專利名稱：一種吊桿張拉及張力測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橋梁的測量，更具體的說，涉及一種吊桿張拉及張力測量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
系桿拱橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，它通過吊桿將拱與梁組合在一起，充分發(fā)揮梁受彎、 拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用，并且拱端的水平推力由系桿承受，使拱端支座不產(chǎn)生水平推力。故吊桿張力的大小是影響拱橋結(jié)構(gòu)受力的核心要素，直接影響橋梁受力的合理性，從而影響到橋梁的安全性、使用壽命和橋面線型等。故吊桿的張力控制對于系桿拱橋至關(guān)重要，必須在施工和使用過程中測量并嚴(yán)格控制每根吊桿的張力。目前施工中常用的吊桿張力測量方法有以下幾種油壓表法、壓力傳感器法、磁通量法及頻率法。其中，油壓表法是利用千斤頂油壓面積一定時，油缸中的液壓與千斤頂?shù)膹埨Τ杀壤脑砉ぷ鳎瑢⒂蛪罕碜x數(shù)換算成千斤頂?shù)膹埨?，其測試精度易受千斤頂?shù)母叨燃坝凸荛L度變化等影響，使得精度偏低且不穩(wěn)定，而且此法只能在吊桿張拉時使用。壓力傳感器法是將壓力傳感器裝在每根吊桿的錨頭，無法取出，直接測量吊桿的張力，此方法精度高，但成本也非常高，所以一般不采用。磁通量法是根據(jù)吊桿的張力、溫度與磁通量變化的關(guān)系，利用電磁傳感器，測試磁通量變化來推算，此法尚不成熟，未廣泛應(yīng)用。頻率法是利用受拉吊桿張力與自振頻率之間的關(guān)系，通過振動測試設(shè)備現(xiàn)場測量吊桿的自振頻率來推算其對應(yīng)張力的方法，該方法中所有儀器都可以重復(fù)利用，故頻率法是目前最經(jīng)濟、實用的方法，但此法的測量精度很大程度上取決于吊桿的邊界約束條件、計算長度、抗彎剛度、 線密度等參數(shù)，在上述參數(shù)理想化的情況下可獲得較好的測試精度，而在實際工程中吊桿的約束條件非常模糊，計算長度和抗彎剛度也無法明確，且加裝阻尼減震器后上述參數(shù)將變得更為復(fù)雜，這將導(dǎo)致頻率法推算的張力產(chǎn)生很大的誤差，甚至是錯誤的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，提供一種既方便吊桿的張拉施工，又能精確地控制其張力，成本很低，且可重復(fù)使用的吊桿張拉及張力測量方法及其測量裝置。為達(dá)到上述目的，解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種吊桿張拉及張力測量方法，包括以下步驟(1)根據(jù)吊桿最大長度L、預(yù)先設(shè)計的最大張力F以及按材料力學(xué)胡克定律
計算吊桿受最大張力Ρ^Τ^Ι^^λ^ΨΙ· Δ L，Uift為依據(jù)it用7 載大 F禾口行
程大于AL的穿心千斤頂；式中Ε為吊桿中鋼絞線的彈性模量，A1為吊桿中鋼絞線的總橫截面面積；(2)設(shè)計與吊桿頭部形狀相配合的張拉桿，根據(jù)材料力學(xué)公式σ = ￡計算出張拉桿工作時的最大應(yīng)力ο，選用屈服強度大于ο的張拉桿桿身材料；式中=A2為張拉桿桿身橫截面面積；(3)根據(jù)吊桿預(yù)先設(shè)計的最大張力F和張拉桿桿身橫截面面積A2,按照穿心力傳感器量程大于F、內(nèi)徑大于張拉桿的桿身直徑確定穿心力傳感器的選型；(4)在結(jié)構(gòu)物即拱橋鋼管拱上表面預(yù)設(shè)錨固點位置固定安裝中間有開孔的錨墊板，利用起重設(shè)備將吊桿下端錨固于結(jié)構(gòu)物的另一預(yù)設(shè)錨固點，吊桿上端通過固定螺母初步固定在錨墊板上，并與張拉桿通過螺紋連接，然后沿張拉桿自下而上依次套裝圓周壁上開有調(diào)節(jié)窗口的套筒、穿心千斤頂、前穿心球窩、前穿心球面、穿心力傳感器、后穿心球面、 