СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ РАВНОГО НАТЯЖЕНИЯ МНОЖЕСТВА ПРЯДЕЙ
METHOD AND METHOD OF UNIFORM JACKING OF STRANDS

Изобретение относится к области техники натяжения строительных тросов, а в частности к натяжению строительных тросов таким образом, что общее натяжение троса равно распределяется по всем составляющим прядям троса.
Предварительное напряжение тросов используется во множестве применений для строительства, а в частности для усиления бетонных конструкций за счет удерживания бетона в сжатом состоянии. Во многих применениях величина сжатия, применяемого к бетону, не является критической, и она может быть достаточной для того, чтобы сжатие было значительно выше заданного минимального значения, а натяжение троса было значительно меньшим его разрывного натяжения.
Однако существуют применения, в которых арматурные пучки должны быть натянуты в соответствии с высокими техническими характеристиками и в узких диапазонах допусков. Такие применения, например, включают защитные оболочки с бетоном под давлением в энергетических ядерных установках или резервуары для хранения газа и нефтепродуктов. Целостность таких защитных оболочек в большой степени зависит от натяжения арматурных пучков по технологии последующего натяжения (ПН), и, следовательно, для конструктора таких установок является важным продемонстрировать, что напрягаемые арматурные пучки натягиваются с заданными допусками.
Типичный трос ПН или арматурный пучок может состоять, например, из 55 прядей, продевающихся через канал и натягиваемых с одного или обоих концов канала, используя гидравлические домкраты. Защитные оболочки могут иметь цилиндрическую или сферическую конструкцию с каналами, следующими в бетоне по изогнутой траектории. Как только пряди ПН подвергаются напряжению с желаемым натяжением, пряди анкеруются к анкерной плите, обычно используя конические клинья. После завершения установки и натяжения требуется регулярная инспекция на всем протяжении срока эксплуатации установки для того, чтобы гарантировать постоянство сохранности прядей внутри канала, и для того, чтобы гарантировать, что натяжение прядей по-прежнему находится в заданном диапазоне допусков. При таких инспекциях сила напряжения может быть измерена, используя так называемую технологию отрыва, где используется домкрат для того, чтобы поднять оконечный анкер. Сила, требуемая для передвижения анкера, даст указание о натяжении пучка прядей, из которых произведен трос ПН. Для систем натяжения со сцеплением отрыв может быть выполнен в любой момент до начала заливки строительным раствором; для систем натяжения без сцепления технология может быть выполнена в любое время.
Одной сложностью с натяжением арматурных прядей внутри канала является эффект трения между прядями и стенками канала и трения между самими прядями. Эти эффекты трения могут вызвать неравномерное или переменное распределение сил среди прядей и/или вдоль длины каждой пряди в течение и после операции натяжения. Эта задача широко распространена в применениях, которые используют очень длинные пряди и непрямые каналы, в которых пряди не только подвергаются продольным силам, но также латеральным силам, которые толкают пряди друг к другу и/или на стенку канала. В канале с круговым поперечным сечением, который следует по изогнутой траектории через бетон, который должен быть сжат, например, свободно размещенные пряди будут натягиваться по направлению внутрь в момент выбирания слабины таким образом, что все пряди в результате будут подвергаться латеральной силе и латеральному перемещению вдоль траектории радиуса кривизны канала.
Из предшествующего уровня техники известно выполнение натяжения арматурных прядей ПН в два этапа: первый этап выравнивающего подготовительного натяжения, в течение которого пряди индивидуально туго натягиваются таким образом, что пряди напрягаются до одинакового относительно низкого натяжения, и последующий этап основного натяжения, в течение которого пряди натягиваются до требуемого натяжения как одна группа.
Заявка EP0421862 на выдачу европейского патента описывает один такой способ натяжения множества прядей для того, чтобы добиться равного натяжения на всех прядях. Способ EP0421862 включает натягивание опорной пряди до требуемого натяжения. Это выполняется, используя гидравлический домкрат для напряжения опорной пряди, одновременно измеряя натяжение пряди, используя датчик нагрузки. Затем напрягаются другие пряди до силы, выданной датчиком нагрузки. Предполагается, что хотя индивидуальные напряжения индивидуальных прядей будут незначительно уменьшаться при увеличении количества натянутых прядей, индивидуальные напряжения, несмотря на это, будут равными после напряжения.
Альтернативный способ описан в заявке EP0544573 европейского патента, в котором множество прядей подготовительно натягиваются до около 10% от их оконечного натяжения, используя множество небольших домкратов, один домкрат для каждой пряди. Домкраты индивидуального подготовительного натяжения обеспечивается одним и тем же источником давления, таким образом, предполагается, что при завершении этапа подготовительного натяжения все слабины в прядях выбираютс, и все пряди натягиваются до одинакового натяжения.
Таким образом, такой этап подготовительного натяжения заявок EP0544573 и EP0421862 предназначен для того, чтобы привести все пряди к одному относительно низкому натяжению. После завершения этого этапа все пряди натягиваются до их полного требуемого натяжения, используя один большой гидравлический домкрат, который натягивает все пряди совместно. Предполагается, что поскольку пряди имеют одинаковое равное натяжение в начале операции основного натяжения, и поскольку предполагается, что пряди должны иметь идентичный материал, в течение основной операции натяжения будут оставаться равными. Дополнительно делается предположение, что натяжения индивидуальных прядей будут по-прежнему равными после того, как пряди были полностью натянуты и заанкерованы.
