[发明专利]一种全天候索力测量装置和测量方法

说明书

本发明公开了一种全天候索力测量装置和测量方法；本发明装置将传统拉索索头耳板进行重新设计，用折角耳板代替传统直耳板，且在两折角耳板间增设一根弹性压杆，由此在索头内部巧妙构造出一个拉压系统，并得到拉索索力F与弹性压杆轴向压应变ε的函数关系式，通过焊接在弹性压杆表面的程应变计测量出弹性压杆的压应变，代入上述函数表达式即可求得索力数值。本发明思路新颖，理论清晰，费用低廉，测量精度高，适用范围广泛，并且可以对拉索索力进行各阶段、全天候的索力测量和健康监测。

技术领域

本发明涉及一种索力测量装置，特别是涉及一种可广泛适用于土木工程领域的全天候索力测量装置。

背景技术

伴随着新时期结构形式的复杂化和多样化，拉索现已广泛应用于各类工程结构中，成为大跨度建筑结构和大跨度桥梁结构等重大工程结构中的主要受力构件，其拉力大小直接影响着结构的受力状态，同时也是结构安全性的重要标志，因此，对重大工程结构中关键部位拉索索力的实时测量和健康监测十分重要也非常必要。

如图3所示，现有技术的索力测量装置包括销轴5、索头杯口6和直耳板7，两直耳板7平行设置；在索头杯口6上端，拉索1与索头杯口6连接，在索头杯口6下端直，两直耳板7与索头杯口6连接，两两耳板7还通过销轴5连接。当拉索中产生拉力时，在直耳板7中仅存在轴力。测试时，通过在拉索1上设置的传感器测试索力。

现阶段在实际工程中使用相对广泛的索力测量方法大致有以下5种。

1、液压千斤顶张拉测试法：

该方法适用于拉索张拉成形阶段，工程师可以通过液压千斤顶的油表读数近似确定拉索的索力数值，这种方法简便易行，成本较低。但油压表存在指针偏转速度过快，当索力数值较大时指针抖动剧烈等不利因素。另外，在结构正常使用状态下，千斤顶已经退出工作，所以此方法不能用于索力全时段监测。

2、压力传感器测试法：

在拉索施工时，将压力传感器安装在锚具和拉索垫片之间，索内拉力的变化会引起压力传感器中弹性体的变形，传感器中内置的压力传感元件会将形变转换为可处理的电信号(相当于一块压敏电阻元件)或者光信号等等，再通过光电装置处理即可测得索力数值。该方法工艺复杂，检测成本较高，并且传感器在自然条件下的耐久性能得不到保证。目前主要用与大型桥梁施工监控等领域，由于传感器通常尺寸较大，影响建筑美观，故极少用于建筑领域。

3、基于结构振动频率的测试方法：

该方法适用于已建成结构中，在人工或随机激励下，通过布置在拉索上的传感器获得相应的振动信号，通过频谱分析求解拉索的振动频率，再利用振动频率和索力之间存在的函数关系得到拉索拉力数值。该方法所需测试成本低，并且精度可以满足工程要求。但是测试过程繁琐，单次测试周期较长，测试数据的精度易受拉索跨度、斜度、垂度以及边界条件等多项条件的制约，无法用于施工阶段索力监控，也不适用于全天候索力监测。

4、磁通量测试法：

该方法是利用拉索索力与传感器磁通量变化之间的关系进行索力测量。传感器中电流强度与铁磁材料磁导率相关，而磁导率又与自身应力状态相关，因此可以通过传感器系统中电压与应力之间存在的相应函数关系式求得索力数值。对任意一种铁磁材料都需要事先在实验室进行数组应力、温度的实验，确定磁通量变化和索力之间的关系式才可以进行该种材料制造的拉索索力，因此无法测量已建工程中拉索索力，该方法受温度影响较大，必须进行相应的温度补偿。

5、附着式光纤光栅传感器测定法：

利用牢固附着在拉索上的光纤光栅传感器测量一个特定标段内拉索的伸长量，再利用拉索刚度、应变、应力之间的关系求得拉索的索力数值。该方法测试费用高昂，测量精度受温度和光纤光栅自身刚度的影响，测试系统较复杂，在施工现场极易受损，现阶段使用不是非常广泛。

发明内容