8D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件

千斤頂?shù)墓ぷ髟砑皹硕?、管道摩阻測試王軍文

石家莊鐵道學院巖土與結構實驗中心

聯(lián)系電話13931895860

E-mail:wjunwen2901@163.com

2008年09月千斤頂?shù)墓ぷ髟砑皹硕?、管道摩阻測試王軍文

石家莊鐵道學院巖18D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件2

橋梁工程中施加預應力所用的機具設備通常稱為張拉設備。常用的張拉設備由油壓千斤頂和配套的高壓油泵、壓力表及外接油管組成。液壓千斤頂按其構造可分為臺式（普通油壓千斤頂）、穿心式、錐錨式和拉桿式。工地上比較常見的張拉千斤頂一般為穿心結構，其主要結構包括張拉外套、活塞、油室。千斤頂在張拉時，將其抵住工作錨具，將工作錨具安裝在活塞前端，并安裝工作、工具夾片，通過張拉油泵向進油嘴進油，在高壓油的推動作用下，使活塞向前運動，在工具錨作用下，帶動鋼束向前運動，實現(xiàn)鋼束的張拉。油室內(nèi)油壓的大小通過張拉油泵上的油表讀出。一、張拉千斤頂?shù)墓ぷ髟?/p>

橋梁工程中施加預應力所用的機具設備通常稱為張拉設備。常3（一）YC-60型穿心式千斤頂工作原理

穿心式千斤頂是利用雙液壓缸張拉預應力筋和頂壓錨具的雙作用千斤頂。穿心式千斤頂適用于張拉帶JM型錨具、XM形錨具的鋼筋，配上撐腳與拉桿后，也可作為拉桿式千斤頂張拉帶螺母錨具和鐓頭錨具的預應力筋。下圖為JM型錨具和YC-60型千斤頂?shù)陌惭b示意圖。系列產(chǎn)品有YC20D，YC60與YC120型千斤頂。YC60型千斤頂主要由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞、穿心套、保護套、端蓋堵頭、連接套、撐套、回彈彈簧和動、靜密封圈等組成。該千斤頂具有雙作用，即張拉與頂錨兩個作用。（一）YC-60型穿心式千斤頂工作原理穿心式千斤頂是利4圖1YC-60型千斤頂具和JM型錨的安裝

1—工作錨；2—YC-60型千斤頂；3—工具錨；4—預應力筋束圖1YC-60型千斤頂具和JM型錨的安裝

1—工作錨；25其工作原理是：張拉預應力筋時，張拉缸油嘴進油、頂壓缸油嘴回油，頂壓油缸、連接套和撐套連成一體右移頂住錨環(huán)；張拉油缸、端蓋螺母及堵頭和穿心套連成一體帶動工具錨左移張拉預應力筋；頂壓錨固時，在保持張拉力穩(wěn)定的條件下，頂壓缸油嘴進油，頂壓活塞、保護套和頂壓頭連成一體右移將夾片強力頂入錨環(huán)內(nèi)；此時張拉缸油嘴回油、頂壓缸油嘴進油、張拉缸液壓回程。最后，張拉缸、頂壓缸油嘴同時回油，頂壓活塞在彈簧力作用下回程復位。大跨度結構、長鋼絲束等引伸量大者，用穿心式千斤頂為宜。

工作原理演示其工作原理是：張拉預應力筋時，張拉缸油嘴進油、頂壓缸油嘴回油6圖2YC60型千斤頂a）構造與工作原理；b）加撐腳后的外貌

1一張拉油缸；2—頂壓油缸（張拉活塞）；3—頂壓活塞；4—彈簧；5—預應力筋；6—工具錨；7—螺帽；8—錨環(huán)；9—構件；10—撐腳；11一張拉桿；12—連接器；13—張拉工作油室；14—頂壓工作油室；15—張拉回程油室；16—張拉缸油嘴；17一頂壓缸油嘴；18—油孔圖2YC60型千斤頂7（二）錐錨式千斤頂

錐錨式千斤頂是具有張拉、頂錨和退楔功能三作用的千斤頂，用于張拉帶錐形錨具的鋼絲束。系列產(chǎn)品有：YZ38，YZ60和YZ85型千斤頂。錐錨式千斤頂由張拉油缸、頂壓油缸、退楔裝置、楔形卡環(huán)、退楔翼片等組成如圖所示。其工作原理是當張拉油缸進油時，張拉缸被壓移，使固定在其上的鋼筋被張拉。鋼筋張拉后，改由頂壓油缸進油，隨即由副缸活塞將錨塞頂人錨圈中。張拉缸、頂壓缸同時回油，則在彈簧力的作用下復位。

工作原理演示（二）錐錨式千斤頂工作原理演示8圖3錐錨式千斤頂1-張拉油缸；2-頂壓油缸（張拉活塞）；3-頂壓活塞；4-彈簧；

5-預應力筋；6-楔塊；7-對中套；8-錨塞；9-錨環(huán)；10-構件圖3錐錨式千斤頂9（三）拉桿式千斤頂

拉桿式千斤頂用于螺母錨具、錐形螺桿錨具、鋼絲鐓頭錨具等。它由主油缸、主缸活塞、回油缸、回油活塞、連接器、傳力架、活塞拉桿等組成。圖4拉桿式千斤頂1一主油缸；2—主缸活塞；3一進油孔；4一回油缸；5一回油活塞；

6—回油孔；7—連接器；8—傳力架；9—拉桿；10—螺母；

11一預應力筋；12一混凝土構件；13—預埋鐵板；14—螺絲端桿

（三）拉桿式千斤頂拉桿式千斤頂用于螺母錨具、錐形螺桿錨具、10目前常用的一種千斤頂是YL60型拉桿式千斤頂。另外,還生產(chǎn)YL400型和YL500型千斤頂，其張拉力分別為4000kN和5000kN，主要用于張拉力較大的鋼筋張拉。

