[发明专利]一种拱桥短吊杆应力高频动态测试系统以及方法

说明书

本发明公开了一种拱桥短吊杆应力高频动态测试系统及方法，包括安装在拱桥短吊杆顶部的转角传感器I和安装在短吊杆底部的转角传感器II，同时在拱桥短吊杆的一侧设置安装有拉线位移计，拉线位移计的顶部通过固定装置固定在拱桥短吊杆的顶部侧面；拉线位移计的底部通过固定装置固定在拱桥短吊杆的底部侧面；且拉线位移计的拉线与短吊杆的轴线平行；所述的转角传感器I、II以及拉线位移计与数据采集卡相连。可实现桥梁吊杆应力的动态采集。本发明操作简单，便于使用，利用拉线式位移及转角传感器可对拱桥短吊杆进行高频动态采集，可对吊杆的疲劳损伤进行实时动态评估，丰富了拱桥吊杆的健康监测技术，具有广泛的推广前景和利用价值。

技术领域

本发明涉及拱桥短吊杆应力测试领域，主要是基于拉线式位移传感器进行吊杆拉应力的测试，具体公开了一种拱桥短吊杆应力高频动态测试系统以及方法。

背景技术

吊杆是拱桥的重要受力构件，它的使用寿命决定了整个桥梁的使用寿命，因此对于吊杆的受力进行健康检测尤为重要。吊杆内力测试是否准确关系到拱桥施工控制的顺利实施，决定了拱桥能否成功修建。但由于受到测试仪器、计算模式、吊杆锚固方式、吊杆长度等因素的影响，吊杆拉力的监测会出现一定的误差，且不同的工程也存在一定的差别。因此，选取合理有效的测试和分析方法对拱桥吊杆应力的分析有重要意义。

拱桥的吊杆拉力及疲劳分析是桥梁中重要的一个部分，由于近年来车辆的增多，吊杆的疲劳损伤问题更加突出，短吊杆由于长度较短，其抗弯刚度吊杆在轴向拉力和弯矩组合作用下会发生疲劳断裂。

常见吊杆内力的测试方法有：穿心式压力传感器测量法、张拉千斤顶测量法、油压千斤顶测量法、频率法等。前三种方法属于直接法，虽然其简单易行，在施工中应用较为普遍，但是费用较高，且只能测量索端头的张拉力。利用频率法测试吊杆拉力，测量精度高，且仪器便于携带、安装。但是对于拱桥中短吊杆来说，它的边界条件不能近似作铰接处理，抗弯刚度和边界条件对吊杆的内力影响很大。同时值得注意的是：采用频率法进行监测时，需要对短吊杆振动信号进行频谱变换，而频谱变换本身需要大量的数据，一般至少需要几秒钟的数据才能得到较为有效的频率值。而一般高速公路桥梁上的车辆时速至少达到80km/h，因此，一辆车通过一座桥梁也就几秒钟的时间。因此，车辆过桥时，采用频率法测试的话，仅仅能得到少量的测试数据，不能捕捉到车辆过桥过程中的吊杆应力变化规律，进而该技术获得测试结果也不能用于吊杆的车辆疲劳寿命损伤评估。

发明内容

本发明为了解决短吊杆的疲劳应力监测难题，提出了一种基于拉线式位移传感器和转角传感器测试吊杆拉力的方法。能够利用较为经济、简洁的手段进行吊杆拉力的测试，并通过无线传输系统实时的监测数据，保证桥梁的安全运营；其测试的基本原理为：将吊杆的应力分解为轴力和弯矩部分叠加值。

为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种拱桥短吊杆应力高频动态测试系统，包括安装在拱桥短吊杆顶部的转角传感器I和安装在短吊杆底部的转角传感器II，同时在拱桥短吊杆的一侧设置安装有拉线位移计，所述的拉线位移计的顶部通过固定装置固定在拱桥短吊杆的顶部侧面；所述的拉线位移计的底部通过固定装置固定在拱桥短吊杆的底部侧面；且拉线位移计的拉线与短吊杆的轴线平行；所述的转角传感器I、II以及拉线位移计与数据采集卡相连。

进一步的，所述的转角传感器I、II用于检测短吊杆的转角，进而获得吊杆承受的弯矩。

进一步的，所述的拉线位移计用于检测短吊杆的长度变化。

利用上述装置进行测试的方法如下：

步骤一，选取拱桥中的短吊杆，在吊杆顶部和底部侧面分别装置拉线位移计的固定装置，然后布置拉线式位移传感器；

步骤二，在吊杆顶端和底部布置转角传感器I、转角传感器II；