CN114674479B - 一种吊杆索力实时监测方法及监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吊杆索力实时监测方法及监测装置，本发明中吊杆索体在加工锚固端时，在锚固螺杆体内内置高精度位移测量单元，通过高精度位移传感器测量锚固螺杆的微小变形，并获得锚固螺杆的拉力，即可实现吊索力的实时监测，且可以实现对现有吊杆索体的快速更新改造，实用性更强。由于高精度位移传感器内置在锚固螺杆体内，受外界干扰小，测量精度和耐久性相对较好，输出的电压信号可以实时监测。具有极高的推广和和实用价值。本发明中使用高精度位移传感器测量锚固螺杆的微小变形，并通过千斤顶张拉力标定张拉力和高精度位移测量单元测量的微小位移变形之间的线性关系，提高对吊杆索力的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及吊杆索力检测技术领域，具体涉及一种吊杆索力实时监测方法及监测装置。
背景技术
目前国内外测量索力的方法大致分为振动法、光纤光栅法、磁通量法等三种类型。
目前振动法测量吊索频率时，受到吊索边界条件和刚度影响交大，刚度需要进行一定的折减，而实际边界条件往往不是很清晰，计算时只能近似处理，当吊索较短时，基本无法通过振动法准确测量索力。
光纤光栅法测量精度相对准确度较好，但由于光纤光栅较为脆弱，在吊索加工制造、运输、安装时很容易损坏，且后续测量时，需要调制解调仪测量，测量设备较为昂贵，因此经济性较差，推广应用有一定的难度。
磁通量法利用拉索晶格的变化引起磁通量的变化原理，通过测量磁通量的变化反推拉索伸长率，从而达到测量索力的目的。磁通量传感器作为非受力构件，耐久性相对较好，但由于现场需要对磁通量传感器安装并进行标定，工作量较为繁琐，同时后续测量需要采用磁弹仪进行测量，磁通量传感器和磁弹仪价格均非常昂贵，推广应用经济性较差。
因此，开发一种价格便宜、耐久性好、测量精度高的测试方法就显得尤为迫切。
发明内容
针对上述背景技术中的问题，本发明的一个目的在于提供一种吊杆索力实时监测方法，设计方案原理简单，施工简便、快速，也无需大型施工设备操作，通过高精度位移传感器即可实现吊索力的实时监测，且可以实现对现有吊杆索体的快速更新改造，实用性更强。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
提供一种吊杆索力实时监测方法，所述步骤主要包括：
(1)吊杆索体在加工锚固端时，在锚固螺杆体内内置高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元安装在标定长度L范围内；
(2)当吊索安装时，随着吊杆索体的张紧，通过承压板和锚垫板锚固在结构上，通过旋进调节螺母进行最终锚固；
(3)在上述安装过程中，随着吊索张拉，吊杆索体也随着张紧伸长，同时作为锚固螺杆在吊索力的作用下也会发生伸长，通过内置高精度位移测量单元测量锚固螺杆的微小变形ΔL；
(4)通过微小变形ΔL与标定长度的L比值ΔL/L，从而求得锚固螺杆在张拉力作用下的应变，再根据锚固螺杆的弹性模量和截面面积即可求得——锚固螺杆的拉力F：
F＝E*A*ΔL/L；
其中，E-锚固螺杆的弹性模量，A-锚固螺杆的截面面积，L-标定长度，三者均为固定值；
(5)吊索力的监测可以直接根据高精度位移测量单元检测的微小位移变形直接进行计算，现场采集时，通过数据线将测量的位移信号，通无线发射端转化成电压信号，从而可以达到实时监测的目的。
优选地，为减小误差，在张拉过程中还包括通过千斤顶张拉力进行校准，具体方法如下：
(1)通过千斤顶张拉力标定张拉力和高精度位移测量单元测量的微小位移变形之间的线性关系；
获取初张力F0和终张力F1时对应的微小变形ΔL0、ΔL1，从而可以求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1-F0)/(ΔL1-ΔL0)；
(2)待张拉完成后，锁定调节螺母，通过承压板和锚垫板锚固吊杆索体；当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0)+F0。
更为优选的技术方案：在校准过程的步骤(1)中，为减小误差，校准标定从张拉力20％开始计算：当张拉力为20％时，千斤顶张拉力为F0.2，，测量微小变形为ΔL0.2；；当张拉力为100％时，千斤顶张拉力为F1.0，微小变形为ΔL1.0，从而可以求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1.0-F0.2)/(ΔL1.0-ΔL0.2)；
当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0.2)+F0.2。
后续吊杆在使用过程中如果需要进行调索施工，还可以再次进行相关系数κ的再次标定，从而提高测量精度。
