CN114264398A - 一种受拉构件的测力装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受拉构件的测力装置及校准方法，包括位于下基座顶面的测力装置本体，测力装置本体内设有两楔形块，两楔形块之间压紧有传感器，所述测力装置本体包括第一测力板、第二测力板，所述第一测力板固连在下基座顶面，第一测力板底面与第二测力板顶面之间构成滑动腔，两楔形块匹配设置于所述滑动腔内，还包括受拉件，所述受拉件上端向上贯穿第一测力板，受拉件的轴向拉力作用在第二测力板上并通过楔形块转换为垂直于受拉件轴向的侧向力。本发明用以较好的校准拉索的受力数据，这样更有利于对桥梁整体安全性有较好的把控。

Description

一种受拉构件的测力装置及校准方法

技术领域

本发明涉及受力监测/检测工程技术领域，也可以应用于公路、市政、建筑土木结构、机械装备等结构工程领域，具体涉及一种受拉构件的测力装置及校准方法。

背景技术

测力装置用于测定结构或装备间传力构件的受力，被广泛应用于各个领域，特别是在悬索桥、斜拉桥、吊杆拱桥等以拉索/吊杆主要承力的桥梁领域，拉索/吊杆作为桥梁结构的主要传力构件，其受力的变化可很大程度上反应桥梁的整体安全状况，实时对桥梁拉索/吊杆受力数据进行采集，可为桥梁结构的健康状态评估提供准确依据。对保障桥梁结构正常服役具有重要的现实意义。

目前，斜拉式桥梁的拉索/吊杆受力数据没有较好的校准装置，使得对桥梁的安全性把控性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种受拉构件的测力装置及校准方法，用以较好的校准拉索/吊杆的受力数据，这样更有利于对桥梁整体安全性有较好的把控。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种受拉构件的测力装置，包括测力装置本体，测力装置本体内设有两楔形块，两楔形块之间压紧有传感器，所述测力装置本体包括第一测力板、第二测力板，所述第一测力板固连在下基座顶面，第一测力板底面与第二测力板顶面之间构成滑动腔，两楔形块匹配设置于所述滑动腔内，还包括受拉件，所述受拉件上端向上贯穿第一测力板，受拉件的轴向拉力作用在第二测力板上并通过楔形块转换为垂直于受拉件轴向的侧向力。

可选的，所述受拉件下端连接有位于下基座内的锚固装置，第二测力板设置于锚固装置上，楔形块位于第一测力板与第二测力板之间。

可选的，所述第二测力板两端与滑动腔内壁临近且不接触。

可选的，所述受拉件为拉索或者钢绞线或者钢丝绳或者圆钢或者钢管。

可选的，所述滑动腔的顶壁为两倾斜面，楔形块的顶面为斜直面，楔形块底面为平直面，楔形块的顶面、底面设有匹配的耐磨层。

可选的，所述下基座顶面设有预埋板，第一测力板与预埋板固定连接。

可选的，所述第一测力板水平固定在下基座顶面，受拉件向上的延伸路径与第一测力板垂直。

一种受拉构件的校准方法，该方法应用于上述测力装置中，包括以下步骤：

S1：受拉件受轴向拉力，受拉件的受力表示为P，P作用在第二测力板上，第二测力板与第一测力板对楔形块挤压，通过力的传递，第二测力板将P作用在楔形块上，将记录此时传感器的测力值T1；

S2：根据楔形块所受力的力学平衡关系，得出P与T1、楔形块倾斜角度、摩擦系数之间的关系式；

可选的，还包括S3：通过外部的动力装置对楔形块施加垂直与受拉件轴向力方向的侧向力或者水平力，使得两楔形块有相对远离的趋势，记录此时传感器力值T2，根据楔形块所受力的力学平衡关系，得出P、摩擦系数与楔形块倾斜角度、T1、T2的关系式

该关系式中，θ代表楔形块的倾角，μ为摩擦系数。

可选的，所述T1、T2均为侧向力，P为竖向拉力。

本发明具有的有益效果：

1、在进行拉索/吊杆的轴向力校准时，通过传感器可以直接读出楔形块垂直于拉索/吊杆轴向方向的侧向力，通过楔形块反向转换原理，该侧向力转换为垂直于侧向力方向的竖向力，该竖向力与受拉件的轴向力相同，这样便可以校准拉索/吊杆所受的轴向力是否准确。