Как упомянуто выше, способы, описанные в предшествующем уровне техники, предлагают значительные допущения относительно однородности и поведения прядей в течение и после натягивания. Однако в действительности все пряди не являются идентичными, и их изменяющаяся ориентация относительно друг друга и окружения означает, что они находятся под воздействием различных сил в течение операций натяжения. В частности индивидуальные пряди могут быть запутаны или зажаты между другими прядями или между другими прядями и стенкой канала. Если происходит такой захват, не исключено, что натяжение будет распределено неравномерно по всей длине пряди. Это может иметь последствие, состоящее в том, что локальное натяжение одной или более прядей выйдет за пределы заданного запаса прочности или рабочих допусков, даже если внешне видно, что натяжение прядей находится в заданном или ожидаемом диапазоне.
Если распределение натяжения в пряди является отчасти неравномерным, это может привести к существованию участков пряди, напрягаемых за рамками их рабочего напряжения в течение основного этапа натяжения, и прядь может разорваться или может быть перенапряжена. В некоторых случаях может возникнуть подобное повреждение, при этом оно не будет обнаружено, в таком случае операция основного натяжения домкратом будет продолжаться в группе прядей, включающей ослабленную или разорванную прядь(и). Для того чтобы добиться требуемого натяжения во всем пучке, содержащем одну или более прядей, которые являются механически ослабленными, натяжение каждой индивидуальной пряди будет большим, чем заданное или ожидаемое. Таким образом, натяжение может казаться находящимся в пределах допуска, хотя индивидуальные пряди могут быть непреднамеренно натянуты за рамки их заданных ограничений.
Также в течение этапов натягивания может возникнуть другая ситуация, в которой прядь захватывается в двух или более точках по всей ее длине. В течение фазы натягивания концы пряди будут натянуты до заданного натяжения, но они могут быть отрезком пряди между двумя точками захвата, где натяжение является значительно меньшим, чем натяжение у концов пряди. В таком случае последующая операция основного натяжения домкратом может иметь непредсказуемые последствия в распределении натяжения в рассматриваемой пряди. Если одна или другая из захваченных точек освобождается от захвата в течение фазы второго натяжения, натяжение на этом участке пряди и соответственно по всей длине пряди может внезапно измениться.
Пряди также могут подвергаться механическому понижению прочности в результате истирания или дефектов материала. Подобное механическое понижение прочности может привести к внезапному повреждению (разрыву) или последовательному растяжению (пределу ползучести или текучести), либо может привести к опасной потере натяжения в группе прядей как в одном целом. Если повреждение возникает в течение этапа основного натяжения, тогда оставшиеся пряди будут перегружены для компенсации слабины разорванной пряди(ей). Это является заметной проблемой, когда пряди должны быть напряжены до натяжения, достигающего их максимального рабочего напряжения (около их предела текучести).
Эти эффекты в большинстве своем обнаруживаются в течение этапа основного натяжения, поскольку в этот момент происходят значительные изменения и передвижения между прядями. Однако подобные повреждения или перемещения также могут произойти позже в течение срока эксплуатации установки либо спонтанно, либо в результате некоторого события от внешнего воздействия. По этой причине выполняются регулярные инспекции для проверки того, что натяжение пучка прядей остается в пределах допусков. Подобные инспекции, однако, обычно выполняются для целого арматурного пучка. Инспектирование индивидуальных прядей обычно не является технически реализуемым решением, хотя в некоторых случаях возможно выполнить измерение с отрывом для каждой из прядей индивидуально.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение способа и системы, которые решают вышеупомянутые и другие задачи предшествующего уровня техники.
Изобретение предоставляет способ натяжения множества прядей, включающий: первый этап размещения множества средств измерения индивидуального первого натяжения для определения индивидуального натяжения каждой индивидуальной пряди, второй этап индивидуального натяжения каждой индивидуальной пряди до величины общего первого натяжения, третий этап использования множества средств измерения индивидуального первого натяжения, после того как каждая прядь натянута до величины одинакового общего первого натяжения, для определения значения измерения первого индивидуального натяжения для каждой пряди, четвертый этап калибровки величины первого натяжения значений измерения первого индивидуального натяжения, определенных множеством средств измерения первого натяжения. Величина первого натяжения может быть величиной некоторого натяжения, при которой можно определить, что все индивидуальные домкраты завершили выбор слабины в индивидуальных прядях, или она может быть заранее заданным значением натяжения, например 10% или 15% от заданного окончательного натяжения.
Согласно варианту способа изобретения способ также содержит пятый этап, на котором натягивают множество прядей до величины второго натяжения, и шестой этап, на котором определяют, используя средство измерения индивидуального первого натяжения, значение измерения второго индивидуального натяжения для каждой индивидуальной пряди, когда пряди натягиваются до величины второго натяжения. Второе натяжение может быть любой выбранной величиной натяжения в течение последовательности операций по натяжению, или оно может быть заранее заданной величиной натяжения, например 50% или 100% от требуемого окончательного натяжения.
Предоставление средства измерения индивидуального натяжения, такого как датчик нагрузки, например, на каждой пряди позволяет монтажнику осуществлять мониторинг динамики развития натяжения каждой индивидуальной пряди в течение и/или после первого и/или второго этапа натяжения. Таким образом, может быть обнаружено любое застревание или захват, или разрыв, или неравная нагрузка пряди, в момент, когда это происходит, а не в момент следующей инспекции. Этап калибровки, поскольку он выполняется, когда все пряди натянуты до первого натяжения, дает возможность нормализации значений натяжения, обнаруженных датчиками нагрузки, калибровкой до значения первого натяжения.
