锚索测力计与千斤顶油压表读数误差分析

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【摘要】锚索测力计与千斤顶油表读数在国内工程实践中，都存在较大误差。本文从过失误差、测量仪器误差、施工误差、张拉工艺误差等方面对其研究进行分析，以供借鉴。

【关键词】锚索测力计；千斤顶；误差；

锚索通常使用穿心式液压千斤顶、液压泵及压力表组成的加压系统（简称千斤顶系统）以张拉方式建立预应力，张拉时把压力表读数代入校准方程或校准曲线计算得到压力值（简称千斤顶示值），据此判断施加在锚索上的预应力，这就是推算法。测量法即在锚索上安装传感器进行应力测量。传感器通常安装在锚头处，称为锚索测力计。锚索张拉建立预应力时，把锚索测力计读数代入校准方程或曲线计算得到的压力值（简称锚索测力计示值）与千斤顶示值之间普遍存在着较大的偏差。

一、过失误差

第一步，检查数据是否有过失误差，即错误。

1、千斤顶使用错误。（1）未按相关规范规程要求检定。千斤顶、液压泵及压力表必须配套检定、配套使用。（2）额定负载较大的千斤顶工作在小负载状态。千斤顶工作时，活塞与缸体之间存在着摩阻力，受此影响，小负载状态时误差较大，故相关规范要求千斤顶工作在额定负载的20%以上。

2、锚索测力计使用错误.（1）检定错误。生产商随产品提供每个锚索测力计的校准曲线或方程，如直接使用可能会产生较大误差：①振弦式锚索测力计装配后必须进行整体时效处理（或称老化处理），以消除装配时产生的残余应力，这是决定传感器精度及长期稳定性的关键工艺之一，但受交货时间限制等原因，生产商会采用一些快速时效技术，处理效果很难如生产商所承诺。②锚索测力计是一种对压力较为灵敏的精密仪器，同时也对温度、湿度、气压、材料蠕变、物体打击碰撞、振动、跌落等多种因素敏感，输出信号易漂移。③不同校准系统设备、不同操作人员及不同校准流程等，都会导致校准方程有所不同。④规范要求检定时同一试验至少要重复3次取平均值，但实际上有时只做一次。如果只做一次，不重复度可能较大，导致校准方程误差较大。（2）零点漂移过大。零点漂移是表征锚索测力计稳定性的主要指标，随时间发生，也在荷载反复作用后发生。零点频率是计算基准，零漂改变了校准曲线的斜率及起始点，主要因为非线性，校准曲线零漂前后并不重合。（3）没有温度修正或修正不当。阳光直射时，锚力计内的实际温度要高于地面温度，温漂较大，故读数最好在日温差不大的早晚进行。

3、数据错误。常见数据错误有：①千斤顶读数错误，如压力表尚未稳定就读数，弹簧管式压力表没有轻敲表壳后读数。②记数错误、不同组别的数据混淆等。③数据计算错误。④使用其它千斤顶或锚索测力计的校准方程。⑤校准方程外推使用（只能内插使用）。

二、测量仪器误差

第二步，检查千斤顶及锚索测力计测量仪器误差。千斤顶仪器误差指检定时压力表示值与对应标准测力仪示值之差，由标准测力仪误差、千斤顶示值不重复度及压力表读数误差等组成，是随机误差。对给定的千斤顶系统，技术标准所允许的示值最大误差绝对值与满量程比值即为压力表准确度等级。千斤顶校准时根据5～8个检定点的示值拟合出校准方程或曲线，供工程中内插使用。内插误差由拟合方程参数误差、标准测力仪误差、千斤顶示值的不重复度等组成，为理论误差，直接影响测量结果。

三、施工误差

第三步，检查施工误差造成的示值误差。锚索测力计及千斤顶实际工作环境与检定时差异较大，检定时再怎么准确，实际使用时都会有较大误差。这是施工误差造成的。施工误差主要有构件误差及安装误差，构件误差指工程中钢垫板及锚具的尺寸、刚度、平整度等误差，安装误差指仪器设备安装时的偏心及倾斜导致荷载中心轴与形体中心轴不重合等误差。

