荷),溫度變化范圍是

15℃~50℃,每升溫5℃,恒溫20分鐘后記錄各應(yīng)力計(jì)輸出值。檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。   

按照研制任務(wù)要求,鋼筋應(yīng)力計(jì)溫度穩(wěn)定性用溫度對(duì)電橋零點(diǎn)影響來(lái)表示,其指標(biāo)是:溫度每變化1℃,電橋零點(diǎn)變化小于滿量程輸出的0﹒1%。從表2的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,符合這一指標(biāo)要求的有12個(gè),占研制量14個(gè)的85%。其中的一個(gè)為0﹒008%/e(第11號(hào))。有50%以上都能達(dá)到0﹒05%/℃的指標(biāo),所以鋼筋應(yīng)力計(jì)的溫度穩(wěn)定性也是能保證的。

由于試驗(yàn)條件所限,負(fù)溫穩(wěn)定性沒(méi)有做,不過(guò),從箔式應(yīng)變片長(zhǎng)溫工作范圍為:-10℃~+70℃,一般室外環(huán)鏡條件,可以保證其工作穩(wěn)定性。有條件情況下今后要補(bǔ)做鋼筋應(yīng)力計(jì)負(fù)溫試驗(yàn)。

3)     靜態(tài)標(biāo)定

鋼筋應(yīng)力計(jì)在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定,用YZ-5型應(yīng)變儀記錄各應(yīng)力計(jì)輸出值,通過(guò)靜態(tài)標(biāo)定可以給出各應(yīng)力計(jì),在不同載荷下的應(yīng)變輸出值,以供實(shí)測(cè)換算,靜態(tài)標(biāo)定時(shí),按額定應(yīng)力值分10~12級(jí)載荷加載。加載速度為每級(jí)1~1.5分鐘,每級(jí)恒載20~30秒。按三個(gè)加載循環(huán)記錄數(shù)據(jù)。各應(yīng)力計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

按照表3—1至表3—2的實(shí)測(cè)結(jié)果,以滿量程輸出計(jì)算的非線性誤差,zui小的為0﹒08%,zui大的為0﹒36%,一般都能做到小于0﹒20%。由于靜標(biāo)定用的YJ—5型靜態(tài)應(yīng)變儀,基本誤差(即精度)為2%,所以,以它為量測(cè)儀表的鋼筋應(yīng)力計(jì)的精度只能為±2%。

由于應(yīng)變片式傳感器的線性精度比較高,因此可用線性插入法根據(jù)有限的標(biāo)定點(diǎn)數(shù)值去計(jì)算額定量程內(nèi),任何輸出值(微應(yīng)變)對(duì)應(yīng)的鋼筋應(yīng)力值或荷載值。

五、使用方法

鋼筋應(yīng)力計(jì)實(shí)際上是鋼筋拉力計(jì),即可測(cè)量應(yīng)力,又可測(cè)量荷載(拉力或壓力)。為便于制作,保證技術(shù)性能,應(yīng)力計(jì)的長(zhǎng)度一般取有效直徑d的20~30倍。應(yīng)力計(jì)制成后,經(jīng)過(guò)各項(xiàng)技術(shù)性能檢驗(yàn)合格后,即可用到工程上,使用方法如下:

 

1、鋼筋應(yīng)力計(jì)埋設(shè)和連接

根據(jù)實(shí)際鋼筋額定或zui大應(yīng)力值選擇適用規(guī)格的鋼筋應(yīng)力計(jì),可用螺紋、焊接(接觸對(duì)焊和電弧焊)和實(shí)策測(cè)鋼筋連接。當(dāng)用焊接方法連接時(shí),注意傳感體部分的溫升不得超過(guò)70℃,如果過(guò)熱,損壞環(huán)氧防潮層,破壞絕緣性能。物流軟件為此,允許用風(fēng)冷、水冷方法降溫。

鋼筋應(yīng)力計(jì)的引出導(dǎo)線一般為1000毫米長(zhǎng),工程施工前,如果導(dǎo)線不夠長(zhǎng),可以用規(guī)格(SBVVP—4×16/0﹒15)電纜連接。特別要注意連接頭的防潮和絕緣性能。

鋼筋應(yīng)力計(jì)連接完畢,導(dǎo)線家長(zhǎng)封好絕緣后,在導(dǎo)線引出端,用高阻絕緣表測(cè)量,芯線和地之間的絕緣電阻要大于100兆歐姆以上。電橋?qū)蔷€阻抗相等并等于額定阻值。

2、測(cè)量?jī)x表。本鋼筋應(yīng)力計(jì)可以用普通靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀做測(cè)量?jī)x表。也可以使用其他類(lèi)型的儀器儀表。如:直流電子電位差計(jì),數(shù)學(xué)電子秤等。

3、使用注意事項(xiàng):鋼筋應(yīng)力計(jì)多用于鋼筋混凝土內(nèi)部的應(yīng)力測(cè)量,因此進(jìn)入構(gòu)件后,澆灌混凝土?xí)r,不得損壞導(dǎo)線,也不得使傳感體承受過(guò)大的彎曲應(yīng)力,以防局部過(guò)負(fù)荷和破壞絕緣層

六、結(jié)論

研制的鋼筋計(jì),是一種簡(jiǎn)易型應(yīng)變片式的傳感器,為降低成本便于推廣使用,在保證技術(shù)性能的情況下,簡(jiǎn)化了機(jī)械和電氣制造工藝。從技術(shù)性能的測(cè)試和檢驗(yàn)來(lái)看,技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了研制要求。