CN111366319B - 一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置，包括左、右侧弹性支撑机构、拾振器，左、右侧弹性支撑机构结构相同，左侧弹性支撑机构包括左上、左下弹性支撑机构，拉索的左、右端均通过钢丝绳子固定在试验台上，左下弹性支撑机构包括卡头，卡头固定连接拉伸弹簧，拉伸弹簧通过转环轴承连接收缩杆，收缩杆与夹紧连接杆形成螺旋副连接，夹紧连接杆固定在试验台上，拉索的中间固定重物，拉索上固定拾振器，左下、左上弹性支撑机构的卡头夹紧拉索，采用刚度损伤程度满足工程应用下限的拉锁为试件，测定其在弹性支撑条件下的频率或刚度，与待测的拉锁为测定件进行比较，采用模拟拉锁的工程使用状态，准确性高。

Description

一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置及使用方法

技术领域

本发明属于桥梁工程结构安全监测技术领域，涉及一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置及使用方法。

背景技术

随着我国桥梁工程的发展，斜拉桥成为国内大跨径桥梁的主要桥型之一。斜拉索结构的刚度是斜拉桥结构设计的重要参数。索结构在各种工况下可能会出现损伤，损伤状态的刚度变化是影响桥梁承载能力的直接因素，因此索结构损伤后刚度检测具有重要意义。桥梁拉索在不同外部环境因素的影响下会有不同的振动频率，根据桥梁拉索时振频率的数据，能直接或者间接测量出桥梁拉索的刚度变化，从而能反映出桥梁的安全性能和稳定性能，这是斜拉桥设计与维护的重要科学依据。目前，常用的测量方法有油压表法、压应力法。油压表法和压应力法仅适合在建桥梁的刚度检测，不适合实验室检测，具有局限性。为有效减少工程事故和经济损失，通过在实验室模拟索结构损伤并检测，掌握索结构在损伤状态下的刚度变化规律，具有重要现实意义和经济价值。

有鉴于此，为有效解决索结构在损伤状态下的刚度检测问题，对现有测量方法进行改进，故提出本发明一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于频率法利用拾振器通过测定索结构刚度来检测索结构试样损伤情况的装置。

本发明所采用的技术方案如下：一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置，包括左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构、拾振器、钢丝绳1、细绳21、重物22，左侧弹性支撑机构与右侧弹性支撑机构结构相同，左侧弹性支撑机构包括左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构，左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构上下对称设置；拉索23沿着左右方向水平设置，拉索23的左端、右端均固定连接一根钢丝绳1的一端，而钢丝绳1的另一端均固定在试验台上，钢丝绳1均沿着左右方向水平且同轴设置；

所述的左下弹性支撑机构包括卡头10、拉伸弹簧2、转环轴承13、收缩杆12、夹紧连接杆16，卡头10下端固定连接拉伸弹簧2的上端，拉伸弹簧2的下端通过转环轴承13连接收缩杆12的上端，收缩杆12下端与夹紧连接杆16上端形成螺旋副连接，夹紧连接杆16的下端固定在试验台上；

所述的拉索23的中间固定细绳21上端，细绳21下端固定重物22，所述的拉索23的右端固定激振器固定环，激振器固定环固定拾振器；所述的左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10夹紧拉索23的左端。

所述的夹紧连接杆16上端为空心的螺纹管14结构，空心螺纹管14上设置有径向的贯穿槽9，螺纹管14上部内侧设置有沿着圆周方向的环形凹槽，环形凹槽内安装有弹性支撑环17，弹性支撑环17为设置有轴向缺口的非封闭的圆环，用于弹性支撑环17易于弹性变形，螺纹管14的上部沿着径向开设有轴筒固定孔19，轴筒18的上部与轴筒固定孔19相适应位置开设有插销孔，轴筒18内圆柱面与螺纹管14的外圆柱面沿着上下方向滑动连接，轴筒18位于夹紧连接杆16上部时，弹性支撑环17压缩，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18。