Согласно дополнительному варианту способа изобретения, способ содержит седьмой этап размещения средства измерения второго натяжения для определения объединенного натяжения множества прядей и восьмой этап сравнения объединенного натяжения со значениями измерения индивидуального натяжения, обнаруженными средством измерения первого натяжения. Средства измерения индивидуального натяжения могут быть, например, магнитными датчикам нагрузки.
Согласно дополнительному варианту способа изобретения способ содержит девятый этап удаления средства измерения индивидуального натяжения после того, как пряди был натянуты. В качестве альтернативы множество индивидуальных датчиков нагрузки может быть размещено таким образом, что они продолжат предоставлять значения индивидуального натяжения для индивидуальных прядей после натяжения индивидуальных прядей.
Изобретение также предоставляет систему для натяжения множества конструкционных прядей, причем система содержит: средство индивидуального натяжения для индивидуального натяжения каждой из прядей до величины общего первого натяжения, средство общего натяжения для натяжения множества прядей до второго натяжения, множество элементов измерения индивидуального натяжения, выполненных с возможностью обнаруживать значения измерения индивидуального натяжения для каждой из прядей, средство первой калибровки для калибровки значений измерения индивидуального натяжения относительно величины первого натяжения.
Согласно варианту системы изобретения средство индивидуального натяжения содержит один или более индивидуальный гидравлический домкрат, причем этот или каждый индивидуальный гидравлический домкрат выполнен с возможностью натяжения одной пряди.
Согласно другому варианту системы изобретения средство индивидуального натяжения содержит множество индивидуальных гидравлических домкратов, снабженных общим источником давления или отдельными источниками при общем давлении.
Согласно другому варианту системы изобретения средство индивидуального натяжения содержит индивидуальный гидравлический домкрат, который может быть перемещен для последовательного натяжения прядей друг за другом. Элементы измерения индивидуального натяжения могут быть, например, магнитными датчикам нагрузки.
Согласно другом варианту системы изобретения элементы измерения индивидуального натяжения размещаются в одной или более общих плоскостях, ортогональных продольной оси, по существу параллельной направлению натяжения прядей.
Согласно другому варианту системы изобретения элементы измерения индивидуального натяжения размещаются таким образом, что после завершения натяжения прядей они могут оставаться на своем месте для измерения индивидуального натяжения индивидуальных прядей.
Согласно другому варианту системы изобретения средство индивидуального натяжения и средство общего натяжения являются одним и тем же.
Согласно другому варианту изобретения система содержит средство измерения общего натяжения для определения общего натяжения множества прядей и средство второй калибровки для калибровки значений измерения индивидуального напряжения, определенных элементами измерения индивидуального натяжения, относительно общего натяжения, определенного средством измерения общего натяжения.
Изобретение описано со ссылкой на пряди, натягивающиеся в канале. Однако эти же технологии также могут быть применены к прядям, которые не ограничены каналами, например, к вантам моста. В действительности изобретение может быть реализовано для натяжения любого комплекта прядей.
Изобретение будет далее описано со ссылкой на прилагаемые фигуры.
На фиг.1 показан схематичный вид в разрезе первого варианта осуществления изобретения, используя массив домкратов индивидуального натяжения.
На фиг.2 показан схематичный вид в разрезе массива датчиков нагрузки, установленных вокруг прядей при натяжении, причем датчики нагрузки размещены в одной плоскости.
На фиг.3 показан вид сверху того же самого массива датчиков нагрузки, отображенных на фиг.2.
На фиг.4 показан схематичный вид в разрезе массива датчиков нагрузки, установленных вокруг прядей при натяжении, причем датчики нагрузки размещены со сдвигом в трех плоскостях.
На фиг.5 показан вид сверху того же самого массива датчиков нагрузки, отображенных на фиг.4.
На фиг.6 показан схематичный вид в разрезе второго варианта осуществления изобретения, используя домкрат индивидуального натяжения.
На фиг.7 показан схематичный вид в разрезе варианта изобретения, используя второй домкрат для обеспечения основной фазы натяжения.
На фиг.8 и 9 показаны схематичные виды в разрезе дополнительного варианта изобретения, использующего массив индивидуальных домкратов и основной натягивающий домкрат в одном блоке.
На фиг. с 10a по 10c показан процесс калибровки, использованный в различных вариантах осуществления и вариантах изобретения.
На фиг.11 изображен график, показывающий этап проверки, использованный в различных вариантах осуществления изобретения.
На фиг.12 изображена количественная кривая, показывающая распределение натяжений прядей, например, в арматурном пучке ПН.
Чертежи предоставлены в качестве вспомогательного средства для лучшего понимания изобретения и не должны восприниматься как ограничивающие изобретение, которое определено в прикрепленной формуле изобретения. Одинаковые ссылочные позиции, использованные на различных фигурах, предназначены для ссылки на одинаковые или соответствующие признаки.
На фиг.1 показан схематичный вид в разрезе устройства согласно примеру первого варианта осуществления изобретения. Показано множество прядей 1, выходящих из конструкции 5, которая должна быть напряжена. Пряди 1 могут быть протянуты через канал, или пряди (например, в случае вантов моста) могут быть подвешены в свободном пространстве между точками анкерования конструкции 5, которая должна быть напряжена. Пряди 1 пропускаются через конструкцию 5 и через анкерный блок 30, который имеет элементы 32 индивидуального анкерования, содержащие, например, конические клинья, которые зажимают прядь 1 в результате натяжения пряди 1. Анкерные элементы 32 предотвращают возврат пряди 1 в направлении бетонной конструкции 5, при этом позволяют движение из канала и от бетонной конструкции 5, когда пряди 1 натягиваются.
