[发明专利]一种索力实时监测装置和监测方法

说明书

本发明公开了一种索力实时监测装置和监测方法，监测装置包括侧壁开槽的笼状结构的测力环，通过在测力环侧壁中部布设多个长标距光纤光栅精密应变传感器，测量测力环中间段一定范围内的平均应变，并布设光纤光栅温度传感器进行温度补偿，应变经光纤光栅传感器转换为光信号，并通过光缆传输至光纤光栅解调仪进行解调，随后通过网线传输至计算机。实验室进行荷载试验，联合多个长标距应变传感器采集的平均应变数据进行最小二乘拟合分析，标定出测试环压力与等效轴心平均应变的关系曲线。通过控制器自动对测力环现场实时监测数据进行分析，解算出索力，实现索力的自动化实时监测。

技术领域

本发明属于桥梁工程建筑领域，涉及一种索力监测技术，具体涉及一种索力实时监测装置和监测方法，用于索承体系桥梁工程中，对各类斜拉桥、悬索桥、拱桥等拉索和吊杆的索力进行长期实时监测。

背景技术

拉索或吊杆是索承体系桥梁的主要承力构件，实时监测其受力状况进而诊断损伤对结构的安全运营具有重大意义。目前，既有的索力监测技术主要分为间接法和直接法。间接法通过测试与拉索拉力相关的物理参数，然后利用参数与拉力间的相关关系间接得到拉索拉力，如频谱法、磁通量法。频谱法首先对拉索结构建立力学模型推导其频率与索力的关系，然后在索上布设加速度传感器测试索在环境或荷载激励下的加速度响应，对拉索振动响应进行模态参数识别得到索的模态频率来推算拉索索力。该方法简单易行，但索结构振动频率和索力的关系受到索两端边界条件影响较大(实际力学推导计算时通常做了一些近似处理)，特别对于短索和安装减震器的索，误差较大。磁通量法，其原理是将钢质拉索置于特定的磁场环境中将拉索磁化，由于材料的磁弹效应，索力变化会导致拉索磁导率发生改变，标定磁导率、索力和温度之间的关系曲线，检测磁导率的变化即可检测出索力大小。磁通量传感器结构简单、使用寿命长，过载保护能力强等优点，但也存在测量精度低、受现场温度、磁场、环境振动干扰大、安装维护困难等缺点。另外，也有一些基于机器视觉的索力识别技术，该类方法利用机器视觉技术监测拉索变位，通过图像分析识别拉索的振动响应，本质上还是属于频谱法。

直接法直接测量拉索的应变和压力来测试拉力，如压力表法、测力环法。压力表法是在拉索张拉过程中通过油压表直接测得索力，该方法直接且准确，但张拉施工完成后装置即撤离，无法用于结构的长期实时监测。测力环法是在施工时将测力环安装在拉索锚固端，通过安装在测力环中部的点式应变传感器测量荷载作用下测点处的应变，试验标定应变量与压力的关系，从而测得拉索的索力。该测力方式直观可靠。但受到索长、安装空间及位置等限制，测力环通常为一个厚壁环体结构，各截面的应力并不是均匀分布，而是随高度而变，点式应变传感器安装位置的微小偏差可能导致测力较大偏差。同时在现场安装使用过程中，测力环受力很难能保证绝对对中，可能存在偏心受压，导致点式应变传感器局部应变非均匀变化，影响索力监测的精度。

发明内容

本发明提供一种采用长标距光纤应变计进行索力实时监测装置和方法，监测装置主要包括在侧壁开槽的笼状结构测力环，通过在测力环侧壁中部布设多个长标距光纤光栅精密应变传感器，测量测力环中间段一定范围内的平均应变，然后拟合计算出等效轴心平均应变，并布设光纤光栅温度传感器进行温度补偿，应变经光纤光栅传感器转换为光信号，并通过光缆传输至光纤光栅解调仪进行解调，随后通过网线传输至计算机。实验室进行荷载试验，联合多个长标距应变传感器采集的平均应变数据进行最小二乘拟合分析，标定出测试环压力与等效轴心平均应变的关系曲线。通过数据处理软件自动对测力环现场实时监测数据进行分析，解算出拉索索力，实现索力的自动化实时监测。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种索力实时监测装置，其特征在于：包括测力环和多个应变传感器，所述测力环安装在拉索或者吊杆的锚固端螺母和锚垫板之间，所述多个应变传感器均布于测力环四周，用于测量测力环的轴向应变。

作为改进，所述应变传感器为长标距光纤光栅应变传感器，用于测量标距内的平均应变，多个长标距光纤光栅应变传感器通过传输光缆串联后与光纤光栅解调仪相连。