CN102539023A - 一种吊杆张拉及张力测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能精确测量桥梁吊杆张力并对吊杆进行张拉的方法及装置。所述装置由开有中心孔的锚垫板、开有调节窗口的套筒、固定螺母、穿心千斤顶、穿心力传感器、测力仪、限位螺母、张拉杆、测力仪组成，所述方法先根据胡克定律及吊杆最大设计张力确定穿心力传感器，再计算出张拉杆最大应力，以此为依据选择张拉杆杆身材料，然后确定穿心力传感器的选型，最后依次装配装置工件，用穿心千斤顶对吊杆实施张拉并读取测力仪所显示穿心力传感器的力值。本发明装置结构简单，精度高，可拆卸反复使用，成本低廉。

Description

一种吊杆张拉及张力测量方法及其装置

技术领域

本发明属于桥梁技术领域，涉及一种桥梁的测量，更具体的说，涉及一种吊杆张拉及张力测量方法及其装置。

背景技术

系杆拱桥是高次超静定结构，它通过吊杆将拱与梁组合在一起，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，并且拱端的水平推力由系杆承受，使拱端支座不产生水平推力。故吊杆张力的大小是影响拱桥结构受力的核心要素，直接影响桥梁受力的合理性，从而影响到桥梁的安全性、使用寿命和桥面线型等。故吊杆的张力控制对于系杆拱桥至关重要，必须在施工和使用过程中测量并严格控制每根吊杆的张力。

目前施工中常用的吊杆张力测量方法有以下几种：油压表法、压力传感器法、磁通量法及频率法。其中，油压表法是利用千斤顶油压面积一定时，油缸中的液压与千斤顶的张拉力成比例的原理工作，将油压表读数换算成千斤顶的张拉力，其测试精度易受千斤顶的高度及油管长度变化等影响，使得精度偏低且不稳定，而且此法只能在吊杆张拉时使用。压力传感器法是将压力传感器装在每根吊杆的锚头，无法取出，直接测量吊杆的张力，此方法精度高，但成本也非常高，所以一般不采用。磁通量法是根据吊杆的张力、温度与磁通量变化的关系，利用电磁传感器，测试磁通量变化来推算，此法尚不成熟，未广泛应用。频率法是利用受拉吊杆张力与自振频率之间的关系，通过振动测试设备现场测量吊杆的自振频率来推算其对应张力的方法，该方法中所有仪器都可以重复利用，故频率法是目前最经济、实用的方法，但此法的测量精度很大程度上取决于吊杆的边界约束条件、计算长度、抗弯刚度、线密度等参数，在上述参数理想化的情况下可获得较好的测试精度，而在实际工程中吊杆的约束条件非常模糊，计算长度和抗弯刚度也无法明确，且加装阻尼减震器后上述参数将变得更为复杂，这将导致频率法推算的张力产生很大的误差，甚至是错误的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的问题和不足，提供一种既方便吊杆的张拉施工，又能精确地控制其张力，成本很低，且可重复使用的吊杆张拉及张力测量方法及其测量装置。

为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种吊杆张拉及张力测量方法，包括以下步骤：

(1)根据吊杆最大长度L、预先设计的最大张力F以及按材料力学胡克定律

计算吊杆受最大张力F时产生的最大伸长量ΔL，以此为依据选用承载大于F和行程大于ΔL的穿心千斤顶；式中：E为吊杆中钢绞线的弹性模量，A₁为吊杆中钢绞线的总横截面面积；

(2)设计与吊杆头部形状相配合的张拉杆，根据材料力学公式

计算出张拉杆工作时的最大应力σ，选用屈服强度大于σ的张拉杆杆身材料；式中：A₂为张拉杆杆身横截面面积；

(3)根据吊杆预先设计的最大张力F和张拉杆杆身横截面面积A₂，按照穿心力传感器量程大于F、内径大于张拉杆的杆身直径确定穿心力传感器的选型；

(4)在结构物即拱桥钢管拱上表面预设锚固点位置固定安装中间有开孔的锚垫板，利用起重设备将吊杆下端锚固于结构物的另一预设锚固点，吊杆上端通过固定螺母初步固定在锚垫板上，并与张拉杆通过螺纹连接，然后沿张拉杆自下而上依次套装圆周壁上开有调节窗口的套筒、穿心千斤顶、前穿心球窝、前穿心球面、穿心力传感器、后穿心球面、后穿心球窝、限位螺母，其中穿心力传感器采用屏蔽信号线连接到外置的测力仪；

(5)驱动穿心千斤顶工作，推动穿心力传感器和限位螺母，使张拉杆带动吊杆沿张拉方向运动，从而实现对吊杆的张拉，此时吊杆张力与穿心力传感器所受压力相等，读取测力仪所显示穿心力传感器的力值即为测定吊杆中的实际张力。

