CN113108985B - 芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法，包括以下步骤：在钢绞线的芯丝中刻槽并嵌入光栅，然后用光纤的一端连接到光栅上，再将光纤的另一端接口引到钢绞线的端部；根据钢绞线受力前参数，受力后相应的参数，结构受力过程中钢绞线芯丝应变监测结果，缠绕丝的实际应变，计算同一截面的缠绕丝应变迭代初值和同一截面的缠绕丝应变迭代终值；进而计算测点处钢绞线的实际拉力。本发明提供的钢绞线拉力值修正计算方法力学概念清晰、操作简单、结果准确可靠、易于被工程技术人员掌握，可适用于预应力混凝土桥梁钢绞线及钢绞线类拉索索力的监测结果评定。
Description
技术领域
本发明属于桥梁检测技术领域，特别涉及芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法。
背景技术
预应力混凝土桥梁在施工和运营期间，由于施工误差，以及运营过程中的作用的不确定性、环境变化、材料和结构性能恶化等因素的影响，造成结构的内力状态发生变异，而结构的实际应力水平无法掌握。
目前常用的结构应力监测方法主要有：形状记忆合金技术、振弦式应变计、磁通量传感器等。由于该类产品的在安装3-5年后，会出现零飘现象，造成传感器本身的测试基准出现变化，因此很难在结构的长期监测中应用。光纤光栅传感器由于其耐高温、耐腐蚀、抗疲劳性能强等优点，在桥梁健康监测工程中广泛应用。但是由于芯丝嵌光栅的智能钢绞线，监测点为芯丝应变，由于芯丝与缠绕丝之间仅为缠绕关系，二者之间存在变形协调问题，该监测点的应变值并不能代表测点处每根钢丝的平均应变值。因此，有必要对芯丝嵌光栅型智能钢绞线的测试结果进行修正。
发明内容
本发明的目的在于提供芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法以用于预应力混凝土桥梁钢绞线及钢绞线类拉索索力的监测结果评定。
技术方案如下：
芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法，包括以下步骤：
在钢绞线的芯丝中刻槽并嵌入光栅，然后用光纤的一端连接到光栅上，再将光纤的另一端接口引到钢绞线的端部；
钢绞线受力前参数：芯丝直径dc0、缠绕丝直径ds0、芯丝弹性模量Ec、缠绕丝弹性模量Es、芯丝的捻距Lc0、缠绕丝的捻距Ls0、材料的泊松比μ、芯丝与缠绕丝的夹角α；
受力后相应的参数为：芯丝直径dc1、缠绕丝直径ds1、芯丝的捻距Lc1、缠绕丝的捻距Ls1、芯丝与缠绕丝的夹角β；
根据结构受力过程中钢绞线芯丝应变监测结果εc，计算缠绕丝的实际应变εs，
其中εc为钢绞线芯丝应变的实际监测结果，εsj为与εc同一截面的缠绕丝应变迭代初值，εsj+1与εc同一截面的缠绕丝应变迭代终值；
计算测点处钢绞线的实际拉力N＝AcEcεc+6AsEsεscos(β)，其中，Ac为芯丝的截面面积，As为缠绕丝的截面面积。
本发明提供的钢绞线拉力值修正计算方法力学概念清晰、操作简单、结果准确可靠、易于被工程技术人员掌握，可适用于预应力混凝土桥梁钢绞线及钢绞线类拉索索力的监测结果评定。
附图说明
图1是芯丝嵌入光栅钢绞线的示意图；
图2是芯丝和缠绕丝断面位置的示意图；
图3是受力前后芯丝与缠绕丝几何关系示意图；
图4是钢绞线芯丝和缠绕丝应变测点检测示意图；
图5是钢绞线张拉力值估算误差曲线图。
附图标记说明：
1-光栅、2-芯丝、3-缠绕丝、4-拉力机夹具、5-标距应变测量引伸计。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法，包括以下步骤：