工作原理:張拉前，先將連接器旋在預應力的螺絲端桿上，相互連接牢固。千斤頂由傳力架支承在構件端部的鋼板上。張拉時，高壓油進入主油缸、推動主缸活塞及拉桿，通過連接器和螺絲端桿，預應力筋被拉伸。千斤頂拉力的大小可由油泵壓力表的讀數(shù)直接顯示。當張拉力達到規(guī)定值時，擰緊螺絲端桿上的螺母，此時張拉完成的預應力筋被錨固在構件的端部。錨固后回油缸進油，推動回油活塞工作，千斤頂脫離構件，主缸活塞、拉桿和連接器回到原始位置。最后將連接器從螺絲端桿上卸掉，卸下千斤頂，張拉結束。工作原理演示目前常用的一種千斤頂是YL60型拉桿式千斤頂。另外,還生產(chǎn)Y11二、張拉千斤頂?shù)男ｒ?．千斤頂進行校驗的原因由于每臺千斤頂液壓配合面實際尺寸和表面粗糙度不同，密封圈和防塵圈松緊程度不同，造成千斤頂內(nèi)摩阻力不同，而且要隨油壓高低和使用時間變化而改變。千斤頂能夠張拉鋼束的原因是千斤頂?shù)幕钊诟邏河偷淖饔孟聨愉撌扉L，高壓油的油壓大小通過張拉油泵的油表讀數(shù)得到，活塞為受力簡圖見圖所示。從圖中發(fā)現(xiàn)，由于活塞和千斤頂鋼套之間存在摩擦力，油室內(nèi)油壓大小和作用于鋼束的力是不相等的。二、張拉千斤頂?shù)男ｒ?．千斤頂進行校驗的原因12

如張拉油缸的面積為A，有活塞力的平衡：

可見，油表上的讀數(shù)大于實際作用于鋼束上的力，為準確控制作用于鋼束上的力，按鐵路橋規(guī)要求，在張拉鋼束前，必須對千斤頂進行標定，即得到張拉油表讀數(shù)和作用于鋼束上張拉力間的線性回歸方程。摩擦力f千斤頂活塞受力簡圖油壓σ

作用于鋼束的張拉力N如張拉油缸的面積為A，有活塞力的平衡：摩擦力f千斤頂活塞132.什么情況下應該對張拉千斤頂進行校驗（1）新千斤頂初次使用前；（2）油壓表指針不能退回零點時；（3）千斤頂、油壓表和油管進行過更換或維修后；（4）當千斤頂使用超過6個月或張拉超過200次以上，客運專線規(guī)定千斤頂標定周期為一個月，油壓表標定周期為一周；（5）在使用過程中出現(xiàn)其他不正?，F(xiàn)象。2.什么情況下應該對張拉千斤頂進行校驗143．千斤頂校驗的方法校驗應在經(jīng)主管部門授權的法定計量技術機構進行。（1）校驗用的標準儀器的精度不得低于1%，壓力表的精度不宜低于1.5級，最大量程不宜小于設備額定張拉力的1.3倍，校驗時，千斤頂活塞運行方向應與實際張拉工作狀態(tài)一致。（2）千斤頂?shù)男ｒ灴梢愿鶕?jù)現(xiàn)場實際情況，采用壓力機、已經(jīng)標定的傳感器進行標定；（3）標定時應將油壓表、千斤頂?shù)扰涮讟硕ǎ唬?）在標定千斤頂時，應注意千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)和實際相同，即讓千斤頂頂壓力機，不能讓壓力機壓千斤頂?shù)幕钊?．千斤頂校驗的方法15（5）配套校正時，分級校正的噸位不得超過最大控制荷載的10%；（6）千斤頂?shù)男Ｕ禂?shù)不得大于1.05；何為千斤頂校正系數(shù)？

注意：1.05是平均值，有效活塞面積是求出的A值。校正系數(shù)肯定大于1.0，如果結果小于1.0，說明標定結果有問題。（5）配套校正時，分級校正的噸位不得超過最大控制荷載的10%161、用長柱壓力試驗機校驗

壓力試驗機的精度不得低于±2%。校驗時，應采取被動校驗法，即在校驗時用千斤頂頂試驗機，這樣活塞運行方向、摩阻力的方向與實際工作時相同，校驗比較準確。在進行被動校驗時，壓力機本身也有摩阻力，并且與正常使用時相反，所以，試驗機表盤讀數(shù)反映的也不是千斤頂?shù)膶嶋H作用力。因此用被動法校驗千斤頂時，必須事先用具有足夠噸位的標準測力計對試驗機進行被動標定，以確定試驗機的表盤讀數(shù)值。標定后在校驗千斤頂時，就可以從試驗機表盤上直接讀出千斤頂?shù)膶嶋H作用力以及油壓表的準確讀數(shù)。用壓力試驗機校驗的步驟如下：

三、張拉千斤頂?shù)男ｒ灧椒?、用長柱壓力試驗機校驗三、張拉千斤頂?shù)男ｒ灧椒?7①千斤頂就位當校驗穿心式千斤頂時，將千斤頂放在試驗機臺面上，千斤頂活塞面或撐套與試驗機壓板緊密接觸，并使千斤頂與試驗機的受力中心線重合。②校驗千斤頂開動油泵，千斤頂進油，使活塞上升，頂試驗機壓板。在千斤頂頂試驗機且使荷載平緩增加的過程中，自零位到最大噸位，將試驗機被動標定的結果逐點標記到千斤頂?shù)挠蛪罕砩希瑯硕c應均勻分布在整個測量范圍內(nèi)，且不少于5點。當采用最小二乘法回歸分析千斤頂?shù)臉硕ㄔ囼灂r需要10~20點。各標定點重復標定3次，取平均值，并且只測讀進程，不測讀回程。a)校驗穿心式千斤頂；b)校驗拉桿式千斤頂1—試驗機上、下壓板；2—拉伸機；3—無縫鋼管圖5用壓力試驗機校驗拉伸機①千斤頂就位a)校驗穿心式千斤頂；b)校驗拉桿式千斤頂18③對千斤頂校驗數(shù)值采用下表記錄，并可根據(jù)校驗曲線供預應力筋張拉時使用，也可采用最小二乘法求出千斤頂?shù)慕?jīng)驗公式，供預應力筋張拉時使用。表1張拉設備校驗記錄表③對千斤頂校驗數(shù)值采用下表記錄，并可根據(jù)校驗曲線供預應力筋張192、用標準測力計校驗

