本使用說明僅適用于四川葛南儀器有限公司生產(chǎn)的VWRF型振弦式錨桿應(yīng)力計，其中包括有VWRF-16、VWRF-18、VWRF-20、VWRF-22、VWRF-25、VWRF-28、VWRF-32、VWRF-36、VWRF-40等型號。
1用途
VWRF型振弦式錨桿應(yīng)力計適用于長期埋設(shè)在水工結(jié)構(gòu)物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)，測量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的鋼筋應(yīng)力、錨桿的錨固力、拉拔力等，并可同步測量埋設(shè)點的溫度。加裝配套附件可組成錨管測力計、基巖應(yīng)力計等測量應(yīng)力的儀器。
振弦式錨桿計有溫度自動補償功能，經(jīng)試驗溫度修正系數(shù)甚小，使用中不需要溫度修正。
2規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)
| 規(guī)格代號 | F-16 | F-18 | F-20 | F-22 | F-25 | F-28 | F-32 | F-36 | F-40 | ||
| 尺寸參數(shù) | 連接桿直徑d， mm | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 | 28 | 32 | 36 | 40 | |
| 鋼套截面積A， cm2 | 2.01 | 2.55 | 3.14 | 3.80 | 4.91 | 6.16 | 8.04 | 10.2 | 12.6 | ||
| 鋼套長度L， mm | 120 | ||||||||||
| 性能參數(shù) | 應(yīng)力測 | 拉伸， MPa | 300 | ||||||||
| 量范圍 | 壓縮， MPa | 200 | |||||||||
| 最小讀數(shù)k， MPa/F | ≤0.10 | ||||||||||
| 溫度測量范圍， ℃ | -25～+60 | ||||||||||
| 溫度測量精度， ℃ | ±0.5 | ||||||||||
| 溫度修正系數(shù)b，MPa/℃ | ≤0.10 | ||||||||||
| 絕緣電阻， MΩ | ≥50 | ||||||||||
| 測水壓，MPa | ≥1 | ||||||||||
注：頻率模數(shù)F=Hz2×10-3
3結(jié)構(gòu)及工作原理
3.1結(jié)構(gòu)
VWRF型振弦式錨桿應(yīng)力計由前后連接拉桿、錨桿應(yīng)力計 (鋼筋計)、信號傳輸電纜等組成。
3.2工作原理
錨桿應(yīng)力計與所要測量的錨桿(鋼筋作錨桿)連接可采用螺紋接頭或焊接方式，當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的鋼筋發(fā)生應(yīng)力變化時，錨桿計將受到拉伸或壓縮而產(chǎn)生變形，振弦式應(yīng)變計輸出的信號頻率發(fā)生變化使內(nèi)部振弦的應(yīng)力變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)鋼筋所受的應(yīng)力。并可同步測量埋設(shè)點的溫度值。
3.3計算方法：
a) 當(dāng)外界溫度恒定錨桿應(yīng)力計僅受到軸向應(yīng)力時，其應(yīng)力σ與輸出的頻率模數(shù)△F具有如下線性關(guān)系：
σ= k△F
△F = F - F0
式中：k — 錨桿應(yīng)力計測量應(yīng)力值的最小讀數(shù)，單位為MPa/F；
