CN101762351B - 一种大型建筑物拉杆拉力测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型建筑物拉杆拉力测量方法，其特点是，设计一个同材质的参照拉杆，参照拉杆与待测拉杆并列设置，将参照拉杆一端与待测拉杆固定连接，在参照拉杆另一端前方的待测拉杆上设置支架，支架与参照拉杆端面留有伸缩缝；在待测拉杆使用前测量伸缩缝的间隙大小，待测拉杆受力后再测量伸缩缝的间隙大小，计算两测量值的差值再根据胡克定律计算出待测拉杆使用后承受拉力的大小。和现有技术中振频法、磁弹法、应变法相比，本发明方法具备简单、便捷、成本低廉、测量精准等优点。

Description

一种大型建筑物拉杆拉力测量方法

技术领域

本发明涉及一种悬索桥、斜拉桥等大型建筑物拉杆所受拉力大小的测量方法。

背景技术

目前，在悬索桥、斜拉桥等大型建筑物中常常采用拉杆承载的方式进行支撑，对这些拉杆所受拉力大小的测量，对于评估这些结构的安全有着非常重要的作用。现有技术中，测量这些拉杆拉力的办法主要有：

振频法：利用拉索的振动频率估计其所受拉力。但其误差大，受环境因素影响严重，标定比较复杂，并且经常由于其不能自振动而无法测量。

磁弹法：利用磁弹效应测量拉力，但其往往需要在建设时就进行预安装，且测量误差大，投入成本高。标定同样比较复杂。

应变法：利用局部应力变化推算拉力，但其测量误差很大，不同长度的拉索也需要分别标定。

综上所述，上述现有的测量方法，均具有测量程序复杂、测量成本高、测量误差大等缺陷；故如何设计一种简单、便捷、成本低廉、测量精准的拉杆受力测量方法已成为本领域有待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述不足，而提供一种简单、便捷、成本低廉、测量精准的大型建筑物拉杆拉力测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种大型建筑物拉杆拉力测量方法，其特点是，设计一个同材质的参照拉杆，参照拉杆与待测拉杆并列设置，将参照拉杆一端与待测拉杆固定连接，在参照拉杆另一端前方的待测拉杆上设置支架，支架与参照拉杆端面留有伸缩缝；在待测拉杆使用前测量伸缩缝的间隙大小，待测拉杆使用安装完毕后已受力时再测量伸缩缝的间隙大小，计算两测量值的差值再根据胡克定律计算出待测拉杆使用后承受拉力的大小。

胡克定律是力学基本定律之一，其表述为：在弹性限度之内，物体的形变跟引起形变的外力成正比，其表达式为F＝K·X。表达式中，F表示物体所受外力；K表示物体倔强系数，倔强系数在数值上等于物体伸长单位长度时的弹力；X表示物体的形变量。本技术方案即应用了胡克定律，当采用本技术方案得到的两测量值的差值即为待测拉杆被测量段的形变量，该差值除以待测拉杆被测量段距离与待测拉杆受力段距离比值即得到待测拉杆总形变量，将待测拉杆总形变量乘以待测拉杆倔强系数即可得到待测拉杆所受拉力大小。其中待测拉杆被测量段距离即为参照拉杆长度加伸缩缝初始宽度，待测拉杆受力段距离即为待测拉杆使用后两端固定点之间长度，待测拉杆倔强系数可以查表得到或者经直接测试得到。

在对测量精度要求很高时，应考虑拉杆的倔强系数的一致性问题，即拉杆的伸长量与其所受拉力并非完全成线性关系，需要预先进行测试和标定，拟合F与X的函数关系。然后根据拟合的函数关系式和测得值计算F。

作为进一步优化，本方法中采用位移计测量伸缩缝大小，可以保证测量结果的精确度，位移计一端固定在参照拉杆上，另一端固定在支架上，同时，将位移计信号线与计算机设备相连，通过计算机设备进行自动计算并实现实时在线监测。这样，不仅仅可以测量计算出待测拉杆安装好后所受拉力大小，而且可以实现对待测拉杆受力情况的长期监测。进一步地还设置有第二个位移计，第二个位移计与第一个位移计规格相同且并列设置，第二个位移计仅一端固定在参照拉杆或者支架上，第二个位移计信号线同样与计算机设备相连；这样，当用于长期监测时，第二个位移计可以测量出由于环境变化而造成的位移计本身的微小变形，将第一个位移计测量得到的伸缩缝变化量减去第二个位移计测量的位移计本身变形量，得到伸缩缝的实际变化量，减小了误差，进一步提高了测量精度。

具体实施时，由于拉杆材料通常为金属材质，会影响其周围的电磁场，因此两个位移计均优选非电类位移计，如光纤位移计。虽然使用了两个位移计以克服环境的干扰，但要进一步提高测量精度，应优先采用非电类位移计。