Для того чтобы минимизировать трение и зацепление, пряди 1 предпочтительно проводятся по такому пути в конструкции, что каждая из прядей 1 поддерживается приблизительно в одном положении в группе по всей длине конструкции, и таким образом, что пряди выравниваются с соответствующими отверстиями в домкрате 10 равного натяжения и анкерного блока 30 для каждого конца канала.
Пряди 1 продеваются через массив 20 датчиков нагрузки таким образом, что прядь 1 проходит через отдельный датчик 22 нагрузки. Датчики 22 нагрузки могут быть, например, магнитными датчиками нагрузки, которые измеряют изменения в электромагнитных свойствах стальной пряди 1, когда натяжение в пряди 1 изменяется. В зависимости от необходимой геометрии устройства и материала прядей 1 могут быть использованы другие типы датчиков 22 нагрузки. Датчики 22 нагрузки обычно предварительно калибруются для конкретного типа использующейся пряди 1 или для ряда типов прядей, но они снова могут быть снова откалиброваны на месте эксплуатации после того, как пряди разместятся в свое положение в массиве датчиков нагрузки при подготовке к натяжению.
Расположение датчиков 22 нагрузки в массиве 20 может быть более понятно со ссылкой к фиг.3 и 5, которые будут более подробно описаны позже. Соответственным образом располагаются анкерные элементы 32 в анкерном блоке 30 и домкраты 11 в массиве 10 домкратов.
Пряди также вводятся в индивидуальные домкраты 11 в блок 10 домкратов равного натяжения, который размещается рядом с блоком 22 массива датчиков нагрузки при подготовке к началу натяжения. Количество индивидуальных домкратов может быть любым подходящим числом. Пучок для натяжения может содержать 55 прядей, размещенных, например, в плотной компоновке подобно расположению датчиков нагрузки, показанному на фиг.3 и 5, в этом случае массив 10 домкратов также может содержать 55 домкратов. Вид в разрезе семи прядей фиг.1 предполагается как соответствующий виду в разрезе массива из 55 прядей этого примера. Такой массив 55 прядей проиллюстрирован на фиг.3 и 5, на которых показана предпочтительная компоновка из 55 датчиков нагрузки для установки на пучок из 55 прядей. В этом тексте фиг.3 и 5 обсуждаются позже.
Домкрат 10 равного натяжения содержит множество (например, пятьдесят пять) индивидуальных гидравлических домкратов 11, работающих от одного источника 12, 13 давления. Для каждой пряди 1 предусматривается один домкрат 11. Индивидуальные домкраты 11 могут быть домкратами с гидравлическим ходом, которые, например, способны выбрать слабину неопределенной величины в прядях 1 за счет повторного оттягивания конкретной пряди 1, и возврата для выполнения другого хода по натягиванию, пока натяжение пряди 1 не достигнет силы, сгенерированной гидравлическим давлением в соответствующем гидравлическом поршне домкрата. Все гидравлические домкраты 11 по существу являются идентичными, и поскольку они обеспечиваются одним и тем же источником 12 и 13 давления (который, например, соответственно обеспечивает ход по натяжению и обратный ход), это подразумевает, что все домкраты 11 эффективно осуществляют натягивание отдельных прядей 1 до одного натяжения.
Сборка для натяжения, изображенная на фиг.1, функционирует, как описано ниже: сначала пряди 1 индивидуальными домкратами 11 индивидуально натягиваются до конкретного натяжения. Затем, когда все слабины были выбраны и пряди 1 были напряжены до одного общего натяжения, гидравлическое давления в домкрате 10 равного натяжения в этой точке записывается в качестве опорного, относительно которого калибруются индивидуальные датчики нагрузки. Гидравлическое давление может быть известно (за счет измерения и/вычисления) с большой точностью, и таким образом, поскольку размеры и механические свойства (например, трение между поршнем и цилиндром) каждого из индивидуальных домкратов также точно известны (каждый домкрат может быть индивидуального предварительно откалиброван для сопоставления гидравлического давления с силой, прикладываемой домкратом), ожидаемое значение давления в каждом домкрате 11 и, следовательно, натяжение каждой пряди 1 может быть точно вычислено и сравнено с соответствующим измерением натяжения, точно выполненным индивидуальными датчиками 22 нагрузки, установленными на рассматриваемую прядь 1. Показания от различных датчиков 22 нагрузки будут неизбежно несущественно различаться друг от друга; в случае магнитных датчиков нагрузки различия могут появляться по причине различий в температуре или разностях в механических и электромагнитных свойствах стальной пряди.
На этом этапе в последовательности операций по натяжению пряди 1 имеют одно натяжение, а датчики 22 нагрузки перекалибруются до этого натяжения. Пряди также удерживаются по существу при этом натяжении анкерными элементами 32 в анкерном блоке таким образом, что домкрат равного натяжения, если необходимо, затем может быть убран, оставляя пряди натянутыми, заанкеренными анкерным блоком 30, и оставляя массив 20 датчиков нагрузки в положении, примыкающем к анкерному блоку 30. Заметим, что анкерный блок 30 может включать пружины или другие смещающие элементы для смещения конических клиньев в их запирающее положение, блокируя возвратное движение прядей 1 таким образом, что имеется незначительное возвратное движение и/или потеря натяжения прядей 1, когда напряжение от домкрата снимается.