为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的另一个技术方案是：一种上述吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，由开有中心孔的锚垫板、开有调节窗口的套筒、固定螺母、穿心千斤顶、穿心力传感器、测力仪、限位螺母、张拉杆组成，所述锚垫板焊接固定于结构物上端，张拉杆下端与穿过锚垫板的吊杆螺纹连接，在吊杆与张拉杆连接端外周设置有用于固定吊杆受力状态的固定螺母，沿张拉杆自下而上依次套装开有调节窗口的套筒、穿心千斤顶、穿心力传感器、限位螺母，其中穿心力传感器以屏蔽信号线连接到外置的测力仪。

上所述穿心力传感器下端装配有前穿心球窝和前穿心球面，在穿心力传感器上端装配有后穿心球面和后穿心球窝；所述固定螺母外周面上开有至少1个调节孔；所述穿心力传感器内壁设置限位滚珠装置；所述套筒采用高强度铝合金材料。

本发明与现有技术相比具有如下特点和有益效果：

由于采用穿心千斤顶张拉和穿心力传感器配合测试压力的方式，可以直接精确读出吊杆的张力值，避免因施工时张力控制精度低而反复调整；实现与力传感器法同等的测试精度，且可同时实现吊杆的张拉和张力的精确测量。同时，装置组件活动连接，可拆卸，施工中可以反复使用，成本较低，利于推广；可用于土木工程或其他工业领域中受拉杆件(或索)的张拉和张力控制，应用领域宽泛。

附图说明

图1为本发明测量装置的结构示意图；

图2为图1A-A剖面放大图；

图3为图1B-B剖视放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，由开有中心孔的锚垫板1、开有调节窗口3的套筒4、固定螺母2、穿心千斤顶5、穿心力传感器8、测力仪23、限位螺母11、张拉杆16组成，所述锚垫板1焊接固定于结构物17上端面，张拉杆16下端与穿过锚垫板1的吊杆18螺纹连接，在吊杆18与张拉杆16连接端外周设置有用于固定吊杆受力状态的固定螺母2，沿张拉杆16自下而上依次套装开有调节窗口3的套筒4、穿心千斤顶5、穿心力传感器8、限位螺母11，其中穿心力传感器8还以屏蔽信号线与外置的测力仪23相连接。

上所述穿心力传感器8下端还装配有前穿心球窝6和前穿心球面7，在穿心力传感器8上端装配有后穿心球面9和后穿心球窝10，所述固定螺母2外周面上开有4个调节孔，便于紧固、调整吊杆18的位置；所述套筒4采用高强度铝合金材料。所述锚垫板1上开有适合套筒4下端外螺纹的螺纹槽，在套筒4的上端开有适合穿心千斤顶5下端外径的卡槽，以保证测试装置的各构件紧密连接。

如图2所示，所述穿心力传感器8内壁圆周均匀布有4个限位滚珠装置15。

装置的工作原理：当对吊杆18进行张拉或进行张力调节时，用穿心千斤顶5对吊杆18实施张拉，穿心千斤顶5工作时，穿心千斤顶5的活塞推动前穿心球窝6、前穿心球面7、穿心力传感器8、后穿心球窝10、后穿心球面9和限位螺母11，使张拉杆16带动吊杆18沿张拉方向运动，此时吊杆18受拉，穿心力传感器8受压，忽略极微小的摩擦力的影响，则吊杆18张力与穿心力传感器8所受压力相等；由于球铰装置的存在，使穿心力传感器8可以自行调节到最佳状态，防止产生偏压而影响测试精度。穿心力传感器8的内径与张拉杆16的外径尺寸相匹配，并在穿心力传感器8的内壁圆周上均匀设置4个设置有限位滚珠装置15，当受拉吊杆18呈倾斜或水平状态时，限位滚珠装置15可以保证穿心力传感器8的中心轴线与张拉杆16的轴线一致，防止其受压不均匀。通过穿心力传感器8和测力仪23精确控制张力大小到预定值，再利用调节杆通过调节窗口3插入调节孔使固定螺母2锚固于锚垫板1，从而固定吊杆18的张力值。通过测力仪23可读取穿心力传感器8所受压力值，该传感器测力精度可优于0.5％。

一种吊杆张拉及张力测量方法，包括以下步骤：

以京沪高铁跨锡北运河系杆拱桥为例，其吊杆的最大长度L为22.58米；预先设计的最大张力F为1239KN；吊杆头部形状为圆形，外螺纹直径为200毫米，内螺纹直径为115毫米；吊杆中钢绞线总直径为90毫米，即其总横截面面积A₁为6358.5平方毫米；吊杆中钢绞线的弹性模量E为195000MPa。

(1)根据吊杆18最大长度L、预先设计的最大张力F以及按材料力学胡克定律

计算吊杆18受最大张力F时产生的最大伸长量ΔL为22.56毫米，以此为依据选用承载大于F和行程大于ΔL的穿心千斤顶5；式中：E为吊杆18中钢绞线的弹性模量，A₁为吊杆18中钢绞线的总横截面面积；