所述的激振器固定环包括环箍3、卡扣4、卡扣固定插销5，所述的环箍3弯曲成环形，环箍3的一端固定卡扣4，卡扣4上设置有用于环箍3另一端穿透的凹槽，卡扣4上设置有插销穿孔8，环箍3另一端沿着圆周方向设置有若干个环箍固定孔7，插销5插入到插销穿孔8和一个环箍固定孔7内，用于将环箍3固定在拉索23上，所述的环箍3上沿着径向的螺纹孔6，用于与拾振器上的丝杆固定连接。

所述的左下弹性支撑机构的卡头10上端中心位置设置有半圆孔，左下弹性支撑机构的卡头10的前后侧均设置一个上下贯穿的光孔，所述的左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，并且共同卡在拉索23的左端，左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的前后侧的光孔均安装一个螺栓11，用于左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10夹紧拉索23。

钢丝绳上设置有拉力计。

所述的转环轴承13包括吊环15、转动连接轴26，转动连接轴26上端、下端均转动连接一个吊环15，拉伸弹簧2的下端固定连接转环轴承13上端设置的吊环15，转环轴承13下端的吊环15固定连接收缩杆12的上端。

所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置的使用方法，包括如下步骤：

准备阶段：

步骤一：选取刚度符合使用条件下限的拉索23为试件，将环箍3固定到试件上，将拾振器的丝杆固定到螺纹孔6内，将拾振器固定在环箍3上，将试件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳1上，并将钢丝绳1拉紧，使试件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F；

步骤二：将左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，共同卡在试件上，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10通过螺栓11固定连接，试件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，试件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，将左下弹性支撑机构的轴筒18向着连接杆24的方向滑动，螺纹管14在弹性支撑环17以及贯穿槽9的作用下，螺纹管14的上端张开，将收缩杆12的螺柱插入到螺纹管14内，将左下弹性支撑机构轴筒18滑动到夹紧连接杆16上部，弹性支撑环17压缩，贯穿槽9上部变窄，空心螺纹管14变形，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18，收缩杆12的螺柱与螺纹管14形成螺旋副连接，左下弹性支撑机构固定试件左端，左上弹性支撑机构固定试件左端，右侧弹性支撑机构固定试件右端；

步骤三：旋转左下弹性支撑机构的收缩杆12、左上弹性支撑机构的收缩杆12、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆12、右上弹性支撑机构的收缩杆12，由于转环轴承13的连接，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2不旋转，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L2，同时使试件两端的钢丝绳拉力相同，均为F1；

步骤四：将细绳21的上端固定在试件的中间位置，将细绳21下端固定重物22，将细绳21剪断，释放重物22，使试件产生振动，拾振器同频振动，采集试件振动频率，此时的频率为左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的频率；

步骤五：将左下弹性支撑机构的轴筒固定插销20从轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内拔出，轴筒18滑动到夹紧连接杆16下部，弹性支撑环17张开，贯穿槽9上部变宽，空心螺纹管14变形，收缩杆12的螺柱从螺纹管14内拔出，左上弹性支撑机构不在拉紧试件左端，右侧弹性支撑机构不在拉紧试件右端，松开螺栓11，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10松开试件，同样的方式，右侧弹性支撑机构的卡头松开试件的右端，松开试件两端固定的钢丝绳1，取下试件，取下细绳21；

频率测定阶段：

步骤一：选取与试件相同规格的待测定的拉索为测定件，将环箍3固定到测定件上，将拾振器固定在环箍3上，将测定件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳1上，并将钢丝绳1拉紧，使测定件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F；

步骤二：将左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10通过螺栓11固定连接，测定件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，测定件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，将左下弹性支撑机构的轴筒18向着连接杆24的方向滑动，螺纹管14在弹性支撑环17以及贯穿槽9的作用下，螺纹管14的上端张开，将收缩杆12的螺柱插入到螺纹管14内，将左下弹性支撑机构轴筒18滑动到夹紧连接杆16上部，弹性支撑环17压缩，贯穿槽9上部变窄，空心螺纹管14变形，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18，左下弹性支撑机构固定测定件左端，左上弹性支撑机构固定测定件左端，右侧弹性支撑机构固定测定件右端；

步骤三：旋转左下弹性支撑机构的收缩杆12、左上弹性支撑机构的收缩杆12、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆12、右上弹性支撑机构的收缩杆12，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L2，同时使测定件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F1；