△F — 錨桿應(yīng)力計實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量，單位為F；
F — 錨桿應(yīng)力計的實時測量值，單位為F；
F0 — 錨桿應(yīng)力計的基準(zhǔn)值，單位為F。
b) 當(dāng)錨桿應(yīng)力計不受外力作用時，而溫度增加△T時，錨桿應(yīng)力計有一個輸出量△F′，這個輸出量僅僅是由溫度變化而造成的，因此在計算時應(yīng)給以扣除。
實驗可知△F′與△T具有如下線性關(guān)系：
σ′= k△F′+ b△T = 0
k△F′= -b△T
△T = T - T0
式中：b — 錨桿應(yīng)力計的溫度修正系數(shù)，單位為MPa /℃；
△T — 溫度實時測量值相對于基準(zhǔn)值的變化量，單位為℃；
T — 溫度的實時測量值，單位為℃；
T0 — 溫度的基準(zhǔn)值，單位為℃。
c) 埋設(shè)在水工結(jié)構(gòu)物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)的錨桿應(yīng)力計，受到的是應(yīng)力和溫度的雙重作用，因此錨桿應(yīng)力計一般計算公式為：
σm = k△F + b△T = k (F - F0) + b (T - T0)
式中：σm — 被測結(jié)構(gòu)物鋼筋所受的應(yīng)力值，單位為MPa 。
注：
VWRF型振弦式錨桿應(yīng)力計的敏感測量元件，其與測力鋼套的材料線膨脹系數(shù)極為接近，振弦式錨桿計具有溫度自動補償功能，經(jīng)試驗測得其溫度修正系數(shù)小于最小
讀數(shù)，實際使用中不需要溫度修正，一般計算時可用公式a。
4 埋設(shè)與安裝
4.1 按鋼筋或空心錨桿直徑選配相應(yīng)規(guī)格的錨桿計,如果規(guī)格不符, 應(yīng)及早與我公司聯(lián)系,進行調(diào)換適合要求的鋼筋計.
4.2 錨桿計電纜接長時.應(yīng)按要求進行,接線完成后檢查錨桿計的絕緣電阻和頻率初值是否正常.要求焊接可靠,穩(wěn)定且接頭的防水性能須達到規(guī)定的耐水壓要求.做好鋼筋計的編號和存檔工作.
4.3錨桿計可在鋼筋加工場預(yù)先與鋼筋焊好,焊接時應(yīng)將鋼筋與錨桿計的連接桿對中之后采用對接法焊接在一起.如果在現(xiàn)場焊接,可在埋設(shè)錨桿計的位置上將鋼筋截下相應(yīng)的長度,之后將錨桿計焊上,為了保證焊接強度,在焊接處需加焊條,并涂瀝青,包上麻布,以便與混凝土脫開.為了避免焊接時儀器溫度過高而損壞儀器,焊接時儀器要包上濕麻布并不斷在棉紗上澆冷水,直到焊接完畢后鋼筋冷卻到一定溫度為止
4.4一般直徑小于25mm的儀器才能使用對焊機對焊,直徑大于25mm的儀器不宜采用對焊焊接，現(xiàn)場電焊安裝前應(yīng)先將儀器及鋼筋或空心錨桿焊接處按電焊要求,并在接頭下方墊上10厘米略大于鋼筋的角鋼,以盛熔池中的鋼液,焊縫的焊接強度應(yīng)得到保證.
4.5巖土體錨桿應(yīng)力計安裝埋設(shè):
| 錨桿直徑 | 偏心最小鉆孔直徑 | 聚中最小鉆孔直徑 |
| |
| φ16 | Φ65 | 錨桿入孔埋設(shè)在鉆孔偏離中心的位置。 | Φ90 | 錨桿入孔埋設(shè)在鉆孔中心位置。 |
