CN207019819U - 一种索力测量技术的实现装置 - Google Patents

Abstract

一种索力测量技术的实现装置属于桥梁索力检测领域。其包括激励锤、拉索和两个液压千斤顶；拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计安装在拉索上用来测量张拉拉力值；拉索上还安装有振动测量模块，振动测量模块由加速度传感器和微控制器组成；将位置敏感器件安装在拉索上，其纵向方向和拉索方向平行，位置敏感器件正对激光器；主机和激光器连接，主机和位置敏感器件连接，主机和锚索测力计连接，主机和振动测量模块连接；拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计用来测量张拉拉力值；激励锤用来手动敲击拉索，激励拉索产生振动，振动测量模块用来测量拉索振动频率。本专利实现了对成桥后的拉索的索力测量，测量结果不依赖人为经验，结果准确度高。

Description

一种索力测量技术的实现装置

技术领域

一种索力测量技术的实现装置属于桥梁索力检测领域。

背景技术

伴随着我国经济建设和对外开放的迅速发展，桥梁技术的不断进步和人们对桥梁美学因素的要求，拉索技术日益广泛地应用在大跨度桥梁中。其中典型的应用有悬索桥的主缆、吊索，斜拉桥的斜缆索、拱吊桥的吊索等。作为上述大型桥梁结构的核心构件，桥跨结构的重量和桥上活载绝大部分通过拉索传递到塔柱上。据不完全统计，我国大跨径拉索类桥梁有300余座，绝大部分拉索存在不同程度的病害，近年来，因桥梁拉索断裂造成桥梁垮塌的严重事故也有所发生。2011年宜宾小南门金沙长江大桥吊杆断裂，桥面垮塌；2010年南坪玉屏大桥断裂换索。可见由于长期处于交变应力、腐蚀和风致振动的环境中，拉索极易造成局部疲劳与损伤，不仅导致其使用寿命缩短，且直接影响结构的内力分布和结构线型，危及整个结构安全。索作为一种柔性构件，与刚性构件具有不同的受力特性：没有抗压刚度，只能承受拉力，具有明显的几何非线性，容易产生松弛和应力损失。桥梁拉索的受力与工作状态是直接反映桥梁是否处于正常运营的重要标志之一。在设计和施工时，需要对桥梁拉索索力进行检测和优化，以使得塔、梁处于最佳受力状态。在成桥后，也需要不断监测索力的变化，了解拉索的工作状态，及时进行调整，使之符合设计需求。中华人民共和国行业标准CJJ99-2003《城市桥梁养护技术规范》5.9.5中要求：“拉索索力必须每年进行一次测量，大桥竣工后最后一次调索的索力应与设计索力进行比较”。中华人民共和国行业推荐标准JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》中明确指出，索力是斜拉桥与悬索桥的主要加载测试项目之一，是反映桥梁状态的重要参数之一。因此桥梁索力检测业务是各检测机构是一种不可或缺的检测项目和基本能力。

现有技术的实现方案

1)千斤顶压力表测定法

目前拉索均使用液压千斤顶进行拉张。由于千斤顶的张拉油缸和张拉力有直接的关系，通过精密压力表或液压传感器测定张拉油缸的液压，就可以求得索力。

2)压力传感器测定法

在拉索张拉时，千斤顶的张拉力通过连接杆传到拉索锚具，在连接杆上套接穿心式压力传感器，该传感器受压后能输出电压，则可以在二次仪表上读出千斤顶的拉张力。

3)索力动测仪法

索力动测仪法是依据索力与索的振动频率之间存在对应关系的特点，在已知索长度、两端约束情况、分布质量等参数时，将高灵敏度的频率传感器安置在索上检测索在振动激励下的振动信号，经过数字信号处理后即可测出拉索的自振频率，进而获得索力。由于其便捷性，工程上大多运用索力动测仪进行测量。

4)磁通量测定法

磁通量测定法测定拉索索力是基于铁磁性材料的磁弹效应原理进行测量，当受到外力作用时，铁磁性材料内部产生机械应力或应变，其磁导率发生相应变化，通过测定磁导率的变化来反映应力(或索力)的变化。

现在技术存在以下缺点：

1)不适用于成桥后拉索的索力动态测量和长期测量。由于压力表本身存在的指针偏转过快、指针抖动激烈、存在读数时人为的随机误差、油不回零等问题，同时成桥后拉索已经张拉完成，不便于将拉索取下安装压力表，所以该方法并不适用于成桥后的动态测量和长期测量。

2)价格昂贵。由于压力传感器价格相当昂贵、使用有效寿命短、动态响应差等问题，使得该测定法只适用于特定场合。

3)测量结果依赖人为经验。采用索力动测仪的方式进行索力测量，其拉索自振频率和索力的关系依靠张力弦振动公式和操作人员经验进行确定和修正，无法保证其测量重复性，测量结果极度依赖人为经验。