步骤四：将细绳21的上端固定在测定件的中间位置，将细绳21下端固定重物22，将细绳21剪断，释放重物22，使测定件产生振动，拾振器同频振动，采集测定件振动频率；

步骤五：测量出测定件固定在左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构的频率，如果此时的频率大于试件时测定的频率，则满足工程使用要求，否则则不能继续在工程上使用；

如果继续测量其余测定件在左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构的频率，则直接进入频率测定阶段。

所述的准备阶段，使用公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的刚度，其中K为刚度，m为试件与拾振器整体的质量；

所述的频率测定阶段中，使用公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定测定件时的刚度，此时m为测定件与拾振器整体的质量；测量测定件的刚度与左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度比较，如果刚度大于左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度，则测定件的损伤状况满足工程使用要求，否则则不能在工程上使用。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：拉索上下方向采用弹簧支撑，两端采用钢丝绳拉紧，模拟拉索的工程使用状态，测量到拉索在此种状态下的频率符合工程实际，准确性高；拉索的弹性支撑采用螺旋副连接弹簧，螺旋副中的螺纹管可开合，实现快速拉紧或拆卸拉索；采用刚度损伤程度满足工程应用下限的拉索为试件，测定其在弹性支撑条件下的频率或刚度，与待测的拉索为测定件进行比较，检测出测定件的频率或刚度，避免了测定件固定支撑部分的影响。

附图说明

图1是测定索结构试样损伤的装置的总体结构示意图。

图2是拾振器固定装置结构示意图。

图3是卡头固定拉索的结构示意图。

图4是弹簧刚度调节装置中弹簧调节套筒结构沿轴筒固定孔所在面方向剖面图。

图5是测定索结构试样损伤的装置弹簧刚度调节装置中弹簧调节套筒结构垂直于轴筒固定孔所在面方向剖面图。

图6是测定索结构试样损伤的装置弹簧刚度调节装置连接示意图。

图7是测定索结构试样损伤的装置弹簧刚度调节装置转环轴承结构示意图。

附图标记说明：1、钢丝绳；2、拉伸弹簧；3、环箍；4、卡扣；5、卡扣固定插销；6、螺纹孔；7、环箍固定孔；8、插销穿孔；9、贯穿槽；10、卡头；11、螺栓；12、收缩杆；13、转环轴承；14、螺纹管；15、吊环；16、夹紧连接杆；17、弹性支撑环；18、轴筒；19、轴筒固定孔；20、轴筒固定插销；21、细绳；22、重物；23、拉索；24、连接杆；25、圆环；26、转动连接轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和可行性更加清楚详细，下面结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，以下所述具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1～7，一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置，包括左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构、拾振器、钢丝绳1、螺栓11、细绳21、重物22、激振器固定环，左侧弹性支撑机构与右侧弹性支撑机构结构相同，左侧弹性支撑机构包括左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构，左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构关于钢丝绳或者拉索的中心轴线成轴对称设置。

拉索23沿着左右方向水平设置，拉索23的左端、右端均固定连接一根钢丝绳1的一端，而钢丝绳1的另一端均固定在试验台上，钢丝绳1均沿着左右方向水平且同轴设置。

所述的左下弹性支撑机构包括卡头10、拉伸弹簧2、转环轴承13、收缩杆12、夹紧连接杆16、弹性支撑环17、轴筒18、轴筒固定插销20，卡头10下端焊接固定圆环25，圆环25固定连接拉伸弹簧2的上端，拉伸弹簧2的下端固定连接转环轴承13上端设置的吊环15，转环轴承13包括吊环15、转动连接轴26，转动连接轴26上端、下端均转动连接一个吊环15，转环轴承13下端的吊环15固定连接收缩杆12的上端，收缩杆12中间至下端为螺柱结构，夹紧连接杆16中间至上端为空心的螺纹管14，空心螺纹管14上设置有径向的贯穿槽9，螺纹管14上部内侧设置有环形凹槽，环形凹槽内安装有弹性支撑环17，弹性支撑环17为设置有轴向缺口的非封闭的圆环，用于弹性支撑环17易于弹性变形，螺纹管14的上部沿着径向开设有轴筒固定孔19，轴筒18的上部与轴筒固定孔19相适应位置开设有插销孔，轴筒18内圆柱面与螺纹管14的外圆柱面沿着上下方向滑动连接，轴筒18位于夹紧连接杆16上部时，弹性支撑环17压缩，贯穿槽9上部变窄，空心螺纹管14变形，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18。夹紧连接杆16的下端设置有连接杆24，连接杆24固定在试验台上。