| φ18 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ20 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ22 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ25 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ28 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ32 | Φ65 | Φ90 | ||
| φ36 | Φ70 | Φ100 | ||
| φ40 | Φ70 | Φ100 | ||
鋼筋計用于測錨桿應(yīng)力時，稱為錨桿應(yīng)力計。裝上錨桿應(yīng)力計的錨桿稱為觀測錨桿。觀測錨桿的安裝埋設(shè)，應(yīng)根據(jù)觀測設(shè)計的安裝時機進行埋設(shè)。具體步驟如下：
4.5.1根據(jù)設(shè)計的要求造孔。鉆孔直徑應(yīng)大于錨桿應(yīng)力計直徑。鉆孔方位應(yīng)符合設(shè)計要求，孔彎應(yīng)小于鉆孔半徑。鉆孔應(yīng)沖洗干凈并嚴(yán)防孔壁沾油污。
4.5.2按照觀測設(shè)計的要求截裁錨桿長度。選用螺紋連接的錨桿應(yīng)力計，需要在裁截后的錨桿上先焊接螺紋接頭，然后再與錨桿應(yīng)力計用螺紋連接，接頭與錨桿應(yīng)保持同軸。
4.5.3觀測錨桿的組裝。將錨桿應(yīng)力計按設(shè)計深度與裁截的錨桿對接，同時安裝好排氣管。需要對焊的錨桿應(yīng)力計，應(yīng)在冷卻下進行對焊，錨桿應(yīng)力計與錨桿應(yīng)保持同軸。
4.5.4組裝檢測合格后，將組裝的觀測錨桿緩慢地送入鉆孔內(nèi)。安裝時，應(yīng)確保錨桿應(yīng)力計不產(chǎn)生彎曲，電纜和排氣管不受損壞，錨桿根部應(yīng)與孔口平齊。
4.5.5錨桿應(yīng)力計入孔后，引出電纜和排氣管，裝好灌漿管，用水泥砂漿封閉孔口。
4.5.6安裝檢測合格后，進行灌漿埋設(shè)。一般水泥砂漿配合比宜為灰砂比為1:1~1:2，水灰比為0.38~0.40。灌漿時，應(yīng)在設(shè)計規(guī)定的壓力下進行，灌至孔內(nèi)停止吸漿時，持續(xù)10分鐘，即可結(jié)束。砂漿固化后，測其初值。
4.6 預(yù)應(yīng)力錨桿測力計安裝埋設(shè):
錨桿測力計用于觀測預(yù)應(yīng)力錨桿預(yù)應(yīng)力的形成與變化。當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力錨桿廣泛地應(yīng)用于巖土工程的錨固結(jié)構(gòu)中，通過安裝測力計觀測錨桿，可以了解錨固力的形成與變化，從而保證監(jiān)測工程的質(zhì)量與安全。測力計的安裝包括安裝測力計和觀測錨桿的張拉鎖定，即測力計安裝后加載的過程。具體步驟如下：
4.6.1觀測錨桿張拉前，將測力計安裝在孔板上。帶專用傳力板的測力計，先將傳力板安裝在孔板上，使測力計或傳力板與孔軸垂直，偏斜應(yīng)小于0.5°，偏心應(yīng)不大于5mm。
4.6.2安裝張拉機具和錨具，同時對測力計的位置進行校驗，合格后，開始預(yù)緊和張拉。
4.6.3只作施工監(jiān)測的測力計，應(yīng)安裝在外錨板的上部。
4.6.4觀測錨桿應(yīng)與其有影響的其他工作錨桿張拉之前進行張拉加荷。張拉程序一般應(yīng)與工作錨桿的張拉程序相同。有特殊需要時，可另行設(shè)計張拉程序。
4.6.5測力計安裝就位后，加荷張拉前，應(yīng)準(zhǔn)確測得初始值和環(huán)境溫度。反復(fù)測讀，三次讀數(shù)差小于1%（F.?S），取其平均值作為觀測基準(zhǔn)值。
