一种用于测量拉索索力的装置及方法制造方法及图纸

一种用于测量拉索索力的装置及方法属于桥梁索力检测领域。该装置包括：被测拉索，拉索捕捉单元，拉索捕捉单元接头，振动传送单元，辅助支架，主滑动单元，主滑动槽，主转动杆，转动支架，转动连接件，从转动杆，从滑动单元，从滑动槽，位移头，位移测量单元，主体底座和数据分析单元；本装置实现了对拉索振幅较小的情况下的索力测量。装置具有振动放大功能，能够将拉索的微小振动成比例放大，便于采用位移测量单元对振动进行测量和记录。本发明专利技术能够有效检测拉索的低频振动，解决了振动传感器在低频下测量能力极差的问题，能够直接检测出基频振动。本发明专利技术成本较目前常用的方法低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量拉索索力的装置及方法
一种用于测量拉索索力的装置及方法属于桥梁索力检测领域。
技术介绍
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/TJ21-2011《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。1)千斤顶压力表测定法目前拉索均使用液压千斤顶进行拉张。由于千斤顶的张拉油缸和张拉力有直接的关系，通过精密压力表或液压传感器测定张拉油缸的液压，就可以求得索力。2)压力传感器测定法在拉索张拉时，千斤顶的张拉力通过连接杆传到拉索锚具，在连接杆上套接穿心式压力传感器，该传感器受压后能输出电压，则可以在二次仪表上读出千斤顶的拉张力。3)索力动测仪法索力动测仪法是依据索力与索的振动频率之间存在对应关系的特点，在已知索长度、两端约束情况、分布质量等参数时，将高灵敏度的频率传感器安置在索上检测索在振动激励下的振动信号，经过数字信号处理后即可测出拉索的自振频率，进而获得索力。由于其便捷性，工程上大多运用索力动测仪进行测量。4)磁通量测定法磁通量测定法测定拉索索力是基于铁磁性材料的磁弹效应原理进行测量，当受到外力作用时，铁磁性材料内部产生机械应力或应变，其磁导率发生相应变化，通过测定磁导率的变化来反映应力(或索力)的变化。现在技术存在以下缺点：1)不适用于成桥后拉索的索力动态测量和长期测量。由于压力表本身存在的指针偏转过快、指针抖动激烈、存在读数时人为的随机误差、油不回零等问题，同时成桥后拉索已经张拉完成，不便于将拉索取下安装压力表，所以该方法并不适用于成桥后的动态测量和长期测量。2)价格昂贵。由于压力传感器价格相当昂贵、使用有效寿命短、动态响应差等问题，使得该测定法只适用于特定场合。3)测量能力无法满足需求。2006年吴康雄等在文献中指出，拉索的振动信号是由多谐振动信号组成的复合振动信号，索振动频率一般为(0.3～50)Hz，高频成分则易使得仪器采样时发生混频现象，一般应予以滤除。2016年周毅根据GB/T18365《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》所提供的高强钢丝拉索型号参数，选取了规范推荐的最细和最粗的拉索参数，建立ANSYS有限元模型，对拉索自振特性进行了数值模拟，其拉索密度、截面积、直径、弹性模量、泊松比、索力恒定，索长以1m为步长从10m至200m进行模拟计算，得出1阶固有自振频率范围分别是(14.39307～0.69740)Hz和(16.28878～0.71355)Hz，且索长与频率成反比关系。显然，采用索力动测仪法进行索力测量，其配备的振动传感器测量范围需覆盖0.3Hz～10Hz的低频段，具有该测量能力的传感器价格十分昂贵，一般均不配备该传感器。4)测量结果准确度低。磁通量法由于技术发展不到位，导致测量准确度较低，无法满足实际工程需求。
技术实现思路
本申请所解决的技术问题测量能力能够覆盖振动频率较低的长索；能够运用于在建桥梁和成桥的检测和监测；提高了测量精度。本专利所述用于测量拉索索力的装置主要由数据分析单元、位移测量单元、振动传送单元等部分组成，硬件连接图如1所示。拉索捕捉单元能够紧紧锁住拉索，使其工作时不在拉索上发生移动。拉索捕捉单元上安装有拉索捕捉单元接头。拉索捕捉单元接头上可以安装振动传送单元，将拉索的振动传递到本专利所属装置上。振动传送单元通过辅助支架固定，使得振动传送单元与辅助支架保持水平，且振动传送单元能够与辅助支架产生水平位移。振动传送单元下端连接有主滑动槽。主滑动单元可以在主滑动槽中沿着长边方向水平移动。主转动杆连接在主滑动单元上，且与从转动杆形成一个夹角。主转动杆和从转动杆的连接处为转动连接件，转动连接件使得主转动杆和从转动杆之间的相对位置不发生变化，且主转动杆和从转动杆形成的结构能够以转动连接件为圆心进行旋转运动。从转动杆的另一端连接有从滑动单元。从滑动单元安装在从滑动槽中，是的从滑动单元能够在从滑动槽中按长边方向水平移动。从滑动槽的一端连接在位移头上。位移头在位移测量单元上移动。位移测量单位测得位移头的位移，并将位移信息传输到数据分析单元上。数据分析单元具有显示位移曲线、显示频谱图、显示频率、显示索力值以及数据计算的功能。主体底座用于固定位移测量单元、转动支架以及辅助支架。主滑动槽可以选用气浮导轨或磁浮导轨，实现主滑动单元在主滑动槽上的无摩擦和无振动的平滑移动。从滑动槽可以选用气浮导轨或磁浮导轨，实现从滑动单元在从滑动槽上的无摩擦和无振动的平滑移动。位移测量单元可以选用高精度光栅尺、容栅式数字位移传感器、激光测距传感器、拉线编码器等。数据分析单元可以选用计算机、工控机、单片机、手机等。本专利所述拉索捕捉单元、拉索捕捉单元接头、振动传送单元以及辅助支架，用于等值传递拉索的振动。本专利所述主滑动单元、主滑动槽、主转动杆、转动支架、转动连接件、从转动杆、从滑动单元、从滑动槽以及位移头，用于按一定比值传送拉索的振动。其中，比值的大小与主转动杆和从转动杆的长度成正相关关系；设主转动杆长L，转动角度θ，则主转动杆移动的垂直距离为从转动杆亦可如此推导。本专利所述数据分析单元记录位移测量单元传输的位移信息，并绘制时程曲线，采用小波变化计算得到被测拉索振动的多阶频率，基于弦振动理论通过对多阶频率的计算得到被测拉索的索力值。拉索捕捉单元可以是一对半圆柱环，半圆柱环的内径和被测拉索的外径相同。振动传送单元可以是刚性光轴。辅助支架是垂直地面的，位移头移动的方向也是垂直地面的。初始化是指位移测量单元示值归零，数据分析单元的记录清空归零，主转动杆和从转动杆达到平衡。平衡是指主转动杆和从转动杆不会在拉索未振动的情况下发生旋转。为了达到平衡，可以用手调整主转动杆、从转动杆、主滑动槽、从滑动槽的位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量拉索索力的装置，其特征在于，包括：被测拉索，拉索捕捉单元，拉索捕捉单元接头，振动传送单元，辅助支架，主滑动单元，主滑动槽，主转动杆，转动支架，转动连接件，从转动杆，从滑动单元，从滑动槽，位移头，位移测量单元，主体底座和数据分析单元；拉索捕捉单元能够紧紧锁住拉索，使其工作时不在拉索上发生移动；拉索捕捉单元上安装有拉索捕捉单元接头；拉索捕捉单元接头上能够安装振动传送单元，；振动传送单元通过辅助支架固定，使得振动传送单元与辅助支架保持水平，且振动传送单元能够与辅助支架产生水平位移；振动传送单元下端连接有主滑动槽；主滑动单元能够在主滑动槽中沿着长边方向水平移动；主转动杆连接在主滑动单元上，且与从转动杆形成一个夹角；主转动杆和从转动杆的连接处为转动连接件，转动连接件使得主转动杆和从转动杆之间的相对位置不发生变化，且主转动杆和从转动杆形成的结构能够以转动连接件为圆心进行旋转运动；从转动杆的另一端连接有从滑动单元；从滑动单元安装在从滑动槽中，从滑动单元能够在从滑动槽中按长边方向水平移动；从滑动槽的一端连接在位移头上；位移头在位移测量单元上移动；位移测量单元测得位移头的位移，并将位移信息传输到数据分析单元上；数据分析单元具有显示位移曲线、显示频谱图、显示频率、显示索力值以及数据计算的功能；主体底座用于固定位移测量单元、转动支架以及辅助支架。...

