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桥梁索力动测仪器校验方法探讨

编辑:永利电玩城????来源:未知????发布时间:2019-10-21 15:19????浏览量:
0 引言
在现代大跨度桥梁中, 斜拉桥是一类重要的桥型。斜拉索作为斜拉桥结构中主要承力构件对桥梁的安全运行起着至关重要的作用, 因而对斜拉桥索力的测试也显得尤为重要。桥梁索力的测试方法有多种, 例如磁通量法、压力法、基频法等。其中, 基频法以其低成本、便捷性被广泛应用于桥梁斜拉索索力检测与监测。桥梁索力动测仪就是用基频法测量索力的专用仪器, 然而目前还没有针对桥梁索力动测仪器校验规范和检定规程, 也没有仪器校验桥梁索力动测仪的专业仪器装置, 使得桥梁索力动测仪的量值溯源没有参考的校验或检定方法, 也买不到检定或校验桥梁索力动测仪的专用装置。本文旨在将笔者工作实践中仪器校验桥梁索力动测仪的原理及实现方法进行阐述与探讨。
 
1 索力动测仪的工作原理
桥梁索力动测仪是基于张力弦振动理论, 对斜拉索振动基频分析识别的索力测试仪器。拉索振动信号是多谐振动信号组成的复合信号, 频谱分析图中会出现多个峰值频率点, 每个峰值点对应一个自振频率。桥梁索力动测仪对信号采集后快速自动进行傅里叶变换并显示频谱图, 同时将峰值点最高的频率记录为主振频率, 记为 fn。由于在拉索实际振动时, 某些阶次振动信号极其微弱, 无法在频谱图中观察到, 使得某些相邻峰值点的距离不相等, 因此,将以相邻峰值点距离中最小值作为基频 f1。比值fn /f1即作为主振频率 fn所对应的阶次。桥梁索力动测仪自动计算给出 n 值, 并将 n 值直接输入仪器参数项内。最终, 仪器将根据索力计算公式和输入的参数 W 和 L 自动计算出索力 F。索力值与基频满足弦振动理论公式:
 仪器校验
式中: F—索力值; W—拉索单位质量; L—拉索长度; fn—n 阶谐振频率。因此桥梁索力动测仪的仪器校验实际上就是对频率测量和力值测量的仪器校验。
 
2 频率测量的实现方法[3]桥梁索力动测仪测量时需将传感器固定在被测拉索上面, 然后连接传感器和索力动测仪, 安装好以后振动拉索, 桥梁索力动测仪采集传感器的频率信号进行计算处理, 得出索力值。因此检测桥梁索力动测仪首先需要模拟拉索的振动频率, 本文先容的方法如图 1 所示, 使用标准振动台的振动频率来模拟拉索振动频率, 需将传感器固定在振动台上, 然后通过频率信号发生器控制振动台的振动频率, 并用桥梁索力动测仪进行测量采集传感器的频率信号, 然后对比标准振动频率与被检桥梁索力动测仪采集到的频率, 得到桥梁索力动测仪的频率测量误差 Δf。Δf = fx - f0式中: Δf—桥梁索力动测仪的频率测量误差, Hz;fx—桥梁索力动测仪的测量值, Hz;f0—标准振动台振动频率值, Hz
 仪器校验
3 力值测量的实现方法[1]
桥梁索力动测仪最终测量的值是力值, 因此仅仅进行对频率进行测量还不够, 还需检测桥梁索力动测仪的力值测量误差。桥梁索力动测仪是通过将传感器固定在拉索上进行振动测量, 根据弦振动理论公式计算出索力值。本文先容的力值测量方法如图 2 所示, 用一根拉索绕过自制的试验台上的滑轮,拉索一端固定在试验台上, 另一端绕过滑轮连接标准测力仪, 然后再连接到伸缩板上, 通过千斤顶的伸缩控制拉索的索力大小, 然后将传感器固定在拉索中间位置, 连接传感器与桥梁索力动测仪, 根据弦振动理论公式, 将拉索单位质量 W 和拉索长度 L 设置好, 通过横向振动拉索, 然后用桥梁索力动测仪进行测量, 同时从标准测力仪上读取实际索力值, 对比实际索力值与桥梁索力动测仪的测量值, 从而得到桥梁索力动测仪的力值测量误差 δ:
 仪器校验
式中: δ—桥梁索力动测仪的力值测量误差;Tx—桥梁索力动测仪的测量值, N;T0—实际索力值, N。力值测量所需设备: 标准测力仪、试验台 ( 自制) 、拉索、千斤顶等。连接设备如图 2 所示
 
4 技术分析
桥梁索力动测仪的测量范围一般在( 0. 3 ~200) Hz,频率测量误差一般不大于 ± ( 0. 5% f0 ±0. 01) Hz。一般情况下标准振动频率的准确等级需比被检的准确等级高两个等级, 根据 JJG 298 - 2015《标准振动台检定规程》[2] 关于频率示值误差的要求为 ± 0. 1% , 因此标准振动台只要满足 JJG 298 - 2015《标准振动台检定规程》的技术指标即可。为了不让频率信号发生器的输出频率误差与标准振动台的频率误差叠加, 应配置更高等级的频率信号发生器, 因此频率信号发生器的输出频率示值误差应达到 ± 0. 05% 或更高等级。桥梁索力动测仪的力值测量范围一般在( 10 ~10000) kN, 测量误差一般不大于 ± 2% T0, 一般情况下标准测力仪的准确等级需比被检的准确等级高两个等级, 因此标准测力仪的准确度等级需达到 0. 5级或更高等级, 测量范围在( 10 ~ 10000) kN。根据拉索桥配置的拉索规格以及实验室的实际条件综合考虑, 拉索长度( 试验台上两个滑轮之间的长度) 推荐( 10 ~ 50) m, 拉索直径推荐( 10 ~ 100) mm。
 仪器校验
根据弦振动理论公式: F = 4WL2fn2n2 , 力值的测量除了跟频率有关, 还跟拉索单位质量和拉索长度有关, 拉索单位质量和拉索长度需要预置在桥梁索力动测仪里面, 才能测出准确的力值, 因此, 试验台上的拉索需要事先进行单位质量和长度的测量, 拉索质量和长度的测量可以用数字指示称和手持式激光测距仪进行测量即可。

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