一种桥梁拉索索力测量设备及测量方法与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于桥梁拉索索力测量技术领域，具体的说，涉及一种桥梁拉索索力测量设备及测量方法。背景技术：2.目前大跨径桥梁多采用悬索桥和斜拉桥的索承式桥梁，斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。悬索桥又名吊桥，指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸或桥两端的拉索作为上部结构主要承重构件的桥梁。以上索承式桥梁的拉索为主要受力结构，在桥梁运营一段时间后，拉索索力是否衰减，是否满足设计桥梁设计要求，是保障索承式桥梁可靠性、耐久性的重要指标。3.迄今为止，对在运营中的桥梁拉索索力的测量，主要以频率法为主，但频率法所确定的索力精度在很大程度上取决拉索本身参数的可靠性，如拉索的弯曲刚度、拉索的计算长度、拉索的线密度等，任何参数的偏差都会影响索力计算精度。技术实现要素：4.为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种桥梁拉索索力测量设备及测量方法，不受拉索弯曲刚度、线密度的影响，测量所受的干扰因素少，测量精度高。5.为实现上述目的，本发明提供了一种桥梁拉索索力测量设备及用该测量设备对拉索索力进行测量的方法。6.所述测量设备包括支撑梁架、提升装置、固定在支撑梁架下方的拉索连接机构和两个拉索锁紧机构；其中，两个拉索锁紧机构对称固定在支撑梁的下方，拉索连接机构设置在两个拉索锁紧机构的对称线上；所述提升装置包括提升绳，所述提升绳的下端与拉索连接机构连接；7.所述的测量方法包括以下内容：8.拉索穿过拉索连接机构，并用两个拉索锁紧机构锁紧；用提升绳上拉拉索连接机构，上拉时提升绳的拉力方向与拉索垂直，多次上拉拉索，并测量提升绳的提升力p和拉索提升位移量a，9.根据公式f＝η/2×k[0010][0011]用迭代计算法计算出桥梁拉索纵向拉力f。[0012]式中，f为拉索纵向拉力；k为拉索提升刚度；p为提升绳的提升力；a为拉索提升位移量；η为系数。[0013]进一步的，提升绳上设有高精度位移传感器和高精度拉力传感器；高精度位移传感器读取拉索提升位移量a，高精度拉力传感器读取提升绳的提升力p。[0014]进一步的，所述的支撑梁架包括梁板和固定在梁板上端面的上支撑肋；所述的提升装置还包括连杆臂、千金顶；所述连杆臂的左端与上支撑肋铰接；连杆臂的右端与千斤顶的输出端铰接，千斤顶的底端与上支撑肋铰接；提升绳下端与上固定块连接，上端与连杆臂的右端固定；测量时，千斤顶向右顶出，带动连杆臂的右端上提，提升绳上提，给拉索提升力。[0015]进一步的，上支撑肋平行设置两块；两块上支撑肋之间设有轴a和轴b，连杆臂的左端通过轴a与上支撑肋铰接；千斤顶的底端通过轴b与上支撑肋铰接。[0016]进一步的，其特征在于，所述的拉索锁紧机构包括可拆卸连接的上锁紧块、下锁紧块，上锁紧块和下锁紧块的中部相对设有弧形卡口，两端用螺栓连接；上锁紧块的弧形卡口上设有固定锁紧块，下锁紧块的弧形卡口上设有弧形锁紧块，下锁紧块上还设有用以升降弧形锁紧块的锁紧螺栓，锁紧螺栓与下锁紧块螺纹连接；上锁紧块与梁板的下端面固定连接；[0017]测量时，用两个拉索锁紧机构将拉索锁紧，提升绳无阻力穿过梁板上开设的提升绳通孔与连杆臂固定连接。[0018]进一步的，拉索连接机构包括上固定块、下固定块；上固定块和下固定块的中部相对开设有弧形卡口，两端用螺栓连接；下固定块的弧形卡口处设有上端面为弧形面的固定锁紧块；测量时，拉索连接机构夹紧拉索。[0019]进一步的，梁板与上锁紧块之间连接有下支承肋。[0020]进一步的，拉索锁紧机构与拉索接触面上设有阻尼材料。[0021]本发明的有益效果：[0022]本发明通过用两个拉索锁紧机构对拉索的测量段锁紧，对拉索索力测量，可避免拉索刚度和线密度对测量结果的影响，测量精度高；通过利用位于两个拉索锁紧机构中心线上的拉索连接机构浆拉索夹紧，可保证拉索的受力点始终在两个拉索锁紧机构的中心，保证测量结果的准确性，拉索锁紧机构和拉索连接机构的结合保证了测量数据的准确，保证了计算结果的准确性，本发明迭代计算法逐步求出拉索的实际索力，测量精度高。[0023]本发明的提升装置，通过连杆臂与千斤顶的设置，在测量时，支撑梁架给提升装置提供提升反力，测量时，整个装置的稳定性强，降低测量时的干扰因素；此外，本发明的提升装置在对拉索提升过程中，对拉索外表面和拉索结构损伤较小。