[发明专利]一种用于测量拉索索力的装置及方法

说明书

一种用于测量拉索索力的装置及方法属于桥梁索力检测领域。该装置包括：被测拉索，拉索捕捉单元，拉索捕捉单元接头，振动传送单元，辅助支架，主滑动单元，主滑动槽，主转动杆，转动支架，转动连接件，从转动杆，从滑动单元，从滑动槽，位移头，位移测量单元，主体底座和数据分析单元；本装置实现了对拉索振幅较小的情况下的索力测量。装置具有振动放大功能，能够将拉索的微小振动成比例放大，便于采用位移测量单元对振动进行测量和记录。本专利能够有效检测拉索的低频振动，解决了振动传感器在低频下测量能力极差的问题，能够直接检测出基频振动。本专利成本较目前常用的方法低廉。

技术领域

一种用于测量拉索索力的装置及方法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。

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。