用水銀壓力計、測力環(huán)、彈簧拉力計等標準測力計檢驗千斤頂，是一種簡便可靠的方法。校驗穿心式千斤頂時裝置如圖6。校驗時，開動油泵，千斤頂進油，活塞桿推出，頂測力計。當測力計達到一定噸位T1時，立即讀出千斤頂油壓表相應的讀數(shù)P1，同樣可得T2、P2；T3、P3；……，此時T1、T2、T3、……,即為相應于壓力表讀數(shù)為P1、P2、P3……時的實際作用力。將測得的各值繪成曲線。實際使用時。即可由此曲線找出要求的T值和相應的P值。1—標準測力計；2—千斤頂；3—框架圖6.標準測力計校驗千斤頂裝置2、用標準測力計校驗1—標準測力計；2—千斤頂；3—框架20

此外，也可采用雙千斤頂臥放對頂并在其連接處裝標準測力計進行標定，見圖7。千斤頂A進油，B關閉時，讀出兩組數(shù)據(jù)：①N－Pa主動關系，供張拉預應力筋時確定張拉端拉力用；②N－Pb被動關系，供測試孔道摩阻損失時確定固定端拉力用。反之，可得N－Pb主動關系，N－Pa被動關系。1—千斤頂A；2—千斤頂B；3—拉桿；4—測力計圖7千斤頂臥放對頂標定此外，也可采用雙千斤頂臥放對頂并在其連接處裝標準測力213．用電測傳感器校驗a)校驗拉桿式千斤頂；b)校驗穿心式千斤頂1—螺母；2—墊板；3—傳感器；4—橫梁；5—張拉桿；6—千斤頂圖8用傳感器校驗千斤頂裝置

傳感器是在金屬彈性元件表面貼上電阻應變片所組成的一個測力裝置。當金屬元件受外力作用變形后，電阻片也相應變形而改變其電阻值。改變的電阻值通過電阻應變儀測定出來，即可從預先標定的數(shù)據(jù)中查出外力的大小。將此數(shù)據(jù)再標定到千斤頂油表上，即可用以進行作用力的控制。電測傳感器校驗千斤頂?shù)难b置如圖8。橫梁與傳感器間應設置可轉(zhuǎn)動的球鉸，橫梁宜設球座。3．用電測傳感器校驗a)校驗拉桿式千斤頂；b)校驗穿心式千斤224、檢驗結果的回歸計算千斤頂?shù)淖饔昧和油缸的油壓P的關系是線性關系，考慮活塞和油缸之間的摩阻力后，它們的關系可以表示為：可以利用千斤頂檢驗測得的作用力和油壓、、……，對上式式進行線性回歸，利用最小二乘法原理求上式的回歸值：4、檢驗結果的回歸計算千斤頂?shù)淖饔昧和油缸的油壓P235、注意問題（1）施加預應力所用的張拉設備及儀表應由專人使用和管理，并應定期維護和校驗，以提高施加預應力時張拉力的控制精度。（2）千斤頂與壓力表應配套檢驗、配套使用，即在使用時嚴格按照標定報告上注明的油泵號、油表號和千斤頂號配套安裝成張拉系統(tǒng)使用。5、注意問題246、《鐵路橋涵施工規(guī)范》中預應力設備選用及校正應符合下列規(guī)定：（1）張拉千斤頂在整拉整放工藝和單拉整放工藝中，單束初調(diào)及張拉宜采用穿心式雙作用千斤頂。整體張拉和整體放張宜采用自鎖式千斤頂，張拉噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍，張拉千斤頂在張拉前必須經(jīng)過校正，校正系數(shù)不得大于1.05。校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業(yè)，拆修更換配件的張拉千斤頂必須重新校正。（2）壓力表應選用防振型，表面最大讀數(shù)應為張拉力的1.5~2.0倍，精度不應低于1.0級，校正有效期為一周。當用0.4級時，校正有效期為一個月。壓力表發(fā)生故障后必須重新校正。6、《鐵路橋涵施工規(guī)范》中預應力設備選用及校正應符合下列規(guī)定25（3）油泵的油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油壓數(shù)宜為使用油壓數(shù)的1.4倍。（4）油泵、壓力表應與張拉千斤頂配套使用。預應力設備應建立臺賬及卡片并定期檢查。(5)獲得油壓表量值傳遞權的企業(yè),應對壓力校準儀(或活塞壓力計)及母表進行周期檢定、定期校準、比對試驗、并應在使用前校核，隨時注意是否發(fā)生故障或異常。（3）油泵的油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油26四、管道摩阻測試原理及方法1、引言2、管道摩阻測試原理與方法

1)測試原理 2)測試方法3)摩阻參數(shù)識別4)摩阻測試實例5)測試經(jīng)驗與體會四、管道摩阻測試原理及方法1、引言271、引言

預應力摩阻測試包括錨口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分?！犊瓦\專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》（鐵科技函[2004]120號）規(guī)定：試生產(chǎn)期間應至少進行2件瞬時損失測試，正常生產(chǎn)后每100件進行一次測試。摩阻測試的主要目的：1）可以檢驗設計所取計算參數(shù)是否正確，防止計算預應力損失偏小，給結構帶來安全隱患；2）為在施工提供可靠依據(jù)，以便更準確地確定張拉控制應力和力筋伸長量；3）可檢驗管道及張拉工藝的施工質(zhì)量；4）通過大量現(xiàn)場測試，在統(tǒng)計的基礎上，為規(guī)范的修改提供科學依據(jù)。1、引言282、管道摩阻測試原理與方法

1)測試原理

管道摩阻損失包括因曲線管道產(chǎn)生的摩擦阻力和直線管道的管道偏差產(chǎn)生的摩阻，分別用管道摩阻系數(shù)μ和管道偏差系數(shù)k來表征。曲線管道的摩阻力如圖1所示，取一微弧段dx進行分析，R1為微弧段的半徑，作用于管道上的徑向壓力N1為：