在钢绞线的芯丝中刻槽并嵌入光栅，然后用光纤的一端连接到光栅上，再将光纤的另一端接口引到钢绞线的端部；
钢绞线受力前参数：芯丝直径dc0、缠绕丝直径ds0、芯丝弹性模量Ec、缠绕丝弹性模量Es、芯丝的捻距Lc0、缠绕丝的捻距Ls0、材料的泊松比μ、芯丝与缠绕丝的夹角α；
受力后相应的参数为：芯丝直径dc1、缠绕丝直径ds1、芯丝的捻距Lc1、缠绕丝的捻距Ls1、芯丝与缠绕丝的夹角β；
根据结构受力过程中钢绞线芯丝应变监测结果εc，计算缠绕丝的实际应变εs，
其中εc为钢绞线芯丝应变的实际监测结果，εsj为与εc同一截面的缠绕丝应变迭代初值，εsj+1与εc同一截面的缠绕丝应变迭代终值；
计算测点处钢绞线的实际拉力N＝AcEcεc+6AsEsεscos(β)其中，Ac为芯丝的截面面积，As为缠绕丝的截面面积。
实施例1
长度为1.4米的商用智能钢绞线，芯丝直径dc0＝5.2mm，缠绕丝直径ds＝5.05mm，捻距Lc0＝225mm，弹性模量Es＝1.95×105Mpa，泊松比μ＝0.3，钢绞线的芯丝和缠绕丝为同种材料。
本次试验仅验证钢绞线芯丝应变的测试值与拉力机张拉力的对比验证结果，根据需要，按照以下步骤操作：
1)将购买的智能钢绞线两端夹在拉力试验机的夹具上；
2)将待测试钢绞线中光栅的另一端接入调制解调仪；
3)启动拉力试验机进行加载试验，为了解测试结果的稳定性，本次试验采用分级加载的方式，张拉力分别为0.15F、0.25F、0.35F、0.45F、0.5F、0.55F、0.6F、0.65F、0.7F，其中F＝260400N。
4)测试结果如下：
表1 1×7Φ15.2自感知钢绞线应变试验结果(1.4米)
Tab.1 1×7Φ15.2Strain test results of smart strand(1.4m)
注1、表中缠绕丝应变平均值是去除三个最大值和三个最小值后其余测点的应变平均值；
2、表中P＝260400N。
5)测试误差分析，如图5。
上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.芯丝嵌光栅智能钢绞线拉力值修正计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
在钢绞线的芯丝中刻槽并嵌入光栅，然后用光纤的一端连接到光栅上，再将光纤的另一端接口引到钢绞线的端部；
钢绞线受力前参数：芯丝直径dc0、缠绕丝直径ds0、芯丝弹性模量Ec、缠绕丝弹性模量Es、芯丝的捻距Lc0、缠绕丝的捻距Ls0、材料的泊松比μ、芯丝与缠绕丝的夹角α；
受力后相应的参数为：芯丝直径dc1、缠绕丝直径ds1、芯丝的捻距Lc1、缠绕丝的捻距Ls1、芯丝与缠绕丝的夹角β；
根据结构受力过程中钢绞线芯丝应变监测结果εc，计算缠绕丝的实际应变εs，
其中εc为钢绞线芯丝应变的实际监测结果，εsj为与εc同一截面的缠绕丝应变迭代初值，εsj+1与εc同一截面的缠绕丝应变迭代终值；
计算测点处钢绞线的实际拉力N＝AcEcεc+6AsEsεscos(β)，其中，Ac为芯丝的截面面积，As为缠绕丝的截面面积。
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| 拉伸载荷下钢芯铝绞线的力学特性仿真分析;周昕恺等;《图学学报》;20200430;第41卷(第2期);全文 * |
| 毛杰键.《力学实验及创新实训》.上海交通大学出版社,2019,第140-145页. * |
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