本方法只需两次测量，即可计算得出结果，具有简单快捷的优点；采用工具仅为一根待测拉杆以及常见固定装置、位移测量工具等，无需太大成本即可进行测量；测量原理依据胡克定律，参照拉杆和待测拉杆一体设置，故受环境、温度等影响误差相对抵消，保证了测量结果的精准。故和现有技术中振频法、磁弹法、应变法相比，本发明方法具备简单、便捷、成本低廉、测量精准、受环境影响小、在线监测容易实现等优点。同时在进一步优化后，还可以方便地实现对待测拉杆的受力情况进行长期监控。

附图说明

图1为本发明方法的实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本方法特别适合用于对悬索桥、斜拉桥等大型建筑物拉杆所受拉力大小进行测量。测量时，如图1所示，1为待测拉杆，2为参照拉杆，参照拉杆2采用与待测拉杆1相同材质，可做成细长形，采用参照拉杆2不仅仅可作为测量的参照标准，而且由于材质相同，那么在同样的环境下，其所环境影响而发生的线膨胀相同，如果两杆均不受其它外力，则变化一致，故材料因环境、温度等变换而对测量造成的影响可相互抵消，保证测试结果精准。参照拉杆2一端采用连接装置3与待测拉杆1固定连接，连接装置3可以采用卡箍等常见连接固定装置，在参照拉杆2另一端前方的待测拉杆1上设置支架4，支架4与参照拉杆2相邻一端端面留有伸缩缝；在待测拉杆1使用前测量伸缩缝的间隙大小，待测拉杆1使用安装完毕后再测量伸缩缝的间隙大小，再将两测量值的差值除以待测拉杆1被测量段距离与待测拉杆1受力段距离比值即得到待测拉杆的形变量，将待测拉杆1总形变量乘以待测拉杆1倔强系数即可得到待测拉杆1所受拉力大小。图中标号5为位移计，标号6为位移计信号线。进一步地，实施时采用位移计5测量伸缩缝的间隙大小，位移计5一端固定在参照拉杆2上，另一端固定在支架4上，可对伸缩缝变化前后的大小进行测量，同时将位移计信号线6与位移计读数设备相连，并进而与计算机设备相连，靠计算机设备进行自动计算并实现实时在线监测，并可根据需要通过网络传输到任何位置，进行实时拉力的状态显示、走向分析和报警。同时为进一步提高测量精度，还可在位移计5附近安装相同规格的不受牵引的第二个位移计7，第二个位移计7仅仅一端与参照拉杆2固定且其信号线同样与计算机设备相连，用于在长期监控时测量由于环境变化而造成的位移计本身的微小变形，将第一个位移计5测量得到的伸缩缝变化量减去第二个位移计测量7测得的位移计本身变形量，得到伸缩缝的实际变化量，减小了误差，可进一步提高测量精度。具体实施时，两个位移计均采用光纤位移计。

本发明具有以下优点：1、测量误差小：本方法由于参照拉杆长度可做得较长，同样粗细、长度更大的拉杆倔强系数更小，因此受到同样拉力时变化更明显，因此测量的相对误差更小；2、标定比较方便：由于对比材料的长度固定，因此测量的对象在相同长度内的倔强系数不会变化，因此同种粗细的材料只需一次标定；3、受环境影响小：由于使用同种材料作为参照拉杆，同样的环境变化引起的待测拉杆的变化与参照拉杆相同，不会引起伸缩缝的变化，同时，使用了两个位移计进行差模运算，克服了位移计因环境影响而发生的变化；4、具备安装方便、可将位移测量装置连接到计算机，进行长期实时在线监测。

Claims (1)

1.一种大型建筑物拉杆拉力测量方法，其特征在于，设计一个同材质的参照拉杆，参照拉杆与待测拉杆并列设置，将参照拉杆一端与待测拉杆固定连接，在参照拉杆另一端前方的待测拉杆上设置支架，支架与参照拉杆端面留有伸缩缝；在待测拉杆使用前测量伸缩缝的间隙大小，待测拉杆安装完毕后已受力时再测量伸缩缝的间隙大小，通过计算受力后的测量值与使用前测量值的差值，根据胡克定律和拉杆的倔强系数计算出待测拉杆受力后承受拉力的大小，采用位移计测量伸缩缝大小，位移计一端固定在参照拉杆上，另一端固定在支架上，位移计信号线与计算机设备相连，由计算机设备进行自动计算并实现实时在线监测，还设置有第二个位移计，第二个位移计与第一个位移计规格相同且并列设置，第二个位移计仅一端固定在参照拉杆或者支架上，第二个位移计信号线与计算机设备相连，用以和第一个位移计做差，克服环境影响。

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