[发明专利]一种附着式拉索索力监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于索承体系桥梁工程中拉索索力监测的装置，尤其适用于大跨度悬索桥和中、下承式拱桥钢丝绳吊杆，以及悬索桥锚跨索股等表面裸露拉索，成桥后索力变化的长期实时监测，具体地说是涉及一种适用于桥梁结构拉索索力实时监测的装置。

技术背景

随着桥梁工程技术的发展，既有工程中索承体系桥梁层出不穷，为了有效保障既有索承体系桥梁的可靠运营，需要研发一种能够对既有结构拉索实施无损、可靠后期安装，并准确测量其索力变化值的索力监测系统。现有技术中，既有的索力监测技术主要有5种：压力表法、测力环法、频谱法、磁通量法。压力表法为拉索在张拉过程中通过油压直接得到索力，该方法直接且准确，但张拉施工完成后装置即撤离，无法用于结构长期的健康监测，该方法主要用于施工监控和频率法的标定；测力环法是在拉索安装时直接在拉索和锚固端布设测力环，通过测力环测量锚头和锚垫板之间压力得到拉索索力的方法，其优点是测力方式直观可靠，但该方法所需测力装置为封闭式环体，占用拉索锚固端空间，在拉索设计过程中即需考虑索长增加，且必须在拉索安装时进行安装，成桥后则无法实施安装，不能满足对既有桥梁建立索力监测系统的要求；频谱法是在索上布设加速度传感器，然后通过人为或环境激励，得到索的振动频率，再利用振动频率和索力的简化公式，获得索力，该方法简单易行，但大多数都是采用近似处理，特别是对于边界条件不明的短索和安装减振器后的长索，采用的修正方法缺乏充分的理论依据，测量效果不佳；磁通量法，是采用磁通量传感器对拉索索力进行测量，这种传感器由两层线圈组成，一圈为通电线圈，它产生的电磁场将磁化拉索，磁化的拉索磁场会对传感器的另一线圈产生感应电动势，其感应电动势对拉索的内应力较敏感，通过标定这种关系，就可以监测索的应力的变化，该方法的优点是其除磁化拉索外，不影响拉索的任何力学和物理特性，但是该方法要求对索力和信号进行现场标定，工序复杂，工程量大，影响工程实施效率，且费用较高。此外，市场上已开发出利用夹具将单个位移传感器附着于钢索上的钢索计，用于钢索应变测量，但该类测试装置存在如下缺陷：第一，仅在拉索单侧设置传感器，对于质地不均匀的钢丝索或可能存在局部受弯的拉索会引入较大局部受力不均造成的测量误差；第二，目前该类装置配备的钢索夹具与钢索间接触面处理简单，往往未能同时兼顾夹持牢固性与对拉索局部表面的保护；第三，采用位移传感器进行应变测量，精度较低，无法满足精细测量小幅变化索力的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种附着式拉索索力监测装置，通过在既有结构拉索上一定标距位置安装可靠的复合半刚性接触抱合式机械变形传递器，并通过复 合半刚性接触抱合式机械变形传递器，将温度自补偿光纤光栅精密应变传感器附着于拉索表面，测量标距范围内拉索由于所受拉力变化引起的轴向应变；拉索的轴向应变经光纤光栅精密应变传感器转换为光信号，并通过光缆传输至采集解调终端进行解调；测试软件结合应变测量数据、拉索截面几何参数和拉索材料力学性能参数自动解算出相应索力变化值，进而实现拉索索力的自动化实时动态监测。

本发明的技术方案是这样实现的：

所述附着式拉索索力监测装置主要由：抱合式变形传递器a、刚性定位杆b、复合半刚性接触装置c、温度自补偿光纤光栅应变传感器d、防护罩e、传输光缆f及光纤光栅解调仪g组成；

抱合式变形传递器a由两组共4块半环状高强度合金钢基体构成，基体上设置与所监测目标拉索截面形状尺寸相匹配孔壁刻矩形槽的夹持孔、光纤光栅应变传感器定位安装孔、基体水平定位齿以及紧固螺栓孔，以便将测量标距上的钢索轴向变形准确传递到应变传感器上；

刚性定位杆b采用高碳钢制造，与光纤光栅应变传感器d尺寸相同，共用光纤光栅应变传感器定位安装孔，可拆卸重复使用，以便变形传递器半环基体拼装定位的准确；

复合半刚性接触装置c设置于变形传递器夹持孔壁与目标拉索外表面之间，同时保护拉索表面、减小拉索颈缩和松弛滑移以及提高定位器与拉索连接强度，复合半刚性接触装置c的复合半刚性连接包括一层半刚性金属垫片和两层高强度金属粘接剂；

温度自补偿光纤光栅应变传感器d安装于变形传递器基体上的光纤光栅应变传感器定位安装孔，并通过螺栓、精细焊接工艺与之牢固连接；在目标拉索两侧对称位置各设置一支温度自补偿型光纤光栅应变传感器d，通过平均处理消除拉索局部弯曲和截面索股受力不均造成的测量误差，同时两支温度自补偿型光纤光栅应变传感器d测试数据对照实现传感器故障自诊断；