后穿心球窩、限位螺母，其中穿心力傳感器采用屏蔽信號線連接到外置的測力儀；(5)驅(qū)動穿心千斤頂工作，推動穿心力傳感器和限位螺母，使張拉桿帶動吊桿沿張拉方向運動，從而實現(xiàn)對吊桿的張拉，此時吊桿張力與穿心力傳感器所受壓力相等，讀取測力儀所顯示穿心力傳感器的力值即為測定吊桿中的實際張力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的另一個技術(shù)方案是一種上述吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，由開有中心孔的錨墊板、開有調(diào)節(jié)窗口的套筒、固定螺母、穿心千斤頂、穿心力傳感器、測力儀、限位螺母、張拉桿組成，所述錨墊板焊接固定于結(jié)構(gòu)物上端，張拉桿下端與穿過錨墊板的吊桿螺紋連接，在吊桿與張拉桿連接端外周設(shè)置有用于固定吊桿受力狀態(tài)的固定螺母，沿張拉桿自下而上依次套裝開有調(diào)節(jié)窗口的套筒、穿心千斤頂、穿心力傳感器、限位螺母，其中穿心力傳感器以屏蔽信號線連接到外置的測力儀。上所述穿心力傳感器下端裝配有前穿心球窩和前穿心球面，在穿心力傳感器上端裝配有后穿心球面和后穿心球窩；所述固定螺母外周面上開有至少1個調(diào)節(jié)孔；所述穿心力傳感器內(nèi)壁設(shè)置限位滾珠裝置；所述套筒采用高強度鋁合金材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點和有益效果由于采用穿心千斤頂張拉和穿心力傳感器配合測試壓力的方式，可以直接精確讀出吊桿的張力值，避免因施工時張力控制精度低而反復(fù)調(diào)整；實現(xiàn)與力傳感器法同等的測試精度，且可同時實現(xiàn)吊桿的張拉和張力的精確測量。同時，裝置組件活動連接，可拆卸，施工中可以反復(fù)使用，成本較低，利于推廣；可用于土木工程或其他工業(yè)領(lǐng)域中受拉桿件(或索)的張拉和張力控制，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿骸?br>

圖1為本發(fā)明測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖IA-A剖面放大圖；圖3為圖IB-B剖視放大圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，由開有中心孔的錨墊板1、開有調(diào)節(jié)窗口 3的套筒4、固定螺母2、穿心千斤頂5、穿心力傳感器8、測力儀23、限位螺母11、張拉桿16組成，所述錨墊板1焊接固定于結(jié)構(gòu)物17上端面，張拉桿16下端與穿過錨墊板1的吊桿18螺紋連接，在吊桿18與張拉桿16連接端外周設(shè)置有用于固定吊桿受力狀態(tài)的固定螺母2，沿張拉桿16自下而上依次套裝開有調(diào)節(jié)窗口 3的套筒4、穿心千斤頂 5、穿心力傳感器8、限位螺母11，其中穿心力傳感器8還以屏蔽信號線與外置的測力儀23 相連接。上所述穿心力傳感器8下端還裝配有前穿心球窩6和前穿心球面7，在穿心力傳感器8上端裝配有后穿心球面9和后穿心球窩10，所述固定螺母2外周面上開有4個調(diào)節(jié)孔，便于緊固、調(diào)整吊桿18的位置；所述套筒4采用高強度鋁合金材料。所述錨墊板1上開有適合套筒4下端外螺紋的螺紋槽，在套筒4的上端開有適合穿心千斤頂5下端外徑的卡槽，以保證測試裝置的各構(gòu)件緊密連接。如圖2所示，所述穿心力傳感器8內(nèi)壁圓周均勻布有4個限位滾珠裝置15。裝置的工作原理當(dāng)對吊桿18進(jìn)行張拉或進(jìn)行張力調(diào)節(jié)時，用穿心千斤頂5對吊桿18實施張拉，穿心千斤頂5工作時，穿心千斤頂5的活塞推動前穿心球窩6、前穿心球面 7、穿心力傳感器8、后穿心球窩10、后穿心球面9和限位螺母11，使張拉桿16帶動吊桿18 沿張拉方向運動，此時吊桿18受拉，穿心力傳感器8受壓，忽略極微小的摩擦力的影響，則吊桿18張力與穿心力傳感器8所受壓力相等；由于球鉸裝置的存在，使穿心力傳感器8可以自行調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)，防止產(chǎn)生偏壓而影響測試精度。