[0024]本发明的测量设备结构紧凑可靠、稳定性好，操作简单，受干扰因素少，检测精度高，可适用于不同类型的索承式桥梁，且具备安装快捷、操作方便、成本低廉的优点。附图说明[0025]图1拉索索力测量设备与拉索的连接关系示意图。[0026]图2是本发明的拉索索力测量设备整体结构示意图；[0027]图3是图2中侧向视图；[0028]图4是本发明的拉索锁紧机构结构示意图；[0029]图5是本发明的拉索连接机构结构示意图；[0030]图6是本发明的支撑梁架结构剖视图；[0031]图7是本发明的提升装置结构示意图；[0032]图8是本发明的技术原理示意图；[0033]图9是本发明的受力原理示意图；[0034]图10是本发明的迭代计算流程示意图；[0035]图中，001-拉索锁紧机构，002-拉索连接机构，003-支撑梁架，004-提升装置，005-高精度位移传感器，006-高精度拉力传感器，007-计算设备，011-上锁紧块，012-下锁紧块，013-弧形锁紧块，014-调节螺栓，015-固定锁紧块a，021-上固定块，022-下固定块，023-固定锁紧块b，024-连接螺栓，025-提升绳，031-下支承肋，032-上支承肋，041-连杆臂，042-千斤顶、10-拉索、11、索座、13-轴a、14-轴b。具体实施方式[0036]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下多获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0037]为了更清楚说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。[0038]实施例1[0039]一种桥梁拉索索力测量设备，包括支撑梁架、提升装置、拉索连接机构002、两个拉索锁紧机构001。[0040]本实施例所采用的方位描述以附图6为准，同时，所采用的方位名词是为了便于描述本发明的结构而采用的描述手段，本发明的保护范围不受方位名词的限制。[0041]支撑梁架包括梁板003和两块平行固定在梁板003上端面的上支承肋032，两块上支撑肋032之间设有轴a13和轴b14。提升装置包括提升绳025、连杆臂041和千金顶042。连杆臂041的左端通过轴a13与上支撑肋032铰接，千斤顶042的底端通过轴b14与上支撑肋032铰接，连杆臂041的右端与千斤顶042的输出端铰接。提升绳025的下端与上固定块021固定连接，上端与连杆臂041的一端固定连接。提升绳025上设有高精度位移传感器005和高精度拉力传感器006，高精度位移传感器005读取拉索10提升位移a，高精度拉力传感器006读取提升绳025的提升力p。[0042]提升装置004的千斤顶042和连杆臂041通过铰接的方式固定在上支承肋032上，由于千斤顶042的尾部与支撑梁架连接，因此其在工作时，支撑梁架给提升装置004提供提升反力，测量时，整个装置的稳定性强。[0043]两个拉索锁紧机构001对称固定在梁板003的下方，拉索连接机构002设置在两个拉索锁紧机构001的对称线上，位于两个拉索锁紧机构001的正中，当用提升绳025提升拉索连接机构002对拉索10提升时，能防止拉索10的受力点发生位移，保证拉索10的受力点始终位于两个拉索锁紧机构001的中心(如附图9所示)，可保证测量结果的精确性，避免干扰(测量方法详见实施例2)，同时，由于拉索测量段被拉索锁紧机构001锁紧，可避免拉索的线密度和刚度对测量结果的干扰。[0044]此外，从整体受力上，两个拉索锁紧机构001以及提升装置004的位置关系能够使得支撑梁架受力平衡，即支撑梁架能够更稳固的固定在拉索10上，提高测试数据的精确性。[0045]拉索锁紧机构001包括上锁紧块011、下锁紧块012，上锁紧块011和下锁紧块012的中部相对设有弧形卡口，两端用螺栓024连接。上锁紧块011的弧形卡口上设有外端面为弧形的固定锁紧块015，下锁紧块012的弧形卡口上设有弧形锁紧块013。固定锁紧块015和弧形锁紧块013主要用于将拉索10锁紧。此外，由于固定锁紧块015和弧形锁紧块013为弧形，可增大与拉索10的接触面积，增大摩擦力，更有利于测量时，将拉索10锁紧。[0046]下锁紧块012上还设有用以升降弧形锁紧块013的锁紧螺栓014，锁紧螺栓014与下锁紧块012螺纹连接，与弧形锁紧块013旋转连接，鉴于旋转连接为常见的连接结构，本实施例不做详细说明。