左下弹性支撑机构的卡头10上端中心位置设置有半圆孔，左下弹性支撑机构的卡头10的前后侧均设置一个上下贯穿的光孔，所述的左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，并且共同卡在拉索23的左端，左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的前后侧的光孔均安装一个螺栓11，用于左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10夹紧拉索23。

所述的拉索23的中间固定细绳21上端，细绳21下端固定重物22。

所述的拉索23的右端固定激振器固定环，激振器固定环位于右侧弹性支撑机构的左侧，激振器固定环固定拾振器。

所述的激振器固定环包括环箍3、卡扣4、卡扣固定插销5，所述的环箍3弯曲成环形，环箍3的一端固定卡扣4，卡扣4上设置有用于环箍3另一端穿透的凹槽，卡扣4上设置有插销穿孔8，环箍3另一端沿着圆周方向设置有若干个环箍固定孔7，插销5插入到插销穿孔8和一个环箍固定孔7内，用于将环箍3固定在拉索23上，所述的环箍3上沿着径向的螺纹孔6，用于与拾振器上的丝杆固定连接。

拉索受损状态下刚度测定试验加载前，首先选取刚度符合使用条件下限的拉索23为试件，根据试件的直径，将环箍3套在试件右端，调节环箍3另一端穿入卡扣4的长度，拉紧环箍3的另一端，将卡扣固定插销5插入到插销穿孔8和一个环箍固定孔7内，将环箍3固定到试件上，将拾振器的丝杆固定到螺纹孔6内，将拾振器固定在环箍3上，将试件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳1上，并将钢丝绳1拉紧，钢丝绳上设置有拉力计，使试件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F。

将左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，共同卡在试件上，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10通过螺栓11固定连接，试件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，试件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，将左下弹性支撑机构的轴筒18向着连接杆24的方向滑动，螺纹管14在弹性支撑环17以及贯穿槽9的作用下，螺纹管14的上端张开，将收缩杆12的螺柱插入到螺纹管14内，将左下弹性支撑机构轴筒18滑动到夹紧连接杆16上部，弹性支撑环17压缩，贯穿槽9上部变窄，空心螺纹管14变形，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18，收缩杆12的螺柱与螺纹管14形成螺旋副连接，左下弹性支撑机构固定试件左端，同样的方式，左上弹性支撑机构固定试件左端，右侧弹性支撑机构固定试件右端，旋转左下弹性支撑机构的收缩杆12、左上弹性支撑机构的收缩杆12、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆12、右上弹性支撑机构的收缩杆12，由于转环轴承13的连接，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2不旋转，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L2，同时使试件两端的钢丝绳拉力相同，均为F1。

将细绳21的上端固定在试件的中间位置，将细绳21下端固定重物22，将细绳21剪断，释放重物22，使试件产生振动，拾振器同频振动，采集试件振动频率，此时的频率为左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的频率，频率越大，则试件的刚度越大；或者测量试件的质量m1,试件与拾振器的总质量m2。使用无阻尼系统的固有频率公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的刚度。其中K为刚度，m为试件与拾振器整体的质量m2。

将左下弹性支撑机构的轴筒固定插销20从轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内拔出，轴筒18滑动到夹紧连接杆16下部，弹性支撑环17张开，贯穿槽9上部变宽，空心螺纹管14变形，收缩杆12的螺柱从螺纹管14内拔出，同样的方式，左上弹性支撑机构不在拉紧试件左端，右侧弹性支撑机构不在拉紧试件右端，松开螺栓11，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10松开试件，同样的方式，右侧弹性支撑机构的卡头松开试件的右端，松开试件两端固定的钢丝绳1，取下试件。