本发明的另一目的在于，提供一种吊杆索力实时监测装置，包括吊杆锚固结构所述吊杆锚固结构包括吊杆索体和设于所述吊杆索体上端并用于与拱桥的拱肋连接的锚固机构，在所述锚固机构内部安装有高精度位移测量单元，所述锚固机构包括固定安装于所述吊杆索体端部的锚固螺杆，所述高精度位移测量单元固定安装于所述锚固螺杆的端体内部，并用于监测锚固螺杆的伸拉变形量，所述高精度位移测量单元通过数据线与无线发射端连接。
进一步地，所述锚固机构还包括套设于所述吊杆索体的端部的索导管、与锚固螺杆螺纹连接并远离所述吊杆索体一端的调节螺母，以及用于供所述调节螺母穿设的承压板与锚垫板，通过所述承压板与锚垫板实现所述吊杆索体的锚固。
更进一步地，所述调节螺母为球形螺母，所述高精度位移测量单元为高精度位移传感器。
进一步地，所述锚固机构还包括罩设于所述球形螺母上的保护罩，所述保护罩的底端与所述锚垫板密闭连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一，本发明设计方案原理简单，施工简便、快速，也无需大型施工设备操作，通过高精度位移传感器即可实现吊索力的实时监测，价格便宜、耐久性好，且可以实现对现有吊杆索体的快速更新改造，实用性更强。
第二，由于高精度位移传感器内置在锚固螺杆体内，受外界干扰小，测量精度和耐久性相对较好，输出的电压信号可以实时监测。具有极高的推广和和实用价值。
第三，本发明中使用高精度位移传感器测量锚固螺杆的微小变形，并通过千斤顶张拉力标定张拉力和高精度位移测量单元测量的微小位移变形之间的线性关系，提高对吊杆索力的测量精度。
附图说明
图1为本发明吊杆索力实时监测装置的示意图。
图中：1、吊杆索体；2、锚固螺杆；3、索导管；4、承压板；5、锚垫板；6、高精度位移测量单元；7、调节螺母；8、数据线；9、无线发射端。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
一种吊杆索力实时监测方法，所述步骤主要包括：
(1)吊杆索体在加工锚固端时，在锚固螺杆体内内置高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元安装在标定长度L范围内；
(2)当吊索安装时，随着吊杆索体的张紧，通过承压板和锚垫板锚固在结构上，通过旋进调节螺母进行最终锚固；
(3)在上述安装过程中，随着吊索张拉，吊杆索体也随着张紧伸长，同时作为锚固螺杆在吊索力的作用下也会发生伸长，通过内置高精度位移测量单元测量锚固螺杆的微小变形ΔL；
(4)通过微小变形ΔL与标定长度的L比值ΔL/L，从而求得锚固螺杆在张拉力作用下的应变，再根据锚固螺杆的弹性模量和截面面积即可求得——锚固螺杆的拉力F：
F＝E*A*ΔL/L；
其中，E-锚固螺杆的弹性模量，A-锚固螺杆的截面面积，L-标定长度，三者均为固定值；
(5)吊索力的监测可以直接根据高精度位移测量单元检测的微小位移变形直接进行计算，现场采集时，通过数据线将测量的位移信号，通无线发射端转化成电压信号，从而可以达到实时监测的目的。
优选地，为减小误差，在张拉过程中还包括通过千斤顶张拉力进行校准，具体方法如下：
(1)通过千斤顶张拉力标定张拉力和高精度位移测量单元测量的微小位移变形之间的线性关系；
获取初张力F0和终张力F1时对应的微小变形ΔL0、ΔL1，从而可以求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1-F0)/(ΔL1-ΔL0)；
(2)待张拉完成后，锁定调节螺母，通过承压板和锚垫板锚固吊杆索体；当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0)+F0。
更为优选的技术方案：在校准过程的步骤(1)中，为减小误差，校准标定从张拉力20％开始计算：当张拉力为20％时，千斤顶张拉力为F0.2，，测量微小变形为ΔL0.2；；当张拉力为100％时，千斤顶张拉力为F1.0，微小变形为ΔL1.0，从而可以求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1.0-F0.2)/(ΔL1.0-ΔL0.2)；
当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0.2)+F0.2。
后续吊杆在使用过程中如果需要进行调索施工，还可以再次进行相关系数κ的再次标定，从而提高测量精度。
实施例2
一种吊杆索力实时监测装置，包括吊杆锚固结构所述吊杆锚固结构包括吊杆索体1和设于所述吊杆索体1上端并用于与拱桥的拱肋连接的锚固机构，在所述锚固机构内部安装有高精度位移测量单元6，所述锚固机构包括固定安装于所述吊杆索体1端部的锚固螺杆2，所述高精度位移测量单元6固定安装于所述锚固螺杆2的端体内部，并用于监测锚固螺杆2的伸拉变形量，所述高精度位移测量单元6通过数据线8与无线发射端9连接。
在本实施例中，所述锚固机构还包括套设于所述吊杆索体1的端部的索导管3、与锚固螺杆2螺纹连接并远离所述吊杆索体1一端的调节螺母7，以及用于供所述调节螺母7穿设的承压板4与锚垫板5，通过所述承压板4与锚垫板5实现所述吊杆索体1的锚固。