穿心力傳感器8的內(nèi)徑與張拉桿 16的外徑尺寸相匹配，并在穿心力傳感器8的內(nèi)壁圓周上均勻設(shè)置4個設(shè)置有限位滾珠裝置15，當(dāng)受拉吊桿18呈傾斜或水平狀態(tài)時，限位滾珠裝置15可以保證穿心力傳感器8的中心軸線與張拉桿16的軸線一致，防止其受壓不均勻。通過穿心力傳感器8和測力儀23精確控制張力大小到預(yù)定值，再利用調(diào)節(jié)桿通過調(diào)節(jié)窗口 3插入調(diào)節(jié)孔使固定螺母2錨固于錨墊板1，從而固定吊桿18的張力值。通過測力儀23可讀取穿心力傳感器8所受壓力值， 該傳感器測力精度可優(yōu)于0. 5%。一種吊桿張拉及張力測量方法，包括以下步驟以京滬高鐵跨錫北運河系桿拱橋為例，其吊桿的最大長度L為22. 58米；預(yù)先設(shè)計的最大張力F為1239KN ；吊桿頭部形狀為圓形，外螺紋直徑為200毫米，內(nèi)螺紋直徑為115 毫米；吊桿中鋼絞線總直徑為90毫米，即其總橫截面面積A1為6358. 5平方毫米；吊桿中鋼絞線的彈性模量E為195000MPa。(1)根據(jù)吊桿18最大長度L、預(yù)先設(shè)計的最大張力F以及按材料力學(xué)胡克定律
AL = ^imm 18受t大張力F時產(chǎn)生的最大伸長量Δ L為22. 56毫米，以此為依據(jù)選
用承載大于F和行程大于AL的穿心千斤頂5 ；式中Ε為吊桿18中鋼絞線的彈性模量，A1 為吊桿18中鋼絞線的總橫截面面積；(2)設(shè)計與吊桿18頭部形狀相配合的張拉桿16，即取張拉桿16直徑為115毫米，
張拉桿16桿身橫截面面積A2為10381. 6平方毫米，根據(jù)材料力學(xué)公式σ 計算出張拉桿
16工作時的最大應(yīng)力σ為119.345MPa，選用屈服強度大于σ的張拉桿16桿身材料，如牌號為Q235的鋼材；式中-A2為張拉桿16桿身橫截面面積；(3)根據(jù)吊桿18預(yù)先設(shè)計的最大張力F和張拉桿16桿身橫截面面積A2,按照穿心力傳感器8量程大于F、內(nèi)徑大于張拉桿16的桿身直徑確定穿心力傳感器8的選型；(4)在結(jié)構(gòu)物17即拱橋鋼管拱上表面預(yù)設(shè)錨固點位置固定安裝中間有開孔的錨墊板1，利用起重設(shè)備將吊桿18下端錨固于結(jié)構(gòu)物17的另一預(yù)設(shè)錨固點，吊桿18上端通過固定螺母2初步固定在錨墊板1上，并與張拉桿16通過螺紋連接，然后沿張拉桿16自下而上依次套裝圓周壁上開有調(diào)節(jié)窗口 3的套筒4、穿心千斤頂5、前穿心球窩6、前穿心球面7、 穿心力傳感器8、后穿心球面9、后穿心球窩10、限位螺母11，其中穿心力傳感器8采用屏蔽信號線連接到外置的測力儀23; (5)驅(qū)動穿心千斤頂5工作，推動穿心力傳感器8和限位螺母11，使張拉桿16帶動吊桿18沿張拉方向運動，從而實現(xiàn)對吊桿18的張拉，此時吊桿18張力與穿心力傳感器8 所受壓力相等，讀取測力儀23所顯示穿心力傳感器8的力值即為測定吊桿18中的實際張力。
權(quán)利要求
1.一種吊桿張拉及張力測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)根據(jù)吊桿(18)最大長度L、預(yù)先設(shè)計的最大張力F以及按材料力學(xué)胡克定律AL = ■^計算吊桿(18)受最大張力F時產(chǎn)生的最大伸長量八L，以此為依據(jù)選用承載大于F和行程大于AL的穿心千斤頂(5)；式中E為吊桿(18)中鋼絞線的彈性模量,A1為吊桿(18)中鋼絞線的總橫截面面積；(2)設(shè)計與吊桿(18)頭部形狀相配合的張拉桿(16)，根據(jù)材料力學(xué)公式σ= f計算出張拉桿(16)工作時的最大應(yīng)力σ，選用屈服強度大于σ的張拉桿(16)桿身材料；式中 