然后，选取与试件相同规格的待测定的拉索为测定件，将试件更换为测定件，重复上述过程，调整时，将测定件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳1上，并将钢丝绳1拉紧，使测定件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F；左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L2，测定件两端的钢丝绳拉力相同，均为F1。

测量出测定件固定在左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构的频率，如果此时的频率大于试件时测定的频率，则满足工程使用要求，否则则不能继续在工程上使用。或者根据公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定测定件时的刚度。其中K为刚度，m为测定件与拾振器整体的质量m2。测量此时的刚度与左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度比较，如果刚度大于左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度，则满足工程使用要求，否则则不能在工程上使用。

选取与试件相同规格的待测定的拉索为测定件，将试件更换为测定件，重复上述过程的具体步骤为：选取与试件规格相同的需要测定的拉索为测定件，将环箍3固定到测定件上，将拾振器固定在环箍3上，将测定件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳1上，并将钢丝绳1拉紧，使测定件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F。

将左下弹性支撑机构的卡头10的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头10的半圆孔相对设置，左下弹性支撑机构的卡头10与左上弹性支撑机构的卡头10通过螺栓11固定连接，测定件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，且此时左侧弹性支撑机构的卡头到测定件左端的距离与固定试件时卡头到试件左端的距离相同，测定件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，且此时右侧弹性支撑机构的卡头到测定件右端的距离与固定试件时卡头到试件右端的距离相同，将左下弹性支撑机构的轴筒18向着连接杆24的方向滑动，螺纹管14在弹性支撑环17以及贯穿槽9的作用下，螺纹管14的上端张开，将收缩杆12的螺柱插入到螺纹管14内，将左下弹性支撑机构轴筒18滑动到夹紧连接杆16上部，弹性支撑环17压缩，贯穿槽9上部变窄，空心螺纹管14变形，轴筒固定插销20同时插入轴筒固定孔19和轴筒18上的插销孔内，固定轴筒18，左下弹性支撑机构固定测定件左端，同样的方式，左上弹性支撑机构固定测定件左端，右侧弹性支撑机构固定测定件右端，旋转左下弹性支撑机构的收缩杆12、左上弹性支撑机构的收缩杆12、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆12、右上弹性支撑机构的收缩杆12，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧2、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧2伸长量相同，为L2，同时使测定件两端的钢丝绳1拉力相同，均为F1。

将细绳21的上端固定在测定件的中间位置，将细绳21下端固定重物22，将细绳21剪断，释放重物22，使测定件产生振动，拾振器同频振动，采集测定件振动频率，此时的频率为左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定测定件时的频率，频率越大，则测定件的刚度越大；或者测量测定件的质量m1,测定件与拾振器的总质量m2。使用无阻尼系统的固有频率公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定测定件时的刚度。其中K为刚度，m为测定件与拾振器整体的质量m2。

Claims (7)

1.一种基于频率法测定索结构试样损伤的装置，其特征在于：包括左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构、拾振器、钢丝绳(1)、细绳(21)、重物(22)，左侧弹性支撑机构与右侧弹性支撑机构结构相同，左侧弹性支撑机构包括左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构，左上弹性支撑机构、左下弹性支撑机构上下对称设置；拉索(23)沿着左右方向水平设置，拉索(23)的左端、右端均固定连接一根钢丝绳(1)的一端，而钢丝绳(1)的另一端均固定在试验台上，钢丝绳(1)均沿着左右方向水平且同轴设置；

所述的左下弹性支撑机构包括卡头(10)、拉伸弹簧(2)、转环轴承(13)、收缩杆(12)、夹紧连接杆(16)，卡头(10)下端固定连接拉伸弹簧(2)的上端，拉伸弹簧(2)的下端通过转环轴承(13)连接收缩杆(12)的上端，收缩杆(12)下端与夹紧连接杆(16)上端形成螺旋副连接，夹紧连接杆(16)的下端固定在试验台上；

所述的拉索(23)的中间固定细绳(21)上端，细绳(21)下端固定重物(22)，所述的拉索(23)的右端固定激振器固定环，激振器固定环固定拾振器；所述的左下弹性支撑机构的卡头(10)与左上弹性支撑机构的卡头(10)夹紧拉索(23)的左端；