4.6.6基準(zhǔn)值確定后，分級加荷張拉，逐級進行張拉觀測。一般每級加荷載測讀一次，級荷載進行穩(wěn)定觀測，以5分鐘測一次，連續(xù)三次讀數(shù)差小于1%（F.?S）為穩(wěn)定。張拉荷載穩(wěn)定后，應(yīng)及時測讀鎖定荷載。張拉結(jié)束之后，根據(jù)荷載變化速率確定觀測時間間隔，進行鎖定后的穩(wěn)定觀測。
4.6.7長期觀測錨桿測力計及電纜線路應(yīng)設(shè)保護裝置。
4.6 邊坡鉆孔安裝方法
4.6.1按照設(shè)計施工要求，錨桿應(yīng)力計安裝埋沒時須要鉆孔，鉆孔可采用鉆機造孔，而鉆孔的孔徑大小是根據(jù)孔內(nèi)的錨桿應(yīng)力計直徑（含儀器電纜引出端）及儀器支數(shù)而定。孔徑約估￠90～120㎜，孔斜不得超過1％。孔造好後，檢查鉆孔直徑和孔深，須采用高壓水沖孔，直至孔內(nèi)水變清。
4.6.2桿應(yīng)力計是在孔內(nèi)安裝，錨桿做傳遞桿，傳遞桿長度是取決于設(shè)計圖中孔內(nèi)測點的位置，傳遞桿始終是一頭接錨頭，另一頭接傳感器（錨桿應(yīng)力計），接頭處是采用電焊連接或螺紋連接(螺紋擰緊時要用厭氧膠粘結(jié))。
4.6.3采用電焊連接時，應(yīng)將錨桿與錨桿計的連接桿對中之后采用對接法焊接在一起。為了保證焊接強度,在焊接處需加焊條,并涂瀝青,包上麻布,以便與混凝土脫開。為了避免焊接時儀器溫度過高而損壞儀器,焊接時儀器要包上濕麻布并不斷在棉紗上澆冷水,直到焊接完畢后鋼筋冷卻到一定溫度為止。焊接過程中儀器的溫度要保持低于60oC 。
4.6.4將接好錨頭和儀器的鋼筋傳遞桿、灌漿管一起插入鉆孔中，錨桿一頭固定在錨固板上，一頭灌漿(40～50㎝)固定住錨頭，經(jīng)測量確認(rèn)儀器工作是正常，理順電纜，用特制的帶活塞送漿管，將砂漿推送到孔底，直至孔口灌滿。
錨桿測力計安裝埋設(shè)時，錨桿測力計和墊板的接觸面不允許有異物存在，墊板與測力計的接觸面緊密。測力計和墊板與埋設(shè)孔的軸線的垂直度、傾斜度和偏心值應(yīng)按設(shè)計規(guī)范控制。錨桿測力計安裝后，安裝錨桿測力計時，檢查孔板座的平整度，然后把測力計墊板套在錨桿上，并保證在錨桿的中心位置，然后施加預(yù)應(yīng)力。安裝錨桿測力計見安裝示意圖。加荷后，準(zhǔn)確測量其初始值和環(huán)境溫度，連續(xù)測讀三次，取其平均值作為監(jiān)測的基準(zhǔn)值。
5 操作與使用方法
5.1 測量
測量振弦式錨桿計先將測量線連接VW-102型振弦讀數(shù)儀，將各色夾子對應(yīng)連接上錨桿計的輸出電纜， 黑、紅測頻率，白、綠測溫度。振弦式錨桿計內(nèi)附有智能識別芯片，其內(nèi)存貯有該錨桿計的編號、系數(shù)K、溫度修正系數(shù)b等信息。用讀數(shù)儀測量時會自動將識別信息讀出，順序存入讀數(shù)儀內(nèi)，通訊給計算機，方便快速統(tǒng)計計算及查詢，使測量實現(xiàn)人工智能無紙化操作。
工程現(xiàn)場多支錨桿計電纜被意外挖斷，用讀數(shù)儀測量一遍，自動識別出每支錨桿計所對應(yīng)的編號及身份信息。
5.2 錨桿計故障排查
當(dāng)振弦式錨桿計測量出現(xiàn)故障時，可用萬用表檢查傳感器芯線間的電阻值，其正常狀況紅、黑芯線電阻值通常為300Ω左右；綠、白芯線電阻值在溫度25℃時應(yīng)為3kΩ左右；紅、黑線對綠、白線或?qū)ζ帘尉€(裸線)間絕緣電阻值應(yīng)﹥50MΩ(測量絕緣電阻時可使用100V 直流兆歐表，萬用表測量絕緣電阻應(yīng)用MΩ檔，其值應(yīng)為無窮大∞)。