設力筋與管道之間的摩擦系數(shù)為μ，則

（1）2、管道摩阻測試原理與方法29圖1曲線管道摩阻力圖圖2管道偏差摩阻力圖

管道偏差產(chǎn)生的摩阻力如圖2所示，假設管道偏差產(chǎn)生一個平均半徑為R2的起伏，同樣取一微弧段dx進行分析，有，同時令得：（2）綜合式(1)和式(2)得管道的摩阻損失為：圖1曲線管道摩阻力圖圖2管道偏差摩阻力圖管道30式中，c由邊界條件確定，令θ=0，x=0，此時的P為未發(fā)生摩阻損失的張拉力，用P0表示，則從而得到離張拉端為x處的管道摩阻力為：（3）預應力筋曲線包角的計算表達式為：式中，α為力筋束在豎平面內(nèi)的彎起角，θ為力筋束水平面內(nèi)彎起角。（4）式中，c由邊界條件確定，令θ=0，x=0，此時的P為未發(fā)生312)測試方法A）主被動千斤頂法（常規(guī)測試方法）

該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。a）由于千斤頂內(nèi)部存在摩擦阻力，雖然主被動端交替測試可消除大部分影響，但仍存在一定的影響；b）千斤頂主動和被動張拉的油表讀數(shù)是不同的，需要在測試前進行現(xiàn)場標定被動張拉曲線；c）在測試工藝上，力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度不足，使得力筋和喇叭口有接觸，產(chǎn)生一定的摩擦阻力，也使得測試數(shù)據(jù)包含了該部分的影響。2)測試方法32B）壓力傳感器測試法

該方法使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力，不再使用千斤頂油表讀取數(shù)據(jù)的方法。為保證所測數(shù)據(jù)準確反映管道部分的摩阻影響，在傳感器外采用約束墊板的測試工藝，其測試裝置如圖3所示。圖3管道摩阻測試裝置B）壓力傳感器測試法圖3管道摩阻測試裝置33該測試方法與常規(guī)測試方法比較主要特點如下：(1)測試原理正確：圖中約束墊板的圓孔直徑與管道直徑基本相等，如此可使力筋以直線形式穿過喇叭口和壓力傳感器，力筋與二者沒有接觸，所測數(shù)據(jù)僅包括管道摩阻力，保證了管道摩阻損失測試的正確性。而常規(guī)測試中所測摩阻力包括了喇叭口的摩阻力，測試原理上存在缺陷。(2)數(shù)據(jù)準確可靠：采用穿心式壓力傳感器提高了測試數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，不受張拉千斤頂?shù)挠绊憽?3)安裝簡單，拆卸方便：實測中僅使用一個千斤頂，被動端不再安裝千斤頂，使得測試安裝工作量大為減小。實測時預先將千斤頂油缸略加頂出，以便拆卸張拉端夾片；被動端夾片的拆卸待張拉千斤頂回油后，搖晃力筋即可拆卸夾片。(4)力筋可正常使用：從喇叭口到壓力傳感器外端，力筋與二者沒有接觸，不會對這部分力筋造成損傷，即兩個工作錨之間的力筋沒有損傷，可以正常使用。該測試方法與常規(guī)測試方法比較主要特點如下：343)摩阻參數(shù)識別采用式(3)的模型來識別整孔梁的管道摩阻系數(shù)時，令并改寫式(3)為：

在已知θ、x和ξ時，需要進行識別的管道摩阻參數(shù)為μ值和k值。理論上僅需要兩組試驗數(shù)據(jù)就可以確定，但是實際的測試試驗中的誤差是不可避免的，利用實測結果，上式中的右邊應為一個誤差量△i與之對應，即

為減小誤差進行多次測試試驗，對多組試驗數(shù)據(jù)采用線性最小二乘法來進行摩阻系數(shù)的參數(shù)識別。根據(jù)最小二乘的極值原理，對于同一工地的同一成孔方法和同一材質(zhì)的孔道，存在一組μ值和k值使得式(5)中的誤差△i的平方和最小，即使得：（5）最小3)摩阻參數(shù)識別采用式(3)的模型來識別整孔梁的管道摩阻系數(shù)35此時應有：（7）（6）此時應有：（7）（6）364)摩阻測試實例

合武客運專線后張法預應力混凝土組合箱梁梁長為32.6m，梁高2.8m。該梁采用在梁廠預制，梁體管道采用橡膠管抽芯成型。

將表1中數(shù)據(jù)代入式(7)，得到聯(lián)立方程如下：

4)摩阻測試實例合武客運專線后張法預應力混凝土組37將表2中數(shù)據(jù)代入式(7)，得到聯(lián)立方程如下：

將表2中數(shù)據(jù)代入式(7)，得到聯(lián)立方程如下：38兩片梁的平均值和。規(guī)范規(guī)定的和，實測的k值比規(guī)范值大，其原因是管道定位稍有些偏差。兩片梁的平均值和39(1)測試試驗過程中應均勻連續(xù)地張拉預應力筋，中途不宜停止，防止預應力筋回縮引起的誤差。(2)測試的張拉力應盡量達到設計張拉力。(3)測試采用的力傳感器需要經(jīng)過標定，以減少測試誤差。(4)傳感器以及千斤頂安裝時應確保其中軸線與預應力筋的中軸線重合。(5)如果千斤頂?shù)男谐滩蛔銜r，為避免重復倒頂引起預應力鋼筋回縮造成的誤差，可以采取兩種方法進行解決。一種是在固定端另外安設1臺千斤頂，測試前利用該千斤頂將預應力筋張拉到一定的荷載后鎖緊該千斤頂?shù)挠烷y，從另一張拉端開始張拉測試。另一種方法是張拉端采用2臺千斤頂串聯(lián)后同時張拉。(6)隨著對同一管道的測試次數(shù)的增加，管道摩阻系數(shù)略有所降低，主要是預應力筋在管道中多次摩擦使得二者之間的接觸面逐漸光滑引起的。(7)實際施工中應避免力筋和管道的銹蝕等，避免增大其摩阻系數(shù)等。5)測試經(jīng)驗與體會(1)測試試驗過程中應均勻連續(xù)地張拉預應力筋，中途不宜停止，408D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件418D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件428D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件438D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件448D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件458D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件468D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件478D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件488D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件49石家莊鐵道學院土木工程分院結構實驗室概況

