（国网天津市电力公司经济技术研究院 天津市 300171）
摘要：目前，常用的钢筋混凝土结构中钢筋应变的测量方法是通过预埋应变片，然后将其连接至应变仪来实现的。但是，预应力强度高的混凝土管桩的制作要经历张拉、离心成型、蒸压养护和脱模放张等步骤，某些步骤的条件较极端，尤其是高温蒸压等步骤更容易使应变片失效，导致测量值出现较大的误差；此外，制作过程中还要承受离心力、混凝土挤压力等作用，应变片本身也极易损坏。因此，本文主要分析和研究了其设置方法的技术原理以及相应的应用措施。
关键词：管桩钢筋；应变片；设置方法
1技术原理
桩身电阻应变片测试轴力的基本原理是通过贴在被测点处的应变片与桩体共同变形,将被测点的应变转换为应变片的电阻变化,再利用电阻应变仪测出应变片的电阻变化,并直接转换输出应变值,然后根据虎克定律计算出桩身被测点的轴力值大小。用公式可表示为:
ΔR/R= K*（ΔL/L）= Kε
式中R及ΔR为电阻及电阻的变化值,(Ψ); L及ΔL为电阻丝长度及长度的变化值,(m),当其与桩身粘贴之后,所反映的也是桩身在该点处的长度及变化值,其比值为应变ε; K为常数,称为电阻丝的灵敏系数。
2技术方案及创新点
2.1技术方案
一种管桩钢筋应变片的设置方法，所述设置方法包括以下步骤：
2.1.1制作保温板垫块：保温板垫块的主体为立方体形，在保温板垫块的边缘设置倒角；在保温板垫块表面的中部开一沿水平方向贯通的U型通槽，下部设置圆形凹槽；
2.1.2打磨钢筋笼：把管桩钢筋笼绑扎完毕后，在钢筋笼纵向的钢筋的外侧选定两个相对应的钢筋笼待贴应变片的部位，用角磨机砂轮片在钢筋笼待贴应变片的部位打磨成平面；
2.1.3安装垫块和PVC管：在两个钢筋笼上待贴应变片的部位分别安装一个保温板垫块，表面朝向钢筋笼轴心，将钢筋笼待贴应变片部位的钢筋放入保温板垫块的U型通槽中并用铁丝固定；将PVC管的两端分别插入两个保温板垫块的圆形凹槽中，并用铁丝固定；
2.1.4制作管桩：按常规的方法进行，包括入模、混凝土灌注、张拉、离心成型、蒸压养护和脱模放张在内的操作步骤；
2.1.5清除杂余：清除覆盖在保温板垫块周围的混凝土、碳化的保温板垫块和PVC管，使待贴应变片部位的钢筋裸露，并出现一延伸至管桩内壁的通孔和一凹槽；
2.1.6用酒精和丙酮反复擦拭待贴应变片部位的钢筋，确保清洁；
2.1.7安装应变片：在钢筋上待贴应变片的部位和应变片上均匀涂黏贴剂，贴合后在应变片的自由端覆盖一层聚氯乙烯薄膜，并挤出多余的气泡和胶水；
2.1.8安装引出线：将引出线的一端焊接在应变片的接线端；另一端插入通孔中，伸出管桩的内壁，用于连接应变仪；
2.1.9填充凹槽的剩余空间：在裸露的钢筋上依次用环氧树脂和704硅胶封闭，用干硬性细石混凝土填充凹槽并封孔，确保与管桩外壁齐平。
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2.2具体应用过程
2.2.1制作保温板垫块：保温板垫块1的主体为立方体形，在保温板垫块1的边缘设置倒角，避免应力集中；在保温板垫块1表面的中部用泡沫切割机开一沿水平方向贯通的U型通槽2，下部设置圆形凹槽3；另外，保温板垫块1的厚度应接近于管桩保护层的厚度，方便剔除；
以直径500mm的管桩为例，保温板垫块1的尺寸优选85mm×45mm×60mm，U型通槽2的直径优选12mm，圆形凹槽3的直径优选为10mm；
2.2.2打磨钢筋笼：把管桩钢筋笼绑扎完毕后，在钢筋笼纵向的钢筋4的外侧选定两个相对应的钢筋笼待贴应变片8的部位，以便在钢筋笼上相对的两个保温板垫块1之间穿插PVC管5；然后用角磨机砂轮片将钢筋笼上待贴应变片8的部位（即钢筋4的外表面）打磨成平面，以便粘贴应变片8；尽量使两个保温板垫块1的打磨平面互相平行，确保两个位置上的应变片8测得的应变值能反映同一桩身截面的受力特性；