所述的夹紧连接杆(16)上端为空心的螺纹管(14)结构，空心螺纹管(14)上设置有径向的贯穿槽(9)，螺纹管(14)上部内侧设置有沿着圆周方向的环形凹槽，环形凹槽内安装有弹性支撑环(17)，弹性支撑环(17)为设置有轴向缺口的非封闭的圆环，用于弹性支撑环(17)易于弹性变形，螺纹管(14)的上部沿着径向开设有轴筒固定孔(19)，轴筒(18)的上部与轴筒固定孔(19)相适应位置开设有插销孔，轴筒(18)内圆柱面与螺纹管(14)的外圆柱面沿着上下方向滑动连接，轴筒(18)位于夹紧连接杆(16)上部时，弹性支撑环(17)压缩，轴筒固定插销(20)同时插入轴筒固定孔(19)和轴筒(18)上的插销孔内，固定轴筒(18)。

2.根据权利要求1所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置，其特征在于：所述的激振器固定环包括环箍(3)、卡扣(4)、卡扣固定插销(5)，所述的环箍(3)弯曲成环形，环箍(3)的一端固定卡扣(4)，卡扣(4)上设置有用于环箍(3)另一端穿透的凹槽，卡扣(4)上设置有插销穿孔(8)，环箍(3)另一端沿着圆周方向设置有若干个环箍固定孔(7)，插销(5)插入到插销穿孔(8)和一个环箍固定孔(7)内，用于将环箍(3)固定在拉索(23)上，所述的环箍(3)上沿着径向的螺纹孔(6)，用于与拾振器上的丝杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置，其特征在于：所述的左下弹性支撑机构的卡头(10)上端中心位置设置有半圆孔，左下弹性支撑机构的卡头(10)的前后侧均设置一个上下贯穿的光孔，所述的左下弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔相对设置，并且共同卡在拉索(23)的左端，左下弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头(10)的前后侧的光孔均安装一个螺栓(11)，用于左下弹性支撑机构的卡头(10)与左上弹性支撑机构的卡头(10)夹紧拉索(23)。

4.根据权利要求3所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置，其特征在于：钢丝绳上设置有拉力计。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置，其特征在于：所述的转环轴承(13)包括吊环(15)、转动连接轴(26)，转动连接轴(26)上端、下端均转动连接一个吊环(15)，拉伸弹簧(2)的下端固定连接转环轴承(13)上端设置的吊环(15)，转环轴承(13)下端的吊环(15)固定连接收缩杆(12)的上端。

6.根据权利要求4所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

准备阶段：

步骤一：选取刚度符合使用条件下限的拉索(23)为试件，将环箍(3)固定到试件上，将拾振器的丝杆固定到螺纹孔(6)内，将拾振器固定在环箍(3)上，将试件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳(1)上，并将钢丝绳(1)拉紧，使试件两端的钢丝绳(1)拉力相同，均为F；

步骤二：将左下弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔相对设置，共同卡在试件上，左下弹性支撑机构的卡头(10)与左上弹性支撑机构的卡头(10)通过螺栓(11)固定连接，试件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，试件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，将左下弹性支撑机构的轴筒(18)向着连接杆(24)的方向滑动，螺纹管(14)在弹性支撑环(17)以及贯穿槽(9)的作用下，螺纹管(14)的上端张开，将收缩杆(12)的螺柱插入到螺纹管(14)内，将左下弹性支撑机构轴筒(18)滑动到夹紧连接杆(16)上部，弹性支撑环(17)压缩，贯穿槽(9)上部变窄，空心螺纹管(14)变形，轴筒固定插销(20)同时插入轴筒固定孔(19)和轴筒(18)上的插销孔内，固定轴筒(18)，收缩杆(12)的螺柱与螺纹管(14)形成螺旋副连接，左下弹性支撑机构固定试件左端，左上弹性支撑机构固定试件左端，右侧弹性支撑机构固定试件右端；