Помимо описанной выше последовательности операций по равному натяжению для достижения требуемого натяжения прядей, затем будет необходимо выполнить вторую последовательность операций по равномерному натяжению прядей 1 для напряжения их до требуемого натяжения. В зависимости от усилия натяжения индивидуальных домкратов это может быть выполнено, используя тот же самый домкрат 10 равного натяжения, который был использован на этапе равного натяжения. Однако в большинстве случаев индивидуальные домкраты 11 имеют ограниченную возможность натяжения, и для натяжения прядей до требуемого натяжения необходим, например, более мощный домкрат, такой как длинноходовой домкрат. В этом случае домкрат 10 равного натяжения снимается с прядей 1, оставляя массив 20 датчиков нагрузки на своем месте, а затем на пряди к массиву 20 датчиков нагрузки может быть установлен более мощный домкрат. Поскольку массив датчиков нагрузки не перемещается и не сдвигается в течение этой последовательности операций, поддерживается точность калибровки, которая была выполнена в конце последовательности операций по равному натяжению. Второй основной этап напряжения может быть выполнен при помощи массива точно откалиброванных датчиков нагрузки, находящихся в месте установки для измерения и мониторинга индивидуальных натяжений прядей при осуществлении основного напряжения. Таким образом, при возникновении любых внезапных изменений в натяжении, они могут быть обнаружены отдельно для каждой задействованной пряди(ей). Такое внезапное изменение может указывать повреждение материала пряди, например, обрыв или преждевременное достижение предела текучести, или может указывать внезапное изменение (отсутствие натяжения или внезапное быстрое нарастание натяжения), последующее некоторому типу захвата, рассмотренному выше. Массив откалиброванных датчиков нагрузки также может быть использован для того, чтобы показать, что распределение натяжения по всем различным прядям остается в приемлемых допусках в течение и после последовательности операций основного натяжения. Если значительных различий между выводами данных от индивидуальных датчиков нагрузки в течение выполнения основного натяжения и/или после полного натяжения прядей 1 не обнаруживается, тогда это может быть принято как свидетельство того, что основное натяжение прошло без каких-либо проблем, с захватом или трением, упомянутых выше. С другой стороны, если между выходными значениями индивидуальных датчиков 22 нагрузки обнаружены значительные различия, можно предположить, что они являются указаниями на то, что натяжение не может быть удовлетворительным, и может быть принято решение, требует ли величина изменений снижения натяжения и повторной установки прядей 1. Использование отдельного датчика нагрузки для каждой индивидуальной пряди значит, что распределение натяжения по всей протяженности прядей может быть известно точно и полностью вместо потребности в статической интерпретации или оценки из набора примерных измерений.
Индивидуальные датчики 22 нагрузки предпочтительно должны быть подобны друг другу настолько, насколько это возможно особенно для их характеристик чувствительности в диапазоне натяжений, для которого должен быть осуществлен мониторинг для прядей 1. После калибровки датчиков 22 нагрузки при первом известном натяжении (т.е. после того, как все слабины были выбраны, и все индивидуальные домкраты 11 осуществили натяжение прядей 1 до их первого относительно низкого уровня натяжения), все датчики 22 нагрузки выдают подобные нагрузочные/выходные характеристики чувствительности на этапе основного натяжения, а полученные в результате разницы между выходными данными от датчиков нагрузки могут восприниматься как представляющие разницы между натяжениями прядей.
Согласно усовершенствованию для способа изобретения, измерения натяжения, выполняемые для каждой пряди, могут быть дополнительно проверены или подтверждены за счет сравнения индивидуальных измерений или итоговой функцией (например, функцией суммы, среднего или другой статистической функцией) индивидуальных измерений с измерением объединенной силы на всех прядях 1. Такое измерение объединенной или общей силы может быть выполнено, используя датчики нагрузки, выполненные с возможностью измерения силы напряжения, вызванной основным (например, длинноходовым) домкратом, использующимся на этапе основного натяжения. В качестве альтернативы измерение общего напряжения прядей может быть выведено из измерения гидравлического давления в основном домкрате (в случае гидравлического домкрата), используя предварительно откалиброванное средство пересчета в значения натяжения или теоретическое вычисление на основе геометрии и размеров гидравлического домкрата.
Вышеупомянутый этап проверки/подтверждения может быть выполнен в любой момент последовательности операций по натяжению, где значение второго натяжения может быть точно измерено или вычислено (например, где используется второй домкрат или другое средство натяжения) отдельно от измерения натяжения, выполненного в течение этапа равного натяжения. Факт того, что массив датчиков нагрузки остается на своем месте на протяжении обоих этапов натяжения и точно калибруется, по меньшей мере, к одному точно известному значению натяжения, предоставляет на всем протяжении надежные измерения натяжения на обоих этапах напряжения. Заметим, что первый этап напряжения может рассматриваться как этап напряжения с равным натяжением, где каждая прядь напрягается до одного натяжения, тогда как этап второго напряжения является этапом равного удлинения, поскольку напряжение происходит при равном увеличении длин прядей.
На фиг. с 2 по 5 показаны виды в разрезе и сверху двух примеров массивов 20 датчиков нагрузки, таких как изображены на фиг.1. Фиг.2 и 4 представляют поперечные сечения массивов датчиков нагрузки фиг.3 и 5 соответственно вдоль осей А-А и В-В.
