索力测试方法详解

钢缆索索力测量目前方法众多,不同的测量原理产生不同的测量方法。 根据不同的分类标准,有直接检测和间接检测、有损检测与无损检测、施工安装检测和在线安装检测,但是有些尚处于实验研究阶段,并未达到实际工程的要求,仍需进一步完善。 目前,工程实践普遍采用的索力测量方法主要有压力传感器测量法、频率振动测定法、光纤光栅测量法、磁特性检测法等。

1)频率振动测定法

频率振动测定法是依据索力与缆索振动频率之间存在对应关系的特点,在已知缆索长度、两端约束情况、分布质量等参数时,将高灵敏度的拾振器绑在缆索上,获取缆索在环境振动激励下的振动信号,经过滤波、信号放大、A/D 转换和频谱分析即可测出缆索的自振频率,进而由索力与缆索自振频率之间的关系获得索力。

频率振动测定法是一种间接测量方法,测定频率精度可达到0.005 Hz,测量方法简单、方便,目前得到广泛的实际应用。 但是频率振动测定法的测量精度受缆索的弯曲刚度、缆索长度和缆索线密度等参数的影响比较严重。 测量n 阶振动频率需要安装拾振器使缆索起振,使得有关fn 的测量难度加大。 因此,在对索力测量精度要求较高的场合,频率振动测定法难以满足测量要求。

(1)仪具与材料技术要求

①测振传感器:频响范围应为0.1 ~100 Hz。

②动态数据信号采集系统:应有抗混叠滤波功能。

③其他。

(2)方法与步骤

①索的自振频率可采用随机环境激励法测量,如有必要也可采用人工激振。

②测量时宜临时解除索的外置阻尼器。

③将传感器用专门的夹具固定在索股上;测量索的振动时,安装位置在安装能力范围内应尽量靠近索股中部。

④由信号采集仪器记录索股在环境激励或人工激振下的振动信号,采样频率应大于或等于索股第5 阶自振频率的4 ~5 倍,一般设置为100 Hz,记录时间一般为5 ~8 min,同时注意观察信号质量。

⑤进行信号分析时,合理采用频谱分析法,获得索的前多阶自振频率(建议前5 阶),以减少误差。

(3)索力计算

计算索力时,应通过信号处理分析获得索的前多阶自振频率(建议前5 阶),按每一阶自振频率计算索力,取其平均值作为最终索力。

①当索的抗弯刚度不可以忽略时,对于长索(索长和直径之比大于100),可将两端固支的拉索振动模型等效成两端铰接的拉索振动模型,计算公式如下:

式中　T——实测索力值;

W——单位索长的质量;

l——索的长度;

n——索的振动阶次;

fn——索的第n 阶振动频率;

EI——索的抗弯刚度;(www.xing528.com)

g——重力加速度。

②当抗弯刚度可以忽略时,可使用简化公式:

③索力偏差率Kt 可按下式计算:

式中　T——实测索力值;

Td——设计索力值。

④每根索索力平行测试3 次,采用3 次的平均值作为该索索力值,索力偏差率超过±10%时应分析原因。

⑤得出索频率检测记录表。

2)锚索计测量法

当钢缆索受到张拉时,张拉力通过连接杆传到缆索锚具,如果在连接杆上套一穿心式压力传感器,张拉时压力传感器受压后就输出电信号,就可在配套的千斤顶上读出拉力数值。在桥面和固定锚具之间加上索孔垫板和弹性材料,如图11.25 所示。 当缆索受力时将全部作用在弹性材料上,弹性材料发生形变,在弹性材料上安装应变片传感器即可测量出弹性形变,进而可以换算出索力大小。

图11.25　压力传感器测量法

压力传感器的缺点是传感器需要在施工时完成安装,而对已经建造好的桥梁不能使用压力传感器实现索力测量。

(1)仪具与材料技术要求

①压力传感器及数据采集仪:量程小于1 000 kN,精度为0.1 kN;量程大于1 000 kN,精度为1 kN;不同量程下精度均为量程的1%。

②其他。

(2)方法与步骤

①索张拉时,千斤顶的张拉力通过连接杆传递到拉索锚具上,在连接杆上套一个穿心式压力传感器。 张拉时,处在千斤顶张拉活塞和连接杆螺母之间的传感器,在受压后就输出电信号,在配套的二次仪表上读出千斤顶的张拉力。

②如需长期测试索力,也可以将穿心式压力传感器放在锚具和索孔垫板之间,进行长期监测。

(3)报告

报告应包含如下内容:

①索力值、外观病害照片;

②其他需要说明的事项,对于无法用文字表达清楚的内容,应附简图。