[发明专利]一种索力动测仪校准装置及方法

说明书

一种索力动测仪校准装置及方法属于拉索的振动频率校准领域。现有的标准振动台法校准索力动测仪的方法，由于标准振动台配备的标准振动传感器在0.3Hz～10Hz的低频范围内测量能力极差，无法准确得到标准振动台在低频范围内的振动频率，故实际校准结果误差较大，根据现有文献记载，现有标准振动台在校准索力动测仪低频测量能力时不确定度一般不低于10％。本发明引入不确定度的分量由波形盘加工精度和波形盘与接触杆分离时间组成。边界转动器、边界块、边界块滑动架、杆台接头、接触杆、位移记录模块、主控器以及接触判断器共同构成的负反馈结构能够将分离时间减小到0.08秒，故使得校准装置的不确定度降低到2.5％。

技术领域

本发明属于索力动测仪的振动频率测量能力校准领域。

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。

JTG/T J21-2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》5.10.1指出：“拉吊索索力测量可采用振动法”；JTG/T J21-01-2015《公路桥梁荷载试验规程》附录B中提出：“在一定条件下索股拉力与索的振动频率存在对应的关系，在已知索的长度、分布质量及抗弯刚度时，可通过索股的振动频率计算索的拉力”。显然，振动法测量索力是目前较为通用的方法，该方法的基本原理和理论依据则是动力学理论。

十八世纪初期科研人员开始了对拉索结构动力学理论的探索，Brook Taylor、D’Alembert、Euler以及Daniel Bernoulli针对张紧弦研究了其在两端固定的条件下的振动理论，并证明了复杂振动总可以分解为若干相互独立的模态振动，从而奠定了动力学的基础。十九世纪初期，Possion给出了任意力作用下索的一般偏微分方程，十九世纪中期，Rohrs、Stokes以及Routh得出了索竖向振动的精确解，二十世纪中期，Ranie和von Karman推导出了不可伸长的三跨索的竖向振动解，二十世纪末，H.Max Irvine出版了《索结构》一书，通过考虑悬索两端点间高差的影响，将水平索振动的解推广到斜拉索上，基本建立了理想柔性索结构的动力学理论体系。

目前索力动测仪(JMM-268、SET-PF1-11、DH5906等型号)的基本原理是十八世纪初建立和完善的弦振动理论。显然，拉索的振动频率校准是索力动测仪校准的关键环节。

1)标准振动台系统