В обоих случаях для каждой пряди 1 предоставляется один датчик нагрузки, растяжение которой должно быть измерено. Датчики 22 нагрузки предпочтительно являются магнитными датчиками нагрузки, например, известными как упругомагнитные или магнитоупругие датчики, которые обычно реализованы как две обмотки возбуждения, окружающие прядь 1. На фигурах две обмотки отдельно не идентифицированы. В работе электрический импульс появляется на одной из обмоток, и результирующий индуцированный импульс измеряется на другой обмотке. Магнитная проницаемость стали в пряди изменяется с величиной растяжения стали таким образом, что значение передаваемого индуктивного сигнала также изменяется с увеличением натяжения. Заметим, что магнитная проницаемость стали также зависит от температуры материала, и измерения датчика нагрузки корректируются или компенсируются для того, чтобы учитывать колебания температуры. Температурный датчик может быть встроен, например, в каждый датчик нагрузки, а информация об измерении температуры может быть выведена совместно с информацией об измерении растяжения. В качестве альтернативы каждый датчик нагрузки может быть обеспечен его собственным средством температурной коррекции (например, схемой вычисления), которое может быть предварительно откалибровано, чтобы позволять выполнять коррекцию относительно температуры в датчике нагрузки таким образом, что каждый датчик нагрузки смог выводить откорректированное для температуры значение растяжения.
Заметим, что могут быть использованы другие формы датчика нагрузки вместо упругомагнитого датчика нагрузки, например ультразвуковой, емкостной, тензометрический датчик и т. д.
На фиг.2 и 3 показан массив 55 таких датчиков нагрузки, размещенных в одной плоскости. Датчики 22 нагрузки защищены экраном 21 от внешних электромагнитных полей. Провода 24 подают питание к датчикам 22 нагрузки и включают в себя провода для выходных сигналов, передающих выходные значения от датчиков нагрузки к внешнему оборудованию мониторинга или обработки. Возможно плоскостное расположение датчиков 22, где каждый датчик 22 нагрузки имеет такой диаметр, что датчик может быть установлен в показанный одноплоскостной массив 20.
Для более крупных датчиков нагрузки или для уменьшения общего диаметра массива датчиков нагрузки является предпочтительным такое расположение, которое, например, показано 4 и 5. Чередующиеся датчики 22а, 22b и 22c размещаются со сдвигом в различных плоскостях таким образом, что пряди могут размещаться ближе друг к другу, чем было бы допустимо для датчиков нагрузки, если бы они размещались в одной плоскости как на фиг.4 и 5. В проиллюстрированном примере датчики нагрузки с различными штриховками 22а, 22b и 22с размещаются соответственно в трех различных плоскостных массивах 20а, 20b и 20c. Однако такие расположения даются лишь в качестве примеров и могут быть запланированы расположения с другими сдвигами, подходящие частным геометриям датчиков нагрузки или расположениям.
Массив 20 датчиков нагрузки показан на фиг.1 в качестве массива, который съемным образом устанавливается, примыкая к анкерному блоку 30 снаружи конструкции, которая натягивается. Таким образом, массив 20 датчиков нагрузки может быть удален сразу после завершения натяжения и после демонстрации индивидуальных натяжений прядей, которые должны находиться в пределах установленных допусков. Однако в одном варианте изобретения датчики 22 нагрузки могут быть размещены со стороны анкерного блока 30, удаленной от домкрата (такое расположение не проиллюстрировано на фигурах). В этом случае датчики 22 нагрузки используются таким же образом, как в способе, описанном выше, за исключением того, что когда натяжение завершается и домкраты удаляются, датчики 20, 22 нагрузки остаются в местоположении на прядях с тем результатом, что натяжение индивидуальных прядей 1 может быть измерено в любой момент после того, как домкраты были сняты. В такой конфигурации после завершения натяжения и анкерования не существует изменения механических или электромагнитных характеристик в окрестности датчика 22 нагрузки, поэтому любое изменение, обнаруженное в выходном сигнале от датчика нагрузки, может предполагаться как результат изменения натяжения пряди 1, вокруг которой установлен датчик 22 нагрузки. Таким образом, датчики 20, 22 нагрузки могут быть отставлены в своем местоположении и использованы для непрерывного и периодического мониторинга натяжений, как это требуется. Мониторинг может быть выполнен в режиме сравнения, т.е. мониторинг выходных значений датчиков 22 нагрузки и обнаружение разницы между значениями натяжения индивидуальных прядей 1, или может быть выполнен в абсолютном режиме, в котором изменения выходных значений отслеживаются с течением времени либо для индивидуальных прядей 1, либо для совокупного пучка прядей или для обоих. Если впоследствии выполняется измерения натяжения "с отрывом" либо любой другой контроль натяжения для того, чтобы проверить общее натяжение пучка прядей, тогда данные этого измерения могут быть использованы для перекалибровки общих абсолютных значений массива 20 датчиков нагрузки или повторной проверки данных измерений, предоставленных от датчиков нагрузки. Если требуется, индивидуальные датчики 22 нагрузки также могут быть нормализованы к новому значению измерения в этой точке, предполагая либо равное распределение силы по всем прядям 1, либо сохраняя распределение сил, которое имело место до испытания с отрывом. При этом любое внезапное изменение в показаниях от конкретного датчика нагрузки будет указывать изменение сохранности натяжения пряди, мониторинг которой осуществляется конкретным датчиком нагрузки.