附图说明

图1为本发明测力装置的结构示意图；

图2为楔形块受挤压时的受力结构示意图；

图3为楔形块在动力装置驱动时的受力结构示意图；

图4为测力装置倾斜安装在下基座上的结构示意图。

附图标记：1-下基座，2-锚固装置，3-第一测力板，4-楔形块，5-第二测力板，6-受拉件，7-传感器，8-滑动腔，9-锚栓，10-预埋板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-4所示，一种受拉构件的测力装置，包括固定在下基座1顶面测力装置本体，测力装置本体内设有两楔形块4，两楔形块4之间压紧有传感器7，测力装置本体包括第一测力板3、第二测力板5，第一测力板3通过螺栓固定连接在下基座1顶面，第一测力板3底面与第二测力板5顶面之间构成滑动腔8，两楔形块4匹配设置于滑动腔8内，两楔形块4能在滑动腔8内相对靠近或者远离，其滑动方向的平面与下基座1顶面平行，下基座1为梁体，还包括受拉件6，受拉件6上端向上贯穿第一测力板3，第二测力板5上设有允许受拉件6穿过的通道，该通道内壁不与受拉件6接触，避免产生摩擦力，保证校准的精确性，受拉件6的轴向拉力作用在第二测力板5上并通过楔形块4转换为垂直于受拉件6轴向的侧向力，在进行受拉件6的轴向力校准时，通过传感器7可以直接读出楔形块4垂直于受拉件6轴向受力方向的侧向力，通过楔形块4反向转换原理，该侧向力转换为垂直于侧向力方向的竖向力，该竖向力与受拉件6的轴向力相同，这样便可以校准受拉件6所受的轴向力是否准确这样也便于对桥梁的整体安全性有较好的把控。

具体的，第一测力板3水平固定在下基座1顶面，受拉件6向上的延伸路径与第一测力板3垂直，受拉件6的轴向力即为竖向拉力，该竖向拉力通过楔形块4转换成侧向力，该侧向力可以通过传感器7直接读出；第一测力板3也可以与下基座1之间存在一定的倾斜角度，受拉件6的轴向力的方向不再是竖向的，楔形块4的侧向力的方向也不是水平的，但是轴向力与侧向力的方向是处于垂直的，本实施例中，如果测力装置本体是水平放置的，则侧向力是水平方向，如果测力装置本体是倾斜放置的，则侧向力与受拉件6的轴向受力的方向是垂直的。

具体的，受拉件6采用拉索、钢绞线、钢丝绳、圆钢、钢管中的任意一种。本实施例中采用拉索，受拉件6下端连接有位于下基座1内的锚固装置2，第二测力板设置在锚固装置2上，第二测力板5上设有允许受拉件6穿过的通道，该通道内壁不与受拉件6接触，楔形块4位于第一测力板3与第二测力板5之间。锚固装置2为现有常用的，可以采用型号为YJM15-N或者BJM15-N的锚具，拉索受轴向的拉力时，通过锚固装置2的作用，将拉力传递给第二测力板5，第一测力板3是固定不动的，此时，第二测力板5就会对楔形块4造成挤压，拉力会在楔形块4上转换成水平力，楔形块4中间的传感器7就可以直接读出该水平力，通过楔形块4的力学平衡关系，水平力反向转换成竖向力，这样就可以校准拉锁的轴向拉力。

具体的，第二测力板5两端与滑动腔8内壁临近且不接触。这样第二测力板5的端部与滑动腔8的内壁不会产生摩擦力，这样受拉件6所受竖向拉力是完全转换到楔形块4上，不会存在其他摩擦力的影响，使得最后计算出的竖向拉力更为准确。

具体的，滑动腔8的顶壁为两倾斜面，楔形块4的顶面为斜直面，楔形块4底面为平直面，楔形块4的顶面、底面设有匹配的耐磨层。楔形块4的顶面能完全和滑动腔8顶面贴合，使得楔形块4的左右滑动更为顺畅，耐磨层采用聚四氟乙烯材料制作，增强楔形块4上下面的耐磨性，延长使用寿命。

具体的，下基座1顶面设有预埋板10，第一测力板3与预埋板10固定连接。预埋板10预先与下基座1内的钢筋焊接，预埋板10通过锚栓9与第一测力板3固定连接，将第一测力板3固定安装，预埋板10上也设有允许拉锁穿过的通道，该通道的内壁不与拉锁接触，避免产生摩擦力，减少校准的误差。

实施例2

一种受拉构件的校准方法，该方法应用于上述测力装置中，包括以下步骤：

S1：受拉件6受到轴向拉力时，受拉件6的受力表示为P，P作用在第二测力板5上，第二测力板5与第一测力板3对楔形块4挤压，通过力的传递，第二测力板5将P作用在楔形块4上，将记录此时传感器7的测力值T1；