結構實驗室成立于1986年，是學院橋梁工程、隧道工程、道路與鐵道工程、工業(yè)與民用建筑等土建專業(yè)科研與教學實驗的主要基地。實驗室具有裝備精良的橋梁檢定、現(xiàn)場試驗和施工監(jiān)控儀器設備以及舊橋評估測試設備。在科研、設計、監(jiān)理、施工監(jiān)控、現(xiàn)場試驗、工程質(zhì)量檢驗、舊橋狀態(tài)及壽命評估和加固、質(zhì)量事故分析等方面有相當豐富的理論和實踐經(jīng)驗，是石家莊鐵道學院橋梁隧道工程碩士學位授予點。結構實驗室現(xiàn)有建筑面積2000m2，擁有各種高精密儀器1000多臺件，設備總資產(chǎn)達1800萬元。現(xiàn)有研究人員13人（教授2人、副教授3人，講師4人，其他人員4人），在研究人員中博士3人，碩士5人，碩士研究生5名。經(jīng)過全體實驗人員十幾年的艱苦努力，現(xiàn)在結構實驗室已能夠進行：1）混凝土橋和鋼梁橋及模型結構的靜力、動力性能試驗和技術咨詢；2）各種大型橋梁結構的施工監(jiān)控和運營期間的健康監(jiān)測；3）各種新、舊橋梁結構的評估與加固；4）樁基檢測；5）預應力孔道摩阻測試；6）軌道、道床等現(xiàn)場試驗與測試；7）結構振動、沖擊及疲勞試驗等等。可為有關土建行業(yè)的企、事業(yè)單位的科研、設計及施工現(xiàn)場提供強有力的支持和服務。具有國家計量認證CMA檢測資質(zhì)。聯(lián)系人：王軍文劉志勇聯(lián)系電話：0311-879364360311-87935556手機：1393189586013131190722E-mail：wjunwen2901@163.comliuzhiyong_1969@163.com石家莊鐵道學院土木工程分院結構實驗室概況聯(lián)系人：王軍508D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件518D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件528D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件538D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件548D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件55千斤頂?shù)墓ぷ髟砑皹硕?、管道摩阻測試王軍文

石家莊鐵道學院巖土與結構實驗中心

聯(lián)系電話13931895860

E-mail:wjunwen2901@163.com

2008年09月千斤頂?shù)墓ぷ髟砑皹硕?、管道摩阻測試王軍文

石家莊鐵道學院巖568D斤頂工作原理及標定管道摩阻測試課件57

橋梁工程中施加預應力所用的機具設備通常稱為張拉設備。常用的張拉設備由油壓千斤頂和配套的高壓油泵、壓力表及外接油管組成。液壓千斤頂按其構造可分為臺式（普通油壓千斤頂）、穿心式、錐錨式和拉桿式。工地上比較常見的張拉千斤頂一般為穿心結構，其主要結構包括張拉外套、活塞、油室。千斤頂在張拉時，將其抵住工作錨具，將工作錨具安裝在活塞前端，并安裝工作、工具夾片，通過張拉油泵向進油嘴進油，在高壓油的推動作用下，使活塞向前運動，在工具錨作用下，帶動鋼束向前運動，實現(xiàn)鋼束的張拉。油室內(nèi)油壓的大小通過張拉油泵上的油表讀出。一、張拉千斤頂?shù)墓ぷ髟?/p>

橋梁工程中施加預應力所用的機具設備通常稱為張拉設備。常58（一）YC-60型穿心式千斤頂工作原理

穿心式千斤頂是利用雙液壓缸張拉預應力筋和頂壓錨具的雙作用千斤頂。穿心式千斤頂適用于張拉帶JM型錨具、XM形錨具的鋼筋，配上撐腳與拉桿后，也可作為拉桿式千斤頂張拉帶螺母錨具和鐓頭錨具的預應力筋。下圖為JM型錨具和YC-60型千斤頂?shù)陌惭b示意圖。系列產(chǎn)品有YC20D，YC60與YC120型千斤頂。YC60型千斤頂主要由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞、穿心套、保護套、端蓋堵頭、連接套、撐套、回彈彈簧和動、靜密封圈等組成。該千斤頂具有雙作用，即張拉與頂錨兩個作用。（一）YC-60型穿心式千斤頂工作原理穿心式千斤頂是利59圖1YC-60型千斤頂具和JM型錨的安裝

1—工作錨；2—YC-60型千斤頂；3—工具錨；4—預應力筋束圖1YC-60型千斤頂具和JM型錨的安裝

1—工作錨；260其工作原理是：張拉預應力筋時，張拉缸油嘴進油、頂壓缸油嘴回油，頂壓油缸、連接套和撐套連成一體右移頂住錨環(huán)；張拉油缸、端蓋螺母及堵頭和穿心套連成一體帶動工具錨左移張拉預應力筋；頂壓錨固時，在保持張拉力穩(wěn)定的條件下，頂壓缸油嘴進油，頂壓活塞、保護套和頂壓頭連成一體右移將夾片強力頂入錨環(huán)內(nèi)；此時張拉缸油嘴回油、頂壓缸油嘴進油、張拉缸液壓回程。最后，張拉缸、頂壓缸油嘴同時回油，頂壓活塞在彈簧力作用下回程復位。大跨度結構、長鋼絲束等引伸量大者，用穿心式千斤頂為宜。

工作原理演示其工作原理是：張拉預應力筋時，張拉缸油嘴進油、頂壓缸油嘴回油61圖2YC60型千斤頂a）構造與工作原理；b）加撐腳后的外貌

1一張拉油缸；2—頂壓油缸（張拉活塞）；3—頂壓活塞；4—彈簧；5—預應力筋；6—工具錨；7—螺帽；8—錨環(huán)；9—構件；10—撐腳；11一張拉桿；12—連接器；13—張拉工作油室；14—頂壓工作油室；15—張拉回程油室；16—張拉缸油嘴；17一頂壓缸油嘴；18—油孔圖2YC60型千斤頂62（二）錐錨式千斤頂