На фиг.6 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором индивидуальное напряжение индивидуальных прядей 1 выполняется посредством одного домкрата, который напрягает одну прядь 1, функционируя за счет гидравлического давления от соединений 12 и 13. Домкрат 14 может передвигаться от пряди к пряди, пока все пряди не будут натянуты с равным давлением. Поскольку напряжение одной пряди может воздействовать на натяжение других прядей, напряжение индивидуальных прядей может быть повторено столько раз, сколько требуется, пока не будет установлено, что все пряди были натянуты с одним гидравлическим давлением. Способ равного натяжения может быть использован, когда цельный домкрат равного натяжения, который показан на фиг.1, не доступен на месте эксплуатации. Принцип остаются тем же самым, как в случае домкрата равного натяжения, однако все пряди индивидуально натягиваются до одинакового натяжения. Калибровка датчиков 22 нагрузки в массиве 20 датчиков нагрузки может быть затем выполнена способом, описанным выше.
На фиг.7 показан схематичный вид в разрезе длинноходового домкрата 40 равного удлинения, который может быть использован для выполнения второй основной операции напряжения за один ход или за множество ходов домкрата. Домкрат 40 может быть замещен домкратом 10 равного натяжения, как обсуждалось ранее. Пряди 1 анкеруются анкерным блоком 30 для предотвращения передвижения прядей в направлении противоположном направлению напряжения. Второе анкерное средство 50 зажимает пряди 1 таким образом, что поршень 41 домкрата может быть гидравлически оттянут в главном цилиндре 42 домкрата, за счет чего прикладывая основную силу натяжения к прядям. Когда происходит основное напряжение, датчиками 22 нагрузки из массива 20 датчиков нагрузки осуществляется мониторинг для каждой пряди. Домкрат 40 может включать в себя датчик общей нагрузки, как обсуждалось выше, для измерения натяжения всех натягивающихся прядей. В качестве альтернативы это общее или объединенное натяжение может быть установлено из гидравлического давления, применяемого домкратом 40.
На фиг.8 и 9 показано, как массив 10 индивидуальных домкратов фиг.1 (домкрат равного натяжения) может быть интегрирован в больший домкрат 40. В этом случае домкрат 10 равного натяжения не будет удаляться для того, чтобы была возможность установки в домкрат 40 основного натяжения, и обе операции по равному натяжению и основному напряжению могут быть выполнены, используя одну единицу оборудования. Когда используется такой тип домкрата, выполняется этап калибровки датчика равной нагрузки, упомянутый ранее, после того как только домкратом 10 равного натяжения были выбраны все слабины и все пряди были натянуты до одинакового натяжения. На фиг.8 показан основной домкрат 40 в его исходном положении, например, в то время как выполняются этапы равного натяжения и/или калибровки датчиков нагрузки, тогда как на фиг.9 показан основной домкрат 40 в его оттянутом положении в конце его хода натяжения. В качестве дополнительного усовершенствования этого устройства, показанного на фиг.8 и 9, второй анкерный блок подобный анкерному блоку 50, показанному на фиг.7, может быть установлен за домкратом 10 равного натяжения (т.е. вышеупомянутым домкратом 10 равного натяжения, как видно на фиг.8 и 9). Этот второй анкерный блок (не показан) будет служить для большего натяжения, нежели чем может быть осуществлено средством индивидуального анкерования в индивидуальных домкратах домкрата 10 равного натяжения.
На фиг. с 10а по 10с и 11 проиллюстрировано, как может быть выполнена калибровка датчика нагрузки для всех этапов напряжения. На каждом графике ось S представляет значение измерения натяжения, выведенное от датчика нагрузки, а ось F представляет гидравлическое давление, прикладываемое к индивидуальному домкрату для соответствующей пряди (или натяжение, прикладываемое к пряди, которое может быть установлено из гидравлического давления в индивидуальном домкрате).
Традиционная калибровка сначала выполняется в лаборатории, например, по отношению к "известной" опорной силе. Результатом этого является калибровочная кривая, выводимая датчиком нагрузки S в зависимости от прикладываемой силы F. Подобная калибровочная кривая для одного датчика нагрузки проиллюстрирована на фиг.10а. На фиг.10а ось S представляет выходные показания датчика нагрузки, для которого осуществляется калибровка, тогда как ось F представляет фактическую силу, прикладываемую к контрольной стали, используемой для калибровки датчика нагрузки.
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
На месте эксплуатации последовательность операций по натяжению происходит под воздействием условий (механических и магнитных свойств стали, температуры и т.д.), которые, разумеется, отличаются от исходных лабораторных условий калибровки, и калибровочная кривая должна быть откорректирована, чтобы учитывать эти условия. Способы калибровки предшествующего уровня техники были ограничены обнулением выходных значений датчика нагрузки при нулевых условиях нагрузки и корректировкой к изменениям температуры. Настоящий способ и система настоящего изобретения улучшают эти способы за счет исправления лабораторной калибровочной кривой для датчика нагрузки к набору фактически измеренных значений для каждой индивидуальной пряди. Чем больше значений измерений, тем более точная кривая может быть построена по измеренным данным. Иллюстрация такого процесса исправления показана на фиг.10b, на которой показана исходная калибровочная кривая (сплошная линия) с двумя отмеченными точками F-S и F-S. S и S представляют ожидаемые показания натяжения от датчика нагрузки при натяжениях F и F соответственно. С другой стороны, S' и S' представляют значения фактически измеренного натяжения, указанные датчиками нагрузки соответственно при натяжениях F и F (фактические силы F и F1могут быть известны или вычислены из давления, прикладываемого к соответствующему гидравлическому домкрату). Пунктирная линия является немного сдвинутой и повернутой версией исходной калибровочной кривой, передвинутой таким образом, что она совпадает с данными фактических измерений. За счет подгонки кривой к фактическим измерениям для каждого датчика нагрузки в течение этапа равного натяжения, когда значение индивидуального натяжения может быть измерено для каждой индивидуальной пряди, индивидуальные натяжения прядей могут быть значительно более точно смоделированы для натяжений, которые находятся выше диапазона напряжения индивидуальных домкратов 11. Таким образом, даже если не существует независимых подтверждений показаний индивидуальных натяжений от каждого индивидуального датчика нагрузки при более высоких натяжениях, показания датчика нагрузки при этих более высоких натяжениях являются более точными.