(2)设计与吊杆18头部形状相配合的张拉杆16，即取张拉杆16直径为115毫米，张拉杆16杆身横截面面积A₂为10381.6平方毫米，根据材料力学公式

计算出张拉杆16工作时的最大应力σ为119.345MPa，选用屈服强度大于σ的张拉杆16杆身材料，如牌号为Q235的钢材；式中：A₂为张拉杆16杆身横截面面积；

(3)根据吊杆18预先设计的最大张力F和张拉杆16杆身横截面面积A₂，按照穿心力传感器8量程大于F、内径大于张拉杆16的杆身直径确定穿心力传感器8的选型；

(4)在结构物17即拱桥钢管拱上表面预设锚固点位置固定安装中间有开孔的锚垫板1，利用起重设备将吊杆18下端锚固于结构物17的另一预设锚固点，吊杆18上端通过固定螺母2初步固定在锚垫板1上，并与张拉杆16通过螺纹连接，然后沿张拉杆16自下而上依次套装圆周壁上开有调节窗口3的套筒4、穿心千斤顶5、前穿心球窝6、前穿心球面7、穿心力传感器8、后穿心球面9、后穿心球窝10、限位螺母11，其中穿心力传感器8采用屏蔽信号线连接到外置的测力仪23；

(5)驱动穿心千斤顶5工作，推动穿心力传感器8和限位螺母11，使张拉杆16带动吊杆18沿张拉方向运动，从而实现对吊杆18的张拉，此时吊杆18张力与穿心力传感器8所受压力相等，读取测力仪23所显示穿心力传感器8的力值即为测定吊杆18中的实际张力。

Claims (6)

1.一种吊杆张拉及张力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据吊杆(18)最大长度L、预先设计的最大张力F以及按材料力学胡克定律计算吊杆(18)受最大张力F时产生的最大伸长量ΔL，以此为依据选用承载大于F和行程大于ΔL的穿心千斤顶(5)；式中：E为吊杆(18)中钢绞线的弹性模量，A₁为吊杆(18)中钢绞线的总横截面面积；

(2)设计与吊杆(18)头部形状相配合的张拉杆(16)，根据材料力学公式

计算出张拉杆(16)工作时的最大应力σ，选用屈服强度大于σ的张拉杆(16)杆身材料；式中：A₂为张拉杆(16)杆身横截面面积；

(3)根据吊杆(18)预先设计的最大张力F和张拉杆(16)杆身横截面面积A₂，按照穿心力传感器(8)量程大于F、内径大于张拉杆(16)的杆身直径确定穿心力传感器(8)的选型；

(4)在结构物(17)即拱桥钢管拱上表面预设锚固点位置固定安装中间设有开孔的锚垫板(1)，利用起重设备将吊杆(18)下端锚固于结构物(17)的另一预设锚固点，吊杆(18)上端通过固定螺母(2)初步固定在锚垫板(1)上，并与张拉杆(16)通过螺纹连接，然后沿张拉杆(16)自下而上依次套装圆周壁上开有调节窗口(3)的套筒(4)、穿心千斤顶(5)、前穿心球窝(6)、前穿心球面(7)、穿心力传感器(8)、后穿心球面(9)、后穿心球窝(10)、限位螺母(11)，其中穿心力传感器(8)采用屏蔽信号线连接到外置的测力仪(23)；

(5)驱动穿心千斤顶(5)工作，推动穿心力传感器(8)和限位螺母(11)，使张拉杆(16)带动吊杆(18)沿张拉方向运动，从而实现对吊杆(18)的张拉，此时吊杆(18)张力与穿心力传感器(8)所受压力相等，读取测力仪(23)所显示穿心力传感器(8)的力值即为测定吊杆(18)中的实际张力。

2.一种如权利要求1所述的吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，其特征在于，由中间设有开孔的锚垫板(1)、圆周壁上开有调节窗口(3)的套筒(4)、固定螺母(2)、穿心千斤顶(5)、穿心力传感器(8)、测力仪(23)、限位螺母(11)、张拉杆(16)组成，所述锚垫板(1)固定设置于结构物(17)上端面，张拉杆(16)下端与穿过锚垫板(1)的吊杆(18)螺纹连接，在吊杆(18)与张拉杆(16)连接端外周设置有用于固定吊杆(18)受力状态的固定螺母(2)，沿张拉杆(16)自下而上依次套装开有调节窗口(3)的套筒(4)、穿心千斤顶(5)、穿心力传感器(8)、限位螺母(11)，其中所述的穿心力传感器(8)还以屏蔽信号线连接到外置的测力仪(23)。

3.根据权利要求2所述吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，其特征在于所述穿心力传感器(8)下端装配有前穿心球窝(6)和前穿心球面(7)，在穿心力传感器(8)上端装配有后穿心球面(9)和后穿心球窝(10)。

4.根据权利要求2所述吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，其特征在于所述固定螺母(2)外周面上开有至少1个调节孔。

5.根据权利要求2或3所述吊杆张拉及张力测量方法的测量装置，其特征在于所述穿心力传感器(8)内壁设置限位滚珠装置(15)。

6.根据权利要求2所述吊杆张拉及张力测量装置，其特征在于所述套筒(4)采用高强度铝合金材料。

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