錐錨式千斤頂是具有張拉、頂錨和退楔功能三作用的千斤頂，用于張拉帶錐形錨具的鋼絲束。系列產(chǎn)品有：YZ38，YZ60和YZ85型千斤頂。錐錨式千斤頂由張拉油缸、頂壓油缸、退楔裝置、楔形卡環(huán)、退楔翼片等組成如圖所示。其工作原理是當張拉油缸進油時，張拉缸被壓移，使固定在其上的鋼筋被張拉。鋼筋張拉后，改由頂壓油缸進油，隨即由副缸活塞將錨塞頂人錨圈中。張拉缸、頂壓缸同時回油，則在彈簧力的作用下復位。

工作原理演示（二）錐錨式千斤頂工作原理演示63圖3錐錨式千斤頂1-張拉油缸；2-頂壓油缸（張拉活塞）；3-頂壓活塞；4-彈簧；

5-預應力筋；6-楔塊；7-對中套；8-錨塞；9-錨環(huán)；10-構件圖3錐錨式千斤頂64（三）拉桿式千斤頂

拉桿式千斤頂用于螺母錨具、錐形螺桿錨具、鋼絲鐓頭錨具等。它由主油缸、主缸活塞、回油缸、回油活塞、連接器、傳力架、活塞拉桿等組成。圖4拉桿式千斤頂1一主油缸；2—主缸活塞；3一進油孔；4一回油缸；5一回油活塞；

6—回油孔；7—連接器；8—傳力架；9—拉桿；10—螺母；

11一預應力筋；12一混凝土構件；13—預埋鐵板；14—螺絲端桿

（三）拉桿式千斤頂拉桿式千斤頂用于螺母錨具、錐形螺桿錨具、65目前常用的一種千斤頂是YL60型拉桿式千斤頂。另外,還生產(chǎn)YL400型和YL500型千斤頂，其張拉力分別為4000kN和5000kN，主要用于張拉力較大的鋼筋張拉。

工作原理:張拉前，先將連接器旋在預應力的螺絲端桿上，相互連接牢固。千斤頂由傳力架支承在構件端部的鋼板上。張拉時，高壓油進入主油缸、推動主缸活塞及拉桿，通過連接器和螺絲端桿，預應力筋被拉伸。千斤頂拉力的大小可由油泵壓力表的讀數(shù)直接顯示。當張拉力達到規(guī)定值時，擰緊螺絲端桿上的螺母，此時張拉完成的預應力筋被錨固在構件的端部。錨固后回油缸進油，推動回油活塞工作，千斤頂脫離構件，主缸活塞、拉桿和連接器回到原始位置。最后將連接器從螺絲端桿上卸掉，卸下千斤頂，張拉結束。工作原理演示目前常用的一種千斤頂是YL60型拉桿式千斤頂。另外,還生產(chǎn)Y66二、張拉千斤頂?shù)男ｒ?．千斤頂進行校驗的原因由于每臺千斤頂液壓配合面實際尺寸和表面粗糙度不同，密封圈和防塵圈松緊程度不同，造成千斤頂內(nèi)摩阻力不同，而且要隨油壓高低和使用時間變化而改變。千斤頂能夠張拉鋼束的原因是千斤頂?shù)幕钊诟邏河偷淖饔孟聨愉撌扉L，高壓油的油壓大小通過張拉油泵的油表讀數(shù)得到，活塞為受力簡圖見圖所示。從圖中發(fā)現(xiàn)，由于活塞和千斤頂鋼套之間存在摩擦力，油室內(nèi)油壓大小和作用于鋼束的力是不相等的。二、張拉千斤頂?shù)男ｒ?．千斤頂進行校驗的原因67

如張拉油缸的面積為A，有活塞力的平衡：

可見，油表上的讀數(shù)大于實際作用于鋼束上的力，為準確控制作用于鋼束上的力，按鐵路橋規(guī)要求，在張拉鋼束前，必須對千斤頂進行標定，即得到張拉油表讀數(shù)和作用于鋼束上張拉力間的線性回歸方程。摩擦力f千斤頂活塞受力簡圖油壓σ

作用于鋼束的張拉力N如張拉油缸的面積為A，有活塞力的平衡：摩擦力f千斤頂活塞682.什么情況下應該對張拉千斤頂進行校驗（1）新千斤頂初次使用前；（2）油壓表指針不能退回零點時；（3）千斤頂、油壓表和油管進行過更換或維修后；（4）當千斤頂使用超過6個月或張拉超過200次以上，客運專線規(guī)定千斤頂標定周期為一個月，油壓表標定周期為一周；（5）在使用過程中出現(xiàn)其他不正?，F(xiàn)象。2.什么情況下應該對張拉千斤頂進行校驗693．千斤頂校驗的方法校驗應在經(jīng)主管部門授權的法定計量技術機構進行。（1）校驗用的標準儀器的精度不得低于1%，壓力表的精度不宜低于1.5級，最大量程不宜小于設備額定張拉力的1.3倍，校驗時，千斤頂活塞運行方向應與實際張拉工作狀態(tài)一致。（2）千斤頂?shù)男ｒ灴梢愿鶕?jù)現(xiàn)場實際情況，采用壓力機、已經(jīng)標定的傳感器進行標定；（3）標定時應將油壓表、千斤頂?shù)扰涮讟硕ǎ唬?）在標定千斤頂時，應注意千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)和實際相同，即讓千斤頂頂壓力機，不能讓壓力機壓千斤頂?shù)幕钊?．千斤頂校驗的方法70（5）配套校正時，分級校正的噸位不得超過最大控制荷載的10%；（6）千斤頂?shù)男Ｕ禂?shù)不得大于1.05；何為千斤頂校正系數(shù)？

注意：1.05是平均值，有效活塞面積是求出的A值。校正系數(shù)肯定大于1.0，如果結果小于1.0，說明標定結果有問題。（5）配套校正時，分級校正的噸位不得超過最大控制荷載的10%711、用長柱壓力試驗機校驗