S2：根据楔形块4所受力的力学平衡关系，得出P与T1、楔形块4倾斜角度、摩擦系数之间的关系式；受拉件6的力P作用到第二测力板5上，再传递到两楔形块4上，楔形块4受到两测力板的挤压，两楔形块4有相对靠近的趋势，结合图2和图3，楔形块4在水平方向受力为T1，楔形块4的受力有竖向力P/2，楔形块4顶面的摩擦力f1＝N*μ，N为垂直顶面的正压力，底面的摩擦力f2＝μ*P/2，将所有力在楔形块4上正交分解，得到N＝P/2(cosθ+μ*sinθ)，则可以推导出T1＝-f2+{P(tanθ-μ)/2(1+μtanθ)}，变化后得T1＝{P tanθ-2Fμ-Pμ2tanθ}/2(1+μtanθ)，再变换得到P＝2T1(1+μtanθ)/(tanθ-2μ-μ2tanθ)，θ为楔形块4的倾斜角度，θ为已知值，μ为楔形块4上下面的摩擦系数，若摩擦系数是已知定值，则就可以得到P的准确值，这样就可以校准受拉件6的所受拉力值是否准确。

还包括S3：当摩擦系数不确定时或者存在变化时，就需要计算实时的准确摩擦系数，通过外部的动力装置对楔形块4施加水平或者侧向力，使得两楔形块4有相对远离的趋势，动力装置为现有的液压缸，液压缸的输出端与其中一个楔形块4固定，液压缸的另一端与另一个楔形块4固定，液压缸的输出端伸长，使得两楔形块4有相对远离的趋势，记录此时传感器7力值T2，楔形块4顶面、底面的摩擦力分别为f3＝N×μ，f4＝μ×P/2，根据楔形块4所受力的力学平衡关系正交分解后，得到N＝P/2(cosθ-μ×sinθ)，则T2＝f2+{P(tanθ+μ)/2(1-μtanθ)}，根据上述公式最终得出公式关系P＝{(T1+T2)×(1-μ2tan²θ)}/tanθ(1+μ²)，最后得出摩擦系数与楔形块4倾斜角度、T1、T2的关系式

该关系式中，θ代表楔形块的倾角，θ为已知值，μ为摩擦系数；在摩擦系数改变后的情况下，关系式

可以用于求得准确的摩擦系数，将摩擦系数带入关系式P＝2T1(1+μtanθ)/(tanθ-2μ-μ2tanθ)中，得到

这样校准的竖向拉力P更为准确。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种受拉构件的测力装置，包括测力装置本体，测力装置本体内设有两楔形块(4)，两楔形块(4)之间压紧有传感器(7)，其特征在于，所述测力装置本体包括第一测力板(3)、第二测力板(5)，所述第一测力板(3)固连在下基座(1)顶面，第一测力板(3)底面与第二测力板(5)顶面之间构成滑动腔(8)，两楔形块(4)匹配设置于所述滑动腔(8)内，还包括受拉件(6)，所述受拉件(6)上端向上贯穿第一测力板(3)，受拉件(6)的轴向拉力作用在第二测力板(5)上并通过楔形块(4)转换为垂直于受拉件(6)轴向的侧向力。

2.根据权利要求1所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述受拉件(6)下端连接有位于下基座(1)内的锚固装置(2)，第二测力板(5)设置于锚固装置(2)上，楔形块(4)位于第一测力板(3)与第二测力板(5)之间。

3.根据权利要求1所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述第二测力板(5)两端与滑动腔(8)内壁临近且不接触。

4.根据权利要求1或2任意一项所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述受拉件(6)为拉索或者钢绞线或者钢丝绳或者圆钢或者钢管。

5.根据权利要求1所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述滑动腔(8)的顶壁为两倾斜面，楔形块(4)的顶面为斜直面，楔形块(4)底面为平直面，楔形块(4)的顶面、底面设有匹配的耐磨层。

6.根据权利要求1所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述下基座(1)顶面设有预埋板(10)，第一测力板(3)与预埋板(10)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种受拉构件的测力装置，其特征在于，所述第一测力板(3)水平固定在下基座(1)顶面，受拉件(6)向上的延伸路径与第一测力板(3)垂直。

8.一种受拉构件的校准方法，该方法应用于权利要求1-7任意一项所述的测力装置中，其特征在于，包括以下步骤：

S1：受拉件(6)受轴向拉力，受拉件(6)的受力表示为P，P作用在第二测力板(5)上，第二测力板(5)与第一测力板(3)对楔形块(4)挤压，通过力的传递，第二测力板(5)将P作用在楔形块(4)上，将记录此时传感器(7) 的测力值T1；

S2：根据楔形块(4)所受力的力学平衡关系，得出P与T1、楔形块(4)倾斜角度、摩擦系数之间的关系式。

9.根据权利要求8所述的一种受拉构件的校准方法，其特征在于，还包括S3：通过外部的动力装置对楔形块(4)施加垂直与受拉件(6)轴向力方向的侧向力或者水平力，使得两楔形块(4)有相对远离的趋势，记录此时传感器(7)力值T2，根据楔形块(4)所受力的力学平衡关系，得出P、摩擦系数与楔形块(4)倾斜角度、T1、T2的关系式

该关系式中，θ代表楔形块的倾角，μ为摩擦系数。

10.根据权利要求8所述的一种受拉构件的校准方法，其特征在于，所述T1、T2均为侧向力，P为竖向拉力。

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