A2為張拉桿(16)桿身橫截面面積；(3)根據(jù)吊桿(18)預(yù)先設(shè)計的最大張力F和張拉桿(16)桿身橫截面面積A2,按照穿心力傳感器(8)量程大于F、內(nèi)徑大于張拉桿(16)的桿身直徑確定穿心力傳感器(8)的選型；(4)在結(jié)構(gòu)物(17)即拱橋鋼管拱上表面預(yù)設(shè)錨固點位置固定安裝中間設(shè)有開孔的錨墊板(1)，利用起重設(shè)備將吊桿(18)下端錨固于結(jié)構(gòu)物(17)的另一預(yù)設(shè)錨固點，吊桿(18) 上端通過固定螺母( 初步固定在錨墊板(1)上，并與張拉桿(16)通過螺紋連接，然后沿張拉桿(16)自下而上依次套裝圓周壁上開有調(diào)節(jié)窗口( 的套筒G)、穿心千斤頂(5)、前穿心球窩(6)、前穿心球面(7)、穿心力傳感器(8)、后穿心球面(9)、后穿心球窩(10)、限位螺母(11)，其中穿心力傳感器(8)采用屏蔽信號線連接到外置的測力儀03)；(5)驅(qū)動穿心千斤頂( 工作，推動穿心力傳感器(8)和限位螺母(11)，使張拉桿(16) 帶動吊桿(18)沿張拉方向運動，從而實現(xiàn)對吊桿(18)的張拉，此時吊桿(18)張力與穿心力傳感器(8)所受壓力相等，讀取測力儀所顯示穿心力傳感器(8)的力值即為測定吊桿(18)中的實際張力。
2.一種如權(quán)利要求1所述的吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，其特征在于，由中間設(shè)有開孔的錨墊板(1)、圓周壁上開有調(diào)節(jié)窗口(3)的套筒G)、固定螺母O)、穿心千斤頂(5)、穿心力傳感器(8)、測力儀(23)、限位螺母(11)、張拉桿(16)組成，所述錨墊板(1) 固定設(shè)置于結(jié)構(gòu)物(17)上端面，張拉桿(16)下端與穿過錨墊板(1)的吊桿(18)螺紋連接，在吊桿(18)與張拉桿(16)連接端外周設(shè)置有用于固定吊桿(18)受力狀態(tài)的固定螺母 O)，沿張拉桿(16)自下而上依次套裝開有調(diào)節(jié)窗口( 的套筒G)、穿心千斤頂(5)、穿心力傳感器(8)、限位螺母(11)，其中所述的穿心力傳感器(8)還以屏蔽信號線連接到外置的測力儀(23) 0
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，其特征在于所述穿心力傳感器(8)下端裝配有前穿心球窩(6)和前穿心球面(7)，在穿心力傳感器(8)上端裝配有后穿心球面(9)和后穿心球窩(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，其特征在于所述固定螺母(2)外周面上開有至少1個調(diào)節(jié)孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述吊桿張拉及張力測量方法的測量裝置，其特征在于所述穿心力傳感器(8)內(nèi)壁設(shè)置限位滾珠裝置(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述吊桿張拉及張力測量裝置，其特征在于所述套筒(4)采用高強度鋁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能精確測量橋梁吊桿張力并對吊桿進(jìn)行張拉的方法及裝置。所述裝置由開有中心孔的錨墊板、開有調(diào)節(jié)窗口的套筒、固定螺母、穿心千斤頂、穿心力傳感器、測力儀、限位螺母、張拉桿、測力儀組成，所述方法先根據(jù)胡克定律及吊桿最大設(shè)計張力確定穿心力傳感器，再計算出張拉桿最大應(yīng)力，以此為依據(jù)選擇張拉桿桿身材料，然后確定穿心力傳感器的選型，最后依次裝配裝置工件，用穿心千斤頂對吊桿實施張拉并讀取測力儀所顯示穿心力傳感器的力值。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，精度高，可拆卸反復(fù)使用，成本低廉。
文檔編號G01L1/00GK102539023SQ201210008210
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者唐柏鑒, 李年維, 汪雅棋, 沈超明 申請人:江蘇科技大學(xué)