步骤三：旋转左下弹性支撑机构的收缩杆(12)、左上弹性支撑机构的收缩杆(12)、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆(12)、右上弹性支撑机构的收缩杆(12)，由于转环轴承(13)的连接，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、左上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)不旋转，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)伸长量相同，为L2，同时使试件两端的钢丝绳拉力相同，均为F1；

步骤四：将细绳(21)的上端固定在试件的中间位置，将细绳(21)下端固定重物(22)，将细绳(21)剪断，释放重物(22)，使试件产生振动，拾振器同频振动，采集试件振动频率，此时的频率为左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的频率；

步骤五：将左下弹性支撑机构的轴筒固定插销(20)从轴筒固定孔(19)和轴筒(18)上的插销孔内拔出，轴筒(18)滑动到夹紧连接杆(16)下部，弹性支撑环(17)张开，贯穿槽(9)上部变宽，空心螺纹管(14)变形，收缩杆(12)的螺柱从螺纹管(14)内拔出，左上弹性支撑机构不在拉紧试件左端，右侧弹性支撑机构不在拉紧试件右端，松开螺栓(11)，左下弹性支撑机构的卡头(10)与左上弹性支撑机构的卡头(10)松开试件，同样的方式，右侧弹性支撑机构的卡头松开试件的右端，松开试件两端固定的钢丝绳(1)，取下试件，取下细绳(21)；

频率测定阶段：

步骤一：选取与试件相同规格的待测定的拉索为测定件，将环箍(3)固定到测定件上，将拾振器固定在环箍(3)上，将测定件两端均固定到试验台左、右侧的钢丝绳(1)上，并将钢丝绳(1)拉紧，使测定件两端的钢丝绳(1)拉力相同，均为F；

步骤二：将左下弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔与左上弹性支撑机构的卡头(10)的半圆孔相对设置，左下弹性支撑机构的卡头(10)与左上弹性支撑机构的卡头(10)通过螺栓(11)固定连接，测定件左端固定在左侧弹性支撑机构的卡头上，测定件右端固定在右侧弹性支撑机构的卡头上，将左下弹性支撑机构的轴筒(18)向着连接杆(24)的方向滑动，螺纹管(14)在弹性支撑环(17)以及贯穿槽(9)的作用下，螺纹管(14)的上端张开，将收缩杆(12)的螺柱插入到螺纹管(14)内，将左下弹性支撑机构轴筒(18)滑动到夹紧连接杆(16)上部，弹性支撑环(17)压缩，贯穿槽(9)上部变窄，空心螺纹管(14)变形，轴筒固定插销(20)同时插入轴筒固定孔(19)和轴筒(18)上的插销孔内，固定轴筒(18)，左下弹性支撑机构固定测定件左端，左上弹性支撑机构固定测定件左端，右侧弹性支撑机构固定测定件右端；

步骤三：旋转左下弹性支撑机构的收缩杆(12)、左上弹性支撑机构的收缩杆(12)、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的收缩杆(12)、右上弹性支撑机构的收缩杆(12)，并使左上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右上弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)伸长量相同，为L1，左下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)、右侧弹性支撑机构的右下弹性支撑机构的拉伸弹簧(2)伸长量相同，为L2，同时使测定件两端的钢丝绳(1)拉力相同，均为F1；

步骤四：将细绳(21)的上端固定在测定件的中间位置，将细绳(21)下端固定重物(22)，将细绳(21)剪断，释放重物(22)，使测定件产生振动，拾振器同频振动，采集测定件振动频率；

步骤五：测量出测定件固定在左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构的频率，如果此时的频率大于试件时测定的频率，则满足工程使用要求，否则则不能继续在工程上使用；

如果继续测量其余测定件在左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构的频率，则直接进入频率测定阶段。

7.根据权利要求6所述的基于频率法测定索结构试样损伤的装置的使用方法，其特征在于：所述的准备阶段，使用公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件时的刚度，其中K为刚度，m为试件与拾振器整体的质量；

所述的频率测定阶段中，使用公式：

计算得到左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定测定件时的刚度，此时m为测定件与拾振器整体的质量；测量测定件的刚度与左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度比较，如果刚度大于左侧弹性支撑机构、右侧弹性支撑机构固定试件的刚度，则测定件的损伤状况满足工程使用要求，否则则不能在工程上使用。

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