5.3 電纜故障排查
振弦式錨桿計電纜接長通常用型號為YSPT－4水工專用觀測電纜，其電纜電阻值約為45Ω/km左右。
5.4 用萬用表測量(黑、紅芯線)的電阻值：正常情況為300Ω左右，再加上電纜電阻值。
a) 如果電阻測值正常，可能儀器損壞或進水；
b) 如果電阻測值非常大或無窮大，電纜可能斷路；
c) 如果電阻測值非常小，電纜可能是短路。
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量不出頻率值。
5.5 用萬用表測量(白、綠芯線)的電阻值：正常情況在溫度25℃時應(yīng)為3kΩ左右，再加上電纜的電阻。
a) 如果電阻測值正常，請檢查讀數(shù)儀及其測量連接線；
b) 如果電阻測值非常大或無窮大，電纜可能是斷路；
c) 如果電阻測值非常小，電纜可能短路。
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量不出溫度值。
5.7 用100V 直流兆歐表或萬用表測量鋼筋計芯線(紅、黑線對地線，白、綠線對地線，紅、黑線對白、綠線)的電阻，其測值如果很小(﹤5MΩ)，可能電纜接頭進水短路。
其表現(xiàn)為讀數(shù)儀測量正常，MCU-32自動測量單元測量頻率值可能會引起測值不穩(wěn)，測量溫度值將比正常值偏低10～20℃左右。
5.8 讀數(shù)儀測值不穩(wěn)
a) 將屏蔽線并接到讀數(shù)儀測量線的黑線夾子上；
b) 可能電纜接頭處進水，將其剪掉，重新連接；
c) 確定錨桿計的頻率范圍，正確選擇讀數(shù)儀的激勵類型；
d) 確定錨桿計的電阻基值，正確選擇讀數(shù)儀的電阻基值；
e) 檢查附近是否有干擾源，如電機、發(fā)電機、天線或交流動力電纜，遠離上述干擾源。
5.9 其它
振弦式錨桿計安裝就位前、后應(yīng)及時測量頻率和溫度值，根據(jù)錨桿計編號和設(shè)計編號作好記錄并存檔，特別注意保護錨桿計信號引出電纜。
安全監(jiān)測儀器術(shù)語定義
頻率模數(shù)：振弦式傳感器的測量單位之一，為輸出信號頻率平方的千分之一（f2/1000），以kHz2表示。
起始值：儀器在現(xiàn)場零荷載下的測值。
初始值：儀器安裝后，在既定荷載下，安裝影響消除后的測值。
基準(zhǔn)值：相對于荷載條件的計算起點的測值。
滿量程：儀器標(biāo)稱范圍兩極限之差的模，以FS表示。例如，對從－10V～＋10V的標(biāo)稱范圍，其量程為20V。
振弦式傳感器工作特性所決定的輸出頻率的平方和最小輸出頻率的平方的代數(shù)差。
以頻率模數(shù)（輸出頻率的平方除以1000）為輸出量的振弦式傳感器，其滿量程輸出可表征為其輸出頻率模數(shù)和最小輸出頻率模數(shù)的代數(shù)差。
分辨力：在測量范圍內(nèi)，振弦式傳感器所能感測的被測量的最小變化值，以滿量程輸出百分比表示。
滯后：振弦式傳感器在輸入量作滿量程變化時，對于同一輸入量，傳感器的正、反行程輸出量的偏差，以滿量程輸出百分比表示。
不重復(fù)度：振弦式傳感器在一段時間間隔內(nèi)，在相同的工作條件下，輸入量從同一方向作滿量程變化，多次趨近并到達同一校準(zhǔn)點時所測量的一組輸出量之間的分散程度，以滿量程輸出百分比表示。
非線性度：振弦式傳感器正 、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的偏差，用滿量程輸出的百分比來表示。
綜合誤差：振弦式傳感器進程平均校準(zhǔn)曲線和回程平均校準(zhǔn)曲線二者與工作直線的偏差，用滿量程輸出的百分比來表示；該誤差是反映振弦式傳感器的綜合性能指標(biāo)。