2.2.3安装垫块和PVC管5：在两个钢筋笼上待贴应变片8的部位分别安装一个保温板垫块1，表面朝向钢筋笼轴心，将钢筋笼待贴应变片8部位的钢筋4放入保温板垫块1的U型通槽2中并用铁丝固定；将PVC管5的两端分别插入两个保温板垫块1的圆形凹槽3中，用铁丝固定；PVC管5的作用是为穿引出线预留一个通道，PVC管5经高温蒸压养护后易被剔除；
2.2.4制作管桩：按常规的方法进行，包括入模、混凝土灌注、张拉、离心成型、蒸压养护和脱模放张在内的操作；
2.2.5清除杂余：清除覆盖在保温板垫块1周围的混凝土、碳化的保温板垫块1（蒸压养护后几乎全部熔化）和PVC管5，出现一延伸至管桩内壁的通孔9（即PVC管5剔除后留下的孔洞）和一凹槽7（即保温板垫块1剔除后留下的空间，待贴应变片8部位的钢筋4在凹槽7的底部裸露）；
2.2.6清除杂余后便可看到裸露的钢筋4和打磨成平面的位置，用酒精和丙酮反复擦拭待贴应变片8部位的钢筋4，确保清洁；
2.2.7安装应变片8：在钢筋4上待贴应变片8的部位和应变片8上均匀涂黏贴剂（待黏贴剂变稠后，用镊子夹住应变片8的两边，贴在钢筋4上待贴应变片8的部位），贴合后在应变片8的自由端覆盖一层聚氯乙烯薄膜6，用手指顺着应变片8的长度方向用力挤压，挤出应变片8下面的气泡和多余的黏贴剂；用手指压紧，直到应变片8与钢筋4紧密粘合为止；
2.2.8安装引出线：将引出线的一端焊接在应变片8的接线端；另一端插入通孔9中，伸出管桩的内壁，用于连接应变仪；
2.2.9填充凹槽7的剩余空间：在裸露的钢筋4上依次涂抹5-10mm厚的环氧树脂和10-20mm厚的704硅胶封闭，达到防水防潮的目的；然后用干硬性细石混凝土填充凹槽7并封孔，确保与管桩外壁齐平。
2.2.10其中，保温板垫块1的材料为聚氨酯。
2.2.11干硬性细石混凝土的水灰比≤0.3。
2.2.12根据实际的情况，可在同一根管桩上的相同间隔距离（例如，每隔1米或0.5米）安装若干组应变片8，以便检测不同位点的应变；在测量该管桩钢筋的应变时，将引出线与应变仪连接即可进行测量。
2.3创新点
在模型桩桩身预设凹槽,并将应变片及导线密封于凹槽内,不仅减小了贴片对于桩土接触界面特性的改变,也可保护应变片及导线,显著提高应变片的成活率,同时能满足测试精度的要求。
3本成果与同类先进成果技术指标比对分析情况
目前常用的桩身应变片粘贴方式有内贴法和外贴法两类。内贴法即将应变片粘贴在桩体内部表面上,主要适于以管材制作的模型桩,应变片导线在管内引出。外贴法即将应变片贴在桩体外侧表面上,导线附在其外侧,可用于管形桩也可用于实心桩。
此发明结合内贴法和外贴法两种贴片方式的优点,提出并采用凹槽法在低强度实心管桩外侧面贴片,即在桩侧预留凹槽、用环氧树脂对贴片部位进行表层处理,在贴片后密封凹槽,能够给出精确测试结果。
4经济效益情况
本发明具有测试结果精度高、所用元件简单、操作便利、价格低廉的优点。随着本发明的推广和应用，不仅能够有效得到管桩钢筋应变的测量结果，同时能够大大降低在管桩制作过程中由于应变片损坏所带来的测试次数、节约了测试成本。
结语
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的管桩钢筋应变片的粘贴方法制作的管桩，是在管桩制作完成后才安装应变片，因此能避免应变片在管桩制作过程中被损坏，且能将管桩不同位置的应变准确测量；应用范围广，市场前景好。
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论文作者:李文杰,刘文昕,孟令健,党国毅
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/17
标签：应变论文; 钢筋论文; 垫块论文; 凹槽论文; 保温板论文; 管桩论文; 部位论文; 《电力设备》2016年第23期论文;