4)准确度低。磁通量法由于技术发展不到位，导致测量准确度较低，无法满足实际工程需求。

发明内容

装置主要由液压千斤顶，锚索测力计，振动测量模块，位置敏感器件，激励锤，主机，激光器等部分组成，硬件连接图如图1所示。

一种索力测量技术的实现装置，其特征在于：包括激励锤、拉索和两

个液压千斤顶；拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计安装在拉索上用

来测量张拉拉力值。拉索上还安装有振动测量模块，振动测量模块由加速

度传感器和微控制器组成。

将位置敏感器件安装在拉索上，其纵向方向和拉索方向平行，位置敏感器件正对激光器。主机和激光器连接，主机和位置敏感器件连接，主机和锚索测力计连接，主机和振动测量模块连接。拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计用来测量张拉拉力值。激励锤用来手动敲击拉索，激励拉索产生振动，振动测量模块用来测量拉索振动频率。

进一步，位置敏感器件是PSD。

进一步，主机采用计算机或微机，主机用以实现数据存储、索力测量。

本专利实现了对成桥后的拉索的索力测量，测量结果不依赖人为经验，结果准确度高。

附图说明

图1准装置硬件连接示意图

图1中，1为拉索，2为液压千斤顶，3为锚索测力计，4为振动测量模块，5为位置敏感器件，6为激励锤，7为主机，8为激光器。

图2具体实例的技术方案流程图

具体实施方式

主机可以采用计算机或微机，主机用以实现数据存储、模型训练以及索力测量。

振动测量模块由加速度传感器和微控制器组成。

主机和激光器连接，主机和位置敏感器件连接，主机和锚索测力计连接，主机和振动测量模块连接。

位置敏感器件可以是PSD，将其安装在拉索上，其纵向方向和拉索方向平行，位置敏感器件正对激光器。

拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计用来测量张拉拉力值。激励锤用来手动敲击拉索，激励拉索产生振动，振动测量模块用来测量拉索振动频率。

2)结合附图2，描述实施例2技术方案详细的实现过程。

(1)在拉索上安装位置敏感器件，架设激光器，使激光光斑打在位置敏感器件中部。

(2)用激励锤敲击拉索，使拉索产生自振。

(3)启动激光器，位置敏感器件记录激光位置变化曲线。

(4)输出现场被测拉索的索力值。

本专利实现了现场自适应索力测量，提高了测量的准确度。通过大量的实验数据对拉索拉力和拉索振动曲线的关系模型进行训练，得到最优的参数，使得该模型能够准确的表达拉索拉力和拉索振动曲线的关系。由于传统的索力动测仪依赖张力弦振动公式，仅考虑基频对拉素拉力的影响，忽略了谐波对拉索拉力的影响。拉索振动曲线由基频和各次谐波组成，本专利对基频和各次谐波均考虑到了，避免了上述问题引入的误差。根据多次实验和文献数据记录，索力动测仪的最大测量误差可达到2.1％，而本专利的最大测量误差仅为1.2％。

本专利具有极好的适用性，能够应用于且不限于各种拉索的索力测量。

本专利成本较目前常用的方法低廉，通过前期的模型训练后，在用于各种拉索的索力测量时，只需要位置敏感器件、激光器以及主机即可。

本专利通过模型训练实现了现场自适应索力测量。

本专利对拉索拉力和拉索振动曲线建立模型，通过专利所述装置，对建立的模型进行训练，使得该模型能够准确的表达拉索拉力和拉索振动曲线的关系。通过大量实验建立的拉索拉力和拉索振动曲线的关系能够适用于各种环境下拉索的拉力测量。

在现场测量时，只需要通过位置敏感器件和激光器、主机的组合，就可测量得到拉索的振动曲线，通过上述模型，能够计算出拉索的拉力值，即索力值。

本专利测量得到的索力值准确度较高。根据大量实验和文献纪录可以知道，传统索力动测仪测量索力的最大测量误差可达到2.1％，而本专利的最大测量误差仅为1.2％，本专利的测量准确度优于索力动测仪。

Claims (3)

1.一种索力测量技术的实现装置，其特征在于：包括激励锤、拉索和两个液压千斤顶；拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计安装在拉索上用来测量张拉拉力值；拉索上还安装有振动测量模块，振动测量模块由加速度传感器和微控制器组成；

将位置敏感器件安装在拉索上，其纵向方向和拉索方向平行，位置敏感器件正对激光器；主机和激光器连接，主机和位置敏感器件连接，主机和锚索测力计连接，主机和振动测量模块连接；拉索两端由液压千斤顶张拉，锚索测力计用来测量张拉拉力值；激励锤用来手动敲击拉索，激励拉索产生振动，振动测量模块用来测量拉索振动频率。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：位置敏感器件是PSD。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：主机采用计算机。