壓力試驗機的精度不得低于±2%。校驗時，應采取被動校驗法，即在校驗時用千斤頂頂試驗機，這樣活塞運行方向、摩阻力的方向與實際工作時相同，校驗比較準確。在進行被動校驗時，壓力機本身也有摩阻力，并且與正常使用時相反，所以，試驗機表盤讀數(shù)反映的也不是千斤頂?shù)膶嶋H作用力。因此用被動法校驗千斤頂時，必須事先用具有足夠噸位的標準測力計對試驗機進行被動標定，以確定試驗機的表盤讀數(shù)值。標定后在校驗千斤頂時，就可以從試驗機表盤上直接讀出千斤頂?shù)膶嶋H作用力以及油壓表的準確讀數(shù)。用壓力試驗機校驗的步驟如下：

三、張拉千斤頂?shù)男ｒ灧椒?、用長柱壓力試驗機校驗三、張拉千斤頂?shù)男ｒ灧椒?2①千斤頂就位當校驗穿心式千斤頂時，將千斤頂放在試驗機臺面上，千斤頂活塞面或撐套與試驗機壓板緊密接觸，并使千斤頂與試驗機的受力中心線重合。②校驗千斤頂開動油泵，千斤頂進油，使活塞上升，頂試驗機壓板。在千斤頂頂試驗機且使荷載平緩增加的過程中，自零位到最大噸位，將試驗機被動標定的結果逐點標記到千斤頂?shù)挠蛪罕砩希瑯硕c應均勻分布在整個測量范圍內(nèi)，且不少于5點。當采用最小二乘法回歸分析千斤頂?shù)臉硕ㄔ囼灂r需要10~20點。各標定點重復標定3次，取平均值，并且只測讀進程，不測讀回程。a)校驗穿心式千斤頂；b)校驗拉桿式千斤頂1—試驗機上、下壓板；2—拉伸機；3—無縫鋼管圖5用壓力試驗機校驗拉伸機①千斤頂就位a)校驗穿心式千斤頂；b)校驗拉桿式千斤頂73③對千斤頂校驗數(shù)值采用下表記錄，并可根據(jù)校驗曲線供預應力筋張拉時使用，也可采用最小二乘法求出千斤頂?shù)慕?jīng)驗公式，供預應力筋張拉時使用。表1張拉設備校驗記錄表③對千斤頂校驗數(shù)值采用下表記錄，并可根據(jù)校驗曲線供預應力筋張742、用標準測力計校驗

用水銀壓力計、測力環(huán)、彈簧拉力計等標準測力計檢驗千斤頂，是一種簡便可靠的方法。校驗穿心式千斤頂時裝置如圖6。校驗時，開動油泵，千斤頂進油，活塞桿推出，頂測力計。當測力計達到一定噸位T1時，立即讀出千斤頂油壓表相應的讀數(shù)P1，同樣可得T2、P2；T3、P3；……，此時T1、T2、T3、……,即為相應于壓力表讀數(shù)為P1、P2、P3……時的實際作用力。將測得的各值繪成曲線。實際使用時。即可由此曲線找出要求的T值和相應的P值。1—標準測力計；2—千斤頂；3—框架圖6.標準測力計校驗千斤頂裝置2、用標準測力計校驗1—標準測力計；2—千斤頂；3—框架75

此外，也可采用雙千斤頂臥放對頂并在其連接處裝標準測力計進行標定，見圖7。千斤頂A進油，B關閉時，讀出兩組數(shù)據(jù)：①N－Pa主動關系，供張拉預應力筋時確定張拉端拉力用；②N－Pb被動關系，供測試孔道摩阻損失時確定固定端拉力用。反之，可得N－Pb主動關系，N－Pa被動關系。1—千斤頂A；2—千斤頂B；3—拉桿；4—測力計圖7千斤頂臥放對頂標定此外，也可采用雙千斤頂臥放對頂并在其連接處裝標準測力763．用電測傳感器校驗a)校驗拉桿式千斤頂；b)校驗穿心式千斤頂1—螺母；2—墊板；3—傳感器；4—橫梁；5—張拉桿；6—千斤頂圖8用傳感器校驗千斤頂裝置

傳感器是在金屬彈性元件表面貼上電阻應變片所組成的一個測力裝置。當金屬元件受外力作用變形后，電阻片也相應變形而改變其電阻值。改變的電阻值通過電阻應變儀測定出來，即可從預先標定的數(shù)據(jù)中查出外力的大小。將此數(shù)據(jù)再標定到千斤頂油表上，即可用以進行作用力的控制。電測傳感器校驗千斤頂?shù)难b置如圖8。橫梁與傳感器間應設置可轉(zhuǎn)動的球鉸，橫梁宜設球座。3．用電測傳感器校驗a)校驗拉桿式千斤頂；b)校驗穿心式千斤774、檢驗結果的回歸計算千斤頂?shù)淖饔昧和油缸的油壓P的關系是線性關系，考慮活塞和油缸之間的摩阻力后，它們的關系可以表示為：可以利用千斤頂檢驗測得的作用力和油壓、、……，對上式式進行線性回歸，利用最小二乘法原理求上式的回歸值：4、檢驗結果的回歸計算千斤頂?shù)淖饔昧和油缸的油壓P785、注意問題（1）施加預應力所用的張拉設備及儀表應由專人使用和管理，并應定期維護和校驗，以提高施加預應力時張拉力的控制精度。（2）千斤頂與壓力表應配套檢驗、配套使用，即在使用時嚴格按照標定報告上注明的油泵號、油表號和千斤頂號配套安裝成張拉系統(tǒng)使用。5、注意問題796、《鐵路橋涵施工規(guī)范》中預應力設備選用及校正應符合下列規(guī)定：（1）張拉千斤頂在整拉整放工藝和單拉整放工藝中，單束初調(diào)及張拉宜采用穿心式雙作用千斤頂。整體張拉和整體放張宜采用自鎖式千斤頂，張拉噸位宜為張拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍，張拉千斤頂在張拉前必須經(jīng)過校正，校正系數(shù)不得大于1.05。校正有效期為一個月且不超過200次張拉作業(yè)，拆修更換配件的張拉千斤頂必須重新校正。（2）壓力表應選用防振型，表面最大讀數(shù)應為張拉力的1.5~2.0倍，精度不應低于1.0級，校正有效期為一周。當用0.4級時，校正有效期為一個月。壓力表發(fā)生故障后必須重新校正。6、《鐵路橋涵施工規(guī)范》中預應力設備選用及校正應符合下列規(guī)定80（3）油泵的油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油壓數(shù)宜為使用油壓數(shù)的1.4倍。（4）油泵、壓力表應與張拉千斤頂配套使用。預應力設備應建立臺賬及卡片并定期檢查。(5)獲得油壓表量值傳遞權的企業(yè),應對壓力校準儀(或活塞壓力計)及母表進行周期檢定、定期校準、比對試驗、并應在使用前校核，隨時注意是否發(fā)生故障或異常。（3）油泵的油箱容量宜為張拉千斤頂總輸油量的1.5倍，額定油81四、管道摩阻測試原理及方法1、引言2、管道摩阻測試原理與方法

