索力測試前必須選定合適的測試方法,考慮到影響測試精度的各種因素,例如影響振動法測試精度的因素有:儀器、計算模式、邊界條件、索長、外界環境、斜度以及垂度等。當這些因素在索力測試時如果處理不當則會對測試結果造成不小的誤差。所以,對不同的索力測試方法及其影響因素進行分析顯得格外重要。
2.索力測試方法
2.1千斤頂壓力表測定法
現階段斜拉橋的施工現場,斜拉索均使用千斤頂張拉,其原理為:千斤頂張拉油缸中的液壓和斜拉索的拉力有直接的關系,所以我們可以根據精密壓力表或液壓傳感器測定油缸的液壓,然後就可根據液壓反推出索力。但此法現階段還存在以下缺陷:
(1)當拉索安裝完成後,若還想用此法來測試索力將會變的十分困難和不便,工程量也很大。
(2)千斤頂在張拉過程中對拉索的錨桿螺紋會產生很大的損害。
(3)此法所得到的索力值只能代表張拉端的局部索力,不能代表整跟拉索的索力大小。
(4)在測試之前需要事先標定,如果標定粗糙,誤差將會很難控制。
2.2 壓力傳感器測定法
該方法壹般與振動法聯合使用,可作為對振動法測定索力結果的壹種校核,已安裝的傳感器還可以在成橋後的運營階段連續測定索力值,還適用於成橋後運營狀態下的索力長期監控。壓力傳感器測定法的原理是永久安裝壓力傳感器在斜拉索的錨固端或張拉端,傳感器的感應錨頭的壓力與斜拉索的索力成壹定的比例關系,所以可通過傳感器感應錨頭的壓力來反算斜拉索的索力,此法測量結果精度高,而且索力在索中的位置明確。
但壓力傳感器測定法現在還存在以下缺陷未能解決:(1)壓力傳感器的造價高,其自身質量也很大,所以會給施工造成壹些不便。(2)測量的索力值具有壹定的局限性,它只能代表索頭的張力,不能代表整索的實際索力值。特別是如果在張拉過程中發生拉索在某位置被卡住的情況時,測量結果會出現端頭索力很大,而拉索中部索力卻較小的情況,此時若用此方法會得出錯誤的測量結果,並且這種情況在斜拉索的張拉過程中並不少見。特別是成橋後拉索如果安裝上阻尼減振裝置後,這種方法所測索力值的誤差將會更大。況且現階段壓力傳感器的耐久性還未在實際工程中得到有效驗證。所以,這種方法雖然測定的精度較高,但由於其還存在以上缺陷,因而此法往往要和振動法聯合使用,作為對振動法測試結果的校對,有時也只能在特定場合和特定的某根拉索下使用。
2.3電阻應變片測定法
該方法屬於早期測定索力的方法,其原理是直接在拉索上粘貼應變片,通過測量應變後,然後根據應變和應力之間的關系來直接求出索力。由於此方法存在以下缺陷:1)應變片不易防護,貼片存活率低;2)因拉索張拉後伸長量較大,零點的選定需要十分慎重,否則容易超過量程範圍。因以上缺陷現階段此方法已經較少使用。
2.4磁通量測定法
磁通量法測索力的原理為:當給磁通量傳感器通入電流時,在激磁線圈中會引起磁化力。根據電磁感應原理,就會在構件縱向產生磁場,進而在測量線圈中產生感應電壓。當磁心的磁通量滲透變化時,輸出電壓也就會相應發生變化,所以,可通過輸出的電壓值,就可以測得磁心的外加力,鐵磁材料的磁通量滲透系數與應力、溫度、外加磁場強度有關,其表達式可表示為:
(1.1)
式中: A0為EM傳感器線圈的有效橫截面面積; Af為拉索的橫截面面積; ,Vout,V為采集線圈中有鋼絲和無鋼絲時的感應電壓;H為根據工作需要外加的磁場;R為拉索的應力;T為溫度[30]。
將磁通量滲透系數按泰勒級數展開後,如果當應力為某壹定值時可得到式(1.2):
(2.2)
m1,m2可從室溫下的標定曲線中得到,L(0,0)和A1均可從擬合曲線中得到,在現實工程應用中,只需通過測量參數L,就可以推算出拉索的實際拉力[30]。
2.5振動頻率測定法
斜拉索在各種環境因素的作用下通常會激發起微小的振動,如果通過使用高靈敏度的拾振傳感器及其相應的數據采集設備和分析軟件,由結構的振動分析出若幹階自振頻率,最後由索力與其自振頻率、邊界條件、剛度等的關系式通過頻率來反算索力。該方法具有測定簡單、方便、快捷、測試設備可重復使用等突出優點,成為了現階段工程界最受歡迎的索力測量方法之壹。其頻率的測定方法有接觸式測量和非接觸式測量兩種[30]。
(1)接觸式測量
接觸式測量主要是給拉索的相應位置安裝加速度傳感器,通過環境或人工激振使斜拉索開始振動,再利用相應的數據采集儀器,識別拉索的振動數據,使用相關的軟件對數據進行接收、分析、處理,最後得到斜拉索的振動頻率,然後再根據頻率與索力的關系式反算索力,采用此種方法得到的基頻具有較高的精度,但是由於其在測量基頻時需要進行復雜的布線,而且往往會因現場實際測試條件的限制,傳感器常常不能安裝在其合適的位置,所以這也會給測量結果造成壹定的誤差[30]。
(2)非接觸式測量
非接觸式測量拉索的振動頻率,是利用激光技術的遠程檢測方法,通過激光發射和接收裝置實時監測斜拉索的隨機振動,並通過相應的程序分析出斜拉索的振動頻率,從而根據索力與振動頻率的關系式再反算出索力,此方法屬於無損檢測,不需布置傳感器,又由於不需在拉索上進行繁瑣的布線,所以它也是壹種無線檢測方法,比接觸式測量方法方便,它也屬於壹種遠程檢測方法,所以特別是對於測試壹些傳感器難以安裝的長索的振動頻率時,應用此方法將變得極為方便,最後必須指出非接觸式測量只能實現即時測量,不能對斜拉索進行長期的頻率監測,所以它也有自己的局限性[30]。
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