其中，所述调节螺母7为球形螺母，所述高精度位移测量单元6为高精度位移传感器。
在本发明的技术方案中：所述锚固机构还包括罩设于所述球形螺母上的保护罩，所述保护罩的底端与所述锚垫板5密闭连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (5)
1.一种吊杆索力实时监测方法，其特征在于，
包括吊杆索力实时监测装置，所述装置包括吊杆锚固结构，所述吊杆锚固结构包括吊杆索体和设于所述吊杆索体上端并用于与拱桥的拱肋连接的锚固机构，在所述锚固机构内部安装有高精度位移测量单元，所述锚固机构包括固定安装于所述吊杆索体端部的锚固螺杆，所述高精度位移测量单元固定安装于所述锚固螺杆的端体内部，并用于监测锚固螺杆的伸拉变形量，所述高精度位移测量单元通过数据线与无线发射端连接；
包括监测方法，主要有以下步骤：
S1吊杆索体在加工锚固端时，在锚固螺杆体内内置高精度位移测量单元，所述高精度位移测量单元安装在标定长度L范围内；
S2当吊索安装时，随着吊杆索体的张紧，通过承压板和锚垫板锚固在结构上，通过旋进调节螺母进行最终锚固；
S3在上述安装过程中，随着吊索张拉，吊杆索体也随着张紧伸长，同时作为锚固螺杆在吊索力的作用下也会发生伸长，通过内置高精度位移测量单元测量锚固螺杆的微小变形ΔL；
S4通过微小变形ΔL与标定长度的L比值ΔL/L，从而求得锚固螺杆在张拉力作用下的应变，再根据锚固螺杆的弹性模量和截面面积即可求得——锚固螺杆的拉力F：
F＝E*A*ΔL/L；
其中，E-锚固螺杆的弹性模量，A-锚固螺杆的截面面积，L-标定长度，三者均为固定值；
S5吊索力的监测直接根据高精度位移测量单元检测的微小位移变形直接进行计算，现场采集时，通过数据线将测量的位移信号，通无线发射端转化成电压信号，从而达到实时监测的目的；
为减小误差，在张拉过程中还包括通过千斤顶张拉力进行校准，具体方法如下：
(1)通过千斤顶张拉力标定张拉力和高精度位移测量单元测量的微小位移变形之间的线性关系；
获取初张力F0和终张力F1时对应的微小变形ΔL0、ΔL1，从而求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1-F0)/(ΔL1-ΔL0)；
(2)待张拉完成后，锁定调节螺母，通过承压板和锚垫板锚固吊杆索体，当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0)+F0。
2.根据权利要求1所述的一种吊杆索力实时监测方法，其特征在于，在步骤S1中，为减小误差，校准标定从张拉力20％开始计算，当张拉力为20％时，千斤顶张拉力为F0.2，测量微小变形为ΔL0.2，当张拉力为100％时，千斤顶张拉力为F1.0，微小变形为ΔL1.0，从而求得张拉力和微小变形之间的线性相关系数：
κ＝(F1.0-F0.2)/(ΔL1.0-ΔL0.2)；
当张拉锚固完成后，通过吊索力和锚固螺杆的微小变形之间的线性关系，即可推断吊索的真实索力：
F＝κ*(ΔL-ΔL0.2)+F0.2。
3.根据权利要求1所述的一种吊杆索力实时监测方法，其特征在于，所述锚固机构还包括套设于所述吊杆索体的端部的索导管、与锚固螺杆螺纹连接并远离所述吊杆索体一端的调节螺母，以及用于供所述调节螺母穿设的承压板与锚垫板，通过所述承压板与锚垫板实现所述吊杆索体的锚固。
4.根据权利要求3所述的一种吊杆索力实时监测方法，其特征在于，所述调节螺母为球形螺母，所述高精度位移测量单元为高精度位移传感器。
5.根据权利要求4所述的一种吊杆索力实时监测方法，其特征在于，所述锚固机构还包括罩设于所述球形螺母上的保护罩，所述保护罩的底端与所述锚垫板密闭连接。
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| CN202210196842.3A CN114674479B (zh) | 2022-03-02 | 一种吊杆索力实时监测方法及监测装置 |
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| CN105043631A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 哈尔滨大金工程试验检测有限公司 | 基于线性模型的振动法拉索索力测量方法 |
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN105043631A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-11-11 | 哈尔滨大金工程试验检测有限公司 | 基于线性模型的振动法拉索索力测量方法 |
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