【技术特征摘要】
1.一种用于测量拉索索力的装置，其特征在于，包括：被测拉索，拉索捕捉单元，拉索捕捉单元接头，振动传送单元，辅助支架，主滑动单元，主滑动槽，主转动杆，转动支架，转动连接件，从转动杆，从滑动单元，从滑动槽，位移头，位移测量单元，主体底座和数据分析单元；拉索捕捉单元能够紧紧锁住拉索，使其工作时不在拉索上发生移动；拉索捕捉单元上安装有拉索捕捉单元接头；拉索捕捉单元接头上能够安装振动传送单元，；振动传送单元通过辅助支架固定，使得振动传送单元与辅助支架保持水平，且振动传送单元能够与辅助支架产生水平位移；振动传送单元下端连接有主滑动槽；主滑动单元能够在主滑动槽中沿着长边方向水平移动；主转动杆连接在主滑动单元上，且与从转动杆形成一个夹角；主转动杆和从转动杆的连接处为转动连接件，转动连接件使得主转动杆和从转动杆之间的相对位置不发生变化，且主转动杆和从转动杆形成的结构能够以转动连接件为圆心进行旋转运动；从转动杆的另一端连接有从滑动单元；从滑动单元安装在从滑动槽中，从滑动单元能够在从滑动槽中按长边方向水平移动；从滑动槽的一端连接在位移头上；位移头在位移测量单元上移动；位移测量单元测得位移头的位移，并将位移信息传输到数据分析单元上；数据分析单元具有显示位移曲线、显示频谱图、显示频率、显示索力值以及数据计算的功能；主体底座用于固定位移测量单元、转动支架以及辅助支架。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，主滑动槽或从滑动槽选用气浮导轨或磁浮导轨。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，位移测量单元能够选用高精度光栅尺、容栅式数字位移传感器、激光测距传感器或拉线编码器。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，数据分析单元能够选...

【专利技术属性】
技术研发人员：何华阳，周毅姝，陈南，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11