1)測試原理 2)測試方法3)摩阻參數(shù)識別4)摩阻測試實例5)測試經(jīng)驗與體會四、管道摩阻測試原理及方法1、引言821、引言

預應力摩阻測試包括錨口摩阻、管道摩阻、喇叭口摩阻三部分。《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》（鐵科技函[2004]120號）規(guī)定：試生產(chǎn)期間應至少進行2件瞬時損失測試，正常生產(chǎn)后每100件進行一次測試。摩阻測試的主要目的：1）可以檢驗設計所取計算參數(shù)是否正確，防止計算預應力損失偏小，給結構帶來安全隱患；2）為在施工提供可靠依據(jù)，以便更準確地確定張拉控制應力和力筋伸長量；3）可檢驗管道及張拉工藝的施工質(zhì)量；4）通過大量現(xiàn)場測試，在統(tǒng)計的基礎上，為規(guī)范的修改提供科學依據(jù)。1、引言832、管道摩阻測試原理與方法

1)測試原理

管道摩阻損失包括因曲線管道產(chǎn)生的摩擦阻力和直線管道的管道偏差產(chǎn)生的摩阻，分別用管道摩阻系數(shù)μ和管道偏差系數(shù)k來表征。曲線管道的摩阻力如圖1所示，取一微弧段dx進行分析，R1為微弧段的半徑，作用于管道上的徑向壓力N1為：

設力筋與管道之間的摩擦系數(shù)為μ，則

（1）2、管道摩阻測試原理與方法84圖1曲線管道摩阻力圖圖2管道偏差摩阻力圖

管道偏差產(chǎn)生的摩阻力如圖2所示，假設管道偏差產(chǎn)生一個平均半徑為R2的起伏，同樣取一微弧段dx進行分析，有，同時令得：（2）綜合式(1)和式(2)得管道的摩阻損失為：圖1曲線管道摩阻力圖圖2管道偏差摩阻力圖管道85式中，c由邊界條件確定，令θ=0，x=0，此時的P為未發(fā)生摩阻損失的張拉力，用P0表示，則從而得到離張拉端為x處的管道摩阻力為：（3）預應力筋曲線包角的計算表達式為：式中，α為力筋束在豎平面內(nèi)的彎起角，θ為力筋束水平面內(nèi)彎起角。（4）式中，c由邊界條件確定，令θ=0，x=0，此時的P為未發(fā)生862)測試方法A）主被動千斤頂法（常規(guī)測試方法）

該方法主要存在測試不夠準確和測試工藝等問題。a）由于千斤頂內(nèi)部存在摩擦阻力，雖然主被動端交替測試可消除大部分影響，但仍存在一定的影響；b）千斤頂主動和被動張拉的油表讀數(shù)是不同的，需要在測試前進行現(xiàn)場標定被動張拉曲線；c）在測試工藝上，力筋從喇叭口到千斤頂張拉端的長度不足，使得力筋和喇叭口有接觸，產(chǎn)生一定的摩擦阻力，也使得測試數(shù)據(jù)包含了該部分的影響。2)測試方法87B）壓力傳感器測試法

該方法使用壓力傳感器測取張拉端和被張拉端的壓力，不再使用千斤頂油表讀取數(shù)據(jù)的方法。為保證所測數(shù)據(jù)準確反映管道部分的摩阻影響，在傳感器外采用約束墊板的測試工藝，其測試裝置如圖3所示。圖3管道摩阻測試裝置B）壓力傳感器測試法圖3管道摩阻測試裝置88該測試方法與常規(guī)測試方法比較主要特點如下：(1)測試原理正確：圖中約束墊板的圓孔直徑與管道直徑基本相等，如此可使力筋以直線形式穿過喇叭口和壓力傳感器，力筋與二者沒有接觸，所測數(shù)據(jù)僅包括管道摩阻力，保證了管道摩阻損失測試的正確性。而常規(guī)測試中所測摩阻力包括了喇叭口的摩阻力，測試原理上存在缺陷。(2)數(shù)據(jù)準確可靠：采用穿心式壓力傳感器提高了測試數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，不受張拉千斤頂?shù)挠绊憽?3)安裝簡單，拆卸方便：實測中僅使用一個千斤頂，被動端不再安裝千斤頂，使得測試安裝工作量大為減小。實測時預先將千斤頂油缸略加頂出，以便拆卸張拉端夾片；被動端夾片的拆卸待張拉千斤頂回油后，搖晃力筋即可拆卸夾片。(4)力筋可正常使用：從喇叭口到壓力傳感器外端，力筋與二者沒有接觸，不會對這部分力筋造成損傷，即兩個工作錨之間的力筋沒有損傷，可以正常使用。該測試方法與常規(guī)測試方法比較主要特點如下：893)摩阻參數(shù)識別采用式(3)的模型來識別整孔梁的管道摩阻系數(shù)時，令并改寫式(3)為：

在已知θ、x和ξ時，需要進行識別的管道摩阻參數(shù)為μ值和k值。理論上僅需要兩組試驗數(shù)據(jù)就可以確定，但是實際的測試試驗中的誤差是不可避免的，利用實測結果，上式中的右邊應為一個誤差量△i與之對應，即

為減小誤差進行