[發(fā)明專利]一種基于表面應(yīng)變的拉索索力測量方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112964411B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅堯治;傅文煒;姚俊杰;沈雁彬;萬華平
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01L5/04
• 分類號: G01L5/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種基于表面應(yīng)變的拉索索力測量方法及裝置，振弦應(yīng)變傳感器通過接觸式的帶凸起的剛性夾具固定標(biāo)距地安裝在被測索表面。拉索受軸向拉力產(chǎn)生的索體表面變形通過剛性夾具傳遞到傳感器上，傳感器感應(yīng)到變形而實現(xiàn)索體表面應(yīng)變測量。通過研究索體表面應(yīng)變與整體應(yīng)變關(guān)系，提出一種考慮計算系數(shù)的索力測量方法，結(jié)合應(yīng)變數(shù)據(jù)、拉索的幾何參數(shù)與力學(xué)性能得到了計算索力的公式，形成了一套安裝高效、計算簡便的拉索索力測量方法及裝置。本發(fā)明實現(xiàn)了快速無損安裝、實時測量、測試可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，拉索索力計算方法公式明確、過程簡潔。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于表面應(yīng)變的拉索索力測量技術(shù)，包括一種可快速安裝、準(zhǔn)確測量的接觸式無損傷索力測量設(shè)備與有效計算實測索力值的測量方法。

背景技術(shù)

索是國家重大公共建筑重要的受力構(gòu)件之一，廣泛應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等大跨度建筑結(jié)構(gòu)中。實時監(jiān)測拉索受力情況對于保障建筑結(jié)構(gòu)在全生命周期的正常工作，防止災(zāi)害發(fā)生，實施結(jié)構(gòu)維護(hù)，都有著十分迫切的需求。

目前，常用的拉索索力測量主要有5種方法，即壓力表法、測力環(huán)法、振動法、磁通量法以及夾具法。壓力表法直接讀取預(yù)應(yīng)力施工的油壓值，然后利用標(biāo)定公式換算索力，常用于施工過程中的索力測量；測力環(huán)法是在索錨固端布設(shè)測力環(huán)，測量錨頭和錨墊板間的反作用力得到索力，需占用索的錨固端空間且預(yù)先安裝；振動法基于索體自振頻率與索力的關(guān)系，推導(dǎo)理論公式計算索力，對于邊界條件不明的短索和安裝阻尼器等情況，理論公式推導(dǎo)存在一定困難；磁通量法通過標(biāo)定試驗獲得了磁化拉索產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與索力的關(guān)系，然后實現(xiàn)索力測試，需現(xiàn)場標(biāo)定，工序較為復(fù)雜；夾具法是一種簡單易行的索力測量的方法，利用夾具將單個位移傳感器附著于被測索段表面，測量鋼索應(yīng)變而計算索力，但已有的測量手段有一定不足之處：

(1)僅在拉索單側(cè)設(shè)置傳感器：對于質(zhì)地不均勻或可能存在局部受彎的拉索，單個傳感器會引入局部受力不均勻的現(xiàn)象，而產(chǎn)生無法忽略的測量干擾；

(2)鋼索夾具與鋼索間接觸面處理簡單：無法同時兼顧夾持牢固性與對拉索局部表面的保護(hù)，并且索體變形至傳感器的傳力路徑較為復(fù)雜，無法準(zhǔn)確的定位被測區(qū)間的長度，易產(chǎn)生測量誤差；

(3)采用位移傳感器進(jìn)行應(yīng)變測量：傳感器靈敏度低，無法測量索力的靈敏度要求。

(4)計算公式定義不明確：理論上，索力由索整體應(yīng)變結(jié)合索的幾何物理參數(shù)計算得到，而實測為索體表面應(yīng)變，二者并不等價，因表面應(yīng)變代替整體應(yīng)變而造成計算誤差。

從上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題可以看出，夾具式索力測量方法應(yīng)從以下兩個方面進(jìn)行完善，其一，傳感器夾具需兼顧夾持牢固度和無損傷裝卸，提升實測數(shù)據(jù)的工程價值和可靠度，實現(xiàn)被測區(qū)域的精確控制；其二，考慮拉索各層鋼絲變形與索整體變形關(guān)系等影響因素，提出索力計算系數(shù)的確定方法以實現(xiàn)索力值的準(zhǔn)確計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有常用測量技術(shù)應(yīng)用于拉索索力測量時的不足，提供一種基于表面應(yīng)變的拉索索力測量方法及裝置，將傳感器無損安裝方式和索力測量方法相結(jié)合，建立起一套完整的拉索索力測量方法。本方法采用帶溫度自補(bǔ)償?shù)恼裣沂綉?yīng)變測試技術(shù)，技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛，其結(jié)果穩(wěn)定可靠；設(shè)計了接觸式無損傷的剛性夾具，用以連接既有拉索，并固定傳感器；通過拉索與夾具、夾具與振弦傳感器之間的協(xié)同變形，獲取因拉索受力變化而產(chǎn)生的拉索表面應(yīng)變變化。結(jié)合理論分析推導(dǎo)了實測的索體鋼絲表面應(yīng)變與索體整體應(yīng)變的關(guān)系，提出了索力計算系數(shù)K_n。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于表面應(yīng)變的拉索索力測量方法，具體步驟如下：

(1)獲取溫度自補(bǔ)償?shù)恼裣覒?yīng)變傳感器的初始溫度、初始頻率、實測頻率和實測溫度，計算拉索經(jīng)溫度補(bǔ)償修正后的應(yīng)變值，得到拉索表面應(yīng)變；計算公式如下：