1、施工误差对锚索测力计示值的影响。锚索测力计检定与现场工作条件不同之处在于：①检定时要安装两块直径比锚索测力计大的钢垫块，锚索测力计上下端面与垫块全端面均匀接触受力，周边呈自由边界。现场工作时锚索测力计上端面为工作锚具，下端面为带有中孔的锚垫板，锚具直径通常要小于锚索测力计直径，锚垫板孔径可能大于锚索测力计内径，这样，除周边外，锚索测力计上下端面也可能有小部分呈自由状态，不是全端面均匀受力。②钢垫块刚度大，认为受力后不发生变形。锚具刚度较大，也可以认为受力后不发生变形，但锚垫板不同。③千斤顶及锚索测力计检定时，荷载中心轴与仪器设备中心轴重合，但实际工作中，偏心（中心轴平行但不重合）及倾斜（中心轴倾斜相交）不可避免。

2、施工误差对千斤顶示值的影响。千斤顶对工作环境适应能力较强，构件误差、荷载偏心倾斜、卧式使用（千斤顶一般立姿检定）等影响均很小。对千斤顶进行了室内偏心检定试验：在活塞端面增加一个面积小于活塞的锚具，锚具边缘与活塞边缘对齐以使活塞偏心受力，试验结果相对误差增加不超过1%。实际上，千斤顶张拉锚索时，由于工作锚具及工具锚具在千斤顶两端的定位限位作用，钢绞线在千斤顶内时与千斤顶基本同轴，偏心及倾斜很小，可认为千斤顶示值P即为千斤顶实际负载T。

四、张拉工艺误差

第四步，检查张拉工艺造成的示值误差。锚索张拉过程为：①依次安装锚垫板、锚索测力计、工作锚具、工作夹片、限位板、千斤顶、工具锚具及工具夹片。②千斤顶预张拉。千斤顶刚安装时，钢绞线是向下弯曲的，随着千斤顶出力逐渐受拉伸直，伸直过程中，应不断轻击工具夹片，使各束钢绞线松紧程度尽量相同。钢绞线伸直后，千斤顶将各构件逐渐压紧在基座上，各构件端面平行且均匀接触时，千斤顶中心轴与基座表面应大体垂直。③按要求分级张拉。④千斤顶卸载放张，钢绞线回弹，工作夹片自锁定。

1、张拉损失。千斤顶张拉时，限位板边缘压紧锚具，中部顶压夹片，工作夹片没有完全楔入锚具孔内，处于半松弛状态。钢绞线受拉后伸长，与夹片之间产生摩阻力f（不安装夹片时，钢绞线与锚具孔道间也有较小的摩阻力），施加在锚索自由段上的应力F=T-f，锚索测力计测量到的力是F而不是T，f为张拉损失。影响f的主要因素有三：①限位板的深度h。②安装误差。③千斤顶负载T。分析认为：当钢绞线完全平直无弯曲时，与夹片之间的咬合力基本不变，但张拉系统通常都存在着程度不一的偏心及倾斜，产生的法向分力加重了夹片与钢绞线的咬合程度，即加大了摩阻力f，致使T越大，f越大。

2、锁定损失。锁定损失主要是千斤顶卸荷后锚索回缩所致。钢绞线回缩，带动夹片向锚具孔深处移动楔紧，钢绞线、锚具及夹具回缩及变形，使预应力发生损失，剩余的预应力称为锁定应力，锁定应力与张拉时锚索受到的最大拉力之差即为锁定应力损失。锚具及夹片确定后，锁定损失与限位板深度、千斤顶负载及锚索自由段长度等因素有关。

结束语

锚索个体之间差异性较大，要全面准确了解其真实应力是困难的。千斤顶及锚索测力计各有所长，只有把两者结合应用，同时利用千斤顶的示值稳定及锚索测力计能够全程监测的特点，才能对整体锚索的真实应力状态有个全面的、平均的、近似准确的了解。

参考文献：

[1]JJG621―2005液压千斤顶检定规程[S].2005.

[2]GB/T13606―2007振弦式传感器通用技术条件[S].2007.

[3]曹建勇，段国学.锚索测力计有关应用问题的探讨[J].大坝与安全，2007（4）：2527.