1
1
1
1
На фиг.10с показано дополнительное усовершенствование последовательности операций по калибровке. В этом случае F является натяжением при достижении величины первого натяжения (т.е. когда домкратом равного натяжения были выбраны все слабины и пряди имеют одинаковое натяжение). За счет продолжения индивидуального натяжения за F, используя домкрат 10 равного натяжения, могут быть отобраны дополнительные измерения индивидуальных датчиков нагрузки при известных силах F', F" и т.д. Эти дополнительные измерения могут быть использованы для более точной подгонки калибровочной кривой к фактическим условиям.
2
2
2
2
На фиг.11 показано дополнительное усовершенствование способа калибровки. После подгонки калибровочной кривой для конкретного датчика нагрузки в течение этапа равного натяжения, при F выполняется этап групповой проверки. На этом этапе объединенное натяжение прядей сравнивается с функцией значений индивидуальных измерений от индивидуальных датчиков нагрузки и выводится ожидаемое значение S показаний датчиков нагрузки. Результат может быть принят в качестве перекрестной проверки того, что сумма показаний индивидуальных датчиков нагрузки равна ожидаемому общему значению S. В качестве альтернативы калибровочная кривая может быть дополнительно выровнена так, чтобы включать точку S.
2
S' может быть простым средним значением, вычисленным делением объединенного натяжения на количество показаний, или оно может быть более сложной математической функцией. Заметим, что этот этап проверки может преимущественно выполняться в течение этапа равного натяжения для предоставления начальной кросс-калибровки выходных значений индивидуальных датчиков и средства измерения натяжения, которое используется для измерения объединенного натяжения всех прядей.
4
5
6
3
В действительности натяжения индивидуальных прядей не будут оставаться абсолютно одинаковыми в течение операции основного натяжения. Небольшие различия в форме, материале или ориентации неизбежно приведут к расхождениям индивидуальных натяжений, поскольку натяжение возобновляется после операции равного натяжения. На фиг.12 проиллюстрирован пример того, как могут быть распределены натяжения прядей (ось F) в зависимости от количества (ось N) прядей. F и F представляют величину отклонения, которая может быть использована для того, чтобы дать указания разницы в значениях натяжения в группе прядей. Системы предыдущего уровня техники использовали такой тип вычисления разницы для определения, попадают ли распределения натяжений в заданный приемлемый диапазон для конкретного применения с последующим натяжением. Однако такой статистический анализ не может исключить возможности того, что одна или более пряди могут быть избыточно натянуты (выше максимального натяжения F, которое может представлять 95% предела текучести) или разорваны (ниже минимального натяжения F).
Для способа изобретения напротив такие статические интерпретации являются излишними, поскольку он позволяет монтажнику не ограничиваться вероятными предположениями и вместо этого демонстрировать, что все пряди индивидуально находятся в заданных границах допусков натяжения.
Вышеприведенное описание было нацелено на натяжение группы прядей с одного конца. Однако в некоторых установках преимущественно натягивать группу прядей с обоих концов. Это может дополнительно уменьшить эффект захвата и проблемы трения, описанные ранее. Пряди могут быть натянуты, используя две сборки домкратов - по одной на каждом конце пучка прядей. В этом случае могут осуществляться одновременно две последовательности операций по натягиванию для двух домкратов или друг за другом, или поочередно с заданным шагом. Для того чтобы калибровка при равном натяжении была эффективной, предпочтительно, чтобы калибровка датчиков нагрузки в обеих сборках домкратов выполнялась в одно и то же время после того, как были выбраны все слабины, и после того, как оба домкрата натянули пряди до первого натяжения. Для двух наборов индивидуальных домкратов также возможно приводиться от одного источника давления или, по меньшей мере, при одном давлении, поскольку это будет минимизировать перемещения прядей в канале. Обладание двумя наборами датчиков нагрузки, особенно если они все калибруются к одинаковому натяжению, позволяет системе мониторинга натяжения быть еще более чувствительной к эффектам трения, упомянутым выше. Дополнительно к сравнению выходных значений датчиков нагрузки одного массива друг с другом и мониторингу изменений значений датчиков нагрузки также возможно сравнивать значения датчиков нагрузки из одного массива с соответствующими значениями датчиков нагрузки (т.е. из одной пряди) из другого массива. Прядь, которая защемляется в какой-то точке на своем протяжении, например, будет на одном конце иметь более высокое натяжение в отличие от другого конца, и такая разница может быть обнаружена при сравнении значений двух датчиков нагрузки на концах одной пряди. Сравнение между двумя датчиками нагрузки или между двумя массивами датчиков нагрузки также может быть использовано для подтверждения измерений, выполненных другими типами упомянутых сравнений.