由于被测量拉索10的尺寸大小不一，为了提高测量的普适性，特设置锁紧螺栓014，通过锁紧螺栓014改变固定锁紧块015和弧形锁紧块013之间的间距，以夹紧不同尺寸的拉索10。[0047]上锁紧块011与梁板003的下端面固定连接，上锁紧块011与梁板003之间设有用于增加二者连接强度的下支承肋031。[0048]拉索连接机构002包括上固定块021和下固定块022，上固定块021和提升绳025连接。上固定块021和下固定块022的中部相对开设有用于夹固拉索10的弧形卡口，两端用螺栓连接。下固定块022的弧形卡口处设有上端面为弧形面的固定锁紧块023b。下固定块022设有弧形状的固定锁紧块b023。需要说明的是，上固定块021和下固定块022通过螺栓连接，上固定块021和下固定块022用以与拉索10连接，固定锁紧块b023的设置用以紧固拉索10。[0049]拉索锁紧机构001和拉索连接机构002与拉索10接触位置材料选用橡胶或其他阻尼材料，保护拉索缠包体系不受破坏。[0050]实施例2[0051]用实施例1所述的测量设备对桥梁拉索索力测量的方法，包括以下步骤：[0052]步骤1：将上锁紧块011卡在拉索10上部，将下锁紧块012卡在拉索10下部，用螺栓24将上锁紧块011和下锁紧块012连接。[0053]步骤2：旋转锁紧螺栓014，锁紧螺栓014带动弧形锁紧块013向上移动，将拉索10锁紧。[0054]步骤3：用拉索连接机构002将拉索10夹固；[0055]步骤4：启动千斤顶042，千斤顶042向右顶出，带动连杆臂041的右端上提，提升绳025上提，给拉索10提升力。[0056]分多次提升拉索10，每次提升的高度不同，高精度位移传感器005和高精度拉力传感器006读取拉索提升力和提升位移量数据，根据拉索提升力和提升位移数据用迭代法计算拉索索力，计算方法及原理如下：[0057]根据刚弦原理，拉索纵向力f在提升过程中保持不变，纵向力通过k＝p/a和f＝η/2×k得出，[0058]其中，a为高精度位移传感器005测出的拉索提升位移量；p为高精度拉力传感器006测出的提升力；k为提升刚度，η为系数。[0059]而公式f＝η/2×k揭示了一个重要的方法，只需测得提升刚度k，就可以通过公式计算出拉索的纵向力f,而η与纵向力f有关，因此采用迭代法进行求解。[0060]根据上述公式：令拉索纵向力f恒定，则λ恒定；[0061]由于l1＝l0-l2，λ恒定得出ξ恒定；[0062]得出所述η。求得拉索纵向力f；[0063]其中，e为弹性模量，i为拉索截面水平轴惯性矩，l0为拉索测量长度范围，l1为提升力p距离左端点的距离，l2为提升力p距离右端点的距离；l0＝l1+l2且l1＝l2。[0064]本发明受力物理模型如图9所示，在桥梁拉索纵向拉力视为恒定的情况下，在中部任意位置提升桥梁拉索，提升力p使拉索产生了位移a，在弹性范围内，提升刚度k即提升力p提升位移a的比值为一恒定值。[0065]作为一种优选方案，将高精度位移传感器005和高精度拉力传感器006与电脑等计算设备连接，计算设备内设置数据接收模块和数据处理模块，数据处理模块采用上述的计算公式及计算方法，通过数据处理模块直接计算得出拉索索力数据。具体为，数据接收模块接收高精度位移传感器005和高精度拉力传感器006读取的数据，数据处理模块将数据接收模块接收的数据进行计算，得出拉索索力。[0066]为证明本发明测量数据的精确性，在实验室环境下，利用与桥梁拉索等比例的局部样件，施加一个纵向预拉力f，采用本发明描述的设备和测量方法对样件进行索力的多次测量，测得样件索力平均值为f1,经过对比，f与f1的数值偏差在3％以内，证明本发明描述的拉索索力测量设备和方法具有较高的准确性。[0067]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。[0068]在本发明的描述中，需要说明的是，使用的“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的限定，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0069]最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。









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