一种钢绞线斜拉索索力的快速测定方法与流程

本发明涉及一种钢绞线斜拉索索力的快速测定方法，属于桥梁施工技术领域。

背景技术：

目前，钢绞线斜拉索广泛应用在大型斜拉桥结构，尤其是在矮塔斜拉桥中广泛采用。相比于普通平行钢丝斜拉索，钢绞线斜拉索一般由多根独立的钢绞线组成，具有配置灵活、承载力大的显著优势。由于钢绞线斜拉索由多根钢绞线共同组成，单根钢绞线需按照等张拉力法进行独立牵引安装。先安装的钢绞线和既有结构形成组合受力体系后，后续安装的钢绞线斜拉索会引起已经安装的斜拉索和主梁、主塔形成的整体结构的受力发生变化。现有的测试方法均无法对大吨位钢绞线斜拉索的索力状态进行系统评定，对大吨位钢绞线斜拉索的索力进行系统评定已经成为了制约大吨位钢绞线斜拉索推广应用的瓶颈。

常用的斜拉索索力测量方法有压力传感器量测法、振动频率量测法和磁通量量测法。振动频率量测法对整束斜拉索的振动频率进行测试，按照拉索的振动频率与拉力之间的对应关系计算得出拉索的拉力。磁通量量测法是通过预先安装在单根钢绞线上的磁通量传感器测定钢绞线的磁导率变化，按照磁弹效应原理计算得出拉索的拉力。压力传感器和磁通量传感器无法在每根钢绞线安装，因此无法完整体现整束斜拉索中各根拉索的索力状态；振动频率传感器只能安装于整束索，也无法完整体现整束斜拉索中各根拉索的索力状态。压力传感器法只能直观反映出与之相对应的单根钢绞线的拉力状态。因此，几种常见测试方法均无法完整的对钢绞线斜拉索的索力情况进行系统评定。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能够快速对钢绞线斜拉索的索力情况进行系统评定的钢绞线斜拉索索力的快速测定方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种钢绞线斜拉索索力的快速测定方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)在安装的钢绞线斜拉索的第一根钢绞线上安装磁通量传感器和压力传感器，将第一根钢绞线张拉到设计张拉力并锚固，记录第一根钢绞线的磁通量值c1r和压力传感器数值y1r；再安装并张拉第二根钢绞线至设计张拉力，记录第一根钢绞线斜的磁通量值c2r和压力传感器数值y2r；重复前述步骤，直至完成第n根钢绞线的安装和张拉，记录第一根钢绞线斜的磁通量值cnr和压力传感器数值ynr；

(2)以各根钢绞线的张拉顺序号为自变量x，以该钢绞线锚固后测得的第一根钢绞线的锚固张拉力值为因变量y，进行线性拟合，推导出以x为自变量、y为因变量的一次项式：

y＝a×x+b，

其中，a、b均为常数；

将各根钢绞线的张拉顺序号作为x变量分别代入上述的线性公式，求得任意一根钢绞线锚固后的张拉力代表值yap(a＝1，2，3，……，n)；

由yar–yap可推知单根钢绞线的拉力偏差情况；

由最后一根钢绞线的张拉力代表值ynp，按照tr＝n×ynp，可推知整束斜拉索的实际索力tr；

(3)根据张拉过程中记录的磁通量值，由公式λa＝△φa/(yar-y1r)，计算出n-1组λa，并对计算出的λa取算术平均值，即为磁通量变化与张拉力变化的真实比例系数λ，其中，△φa为第a根钢绞线锚固后第一根钢绞线的磁通量值与第一根钢绞线张拉完成并锚固后的磁通量值的差值，yar为第a根钢绞线张拉完成时第一根钢绞线对应的张拉力；

(4)后续阶段根据上述得到的磁通量变化与张拉力变化的真实比例系数λ，按照公式t＝tr+n×λ×(cir-cnr)对整束斜拉索的索力进行修正，得到测试阶段斜拉索的真实索力，其中，cir为当前阶段第一根钢绞线实测的磁通量值。

本发明是采用磁通量法与压力传感器法相结合的方式对钢绞线斜拉索的索力进行系统测试和评定，通过压力传感器法对钢绞线斜拉索张拉完成后的索力状态进行均匀性和整索索力偏差评定，可得出钢绞线斜拉索实际张拉过程中各根钢绞线拉力是否均匀，同时可得出整束斜拉索以及各根钢绞线的实际有效拉力，再根据实测的磁通量与张拉力的变化规律，推出磁通量变化与张拉力变化的比例关系系数，后续阶段采用磁通量变化与拉力变化的比例关系系数对斜拉索采用磁通量法进行测试，测试方法简便高效，数据准确可满足工程实际需要。

进一步的，所有钢绞线按照等张力法张拉。

本发明的有益效果是：本发明采用磁通量传感器与压力传感器法相结合的方式对钢绞线斜拉索的索力进行系统测试和评定，通过压力传感器法对钢绞线斜拉索张拉完成后的索力状态进行均匀性和整索索力偏差评定，再在此基础上分析得出钢绞线斜拉索真实的磁通量与拉力的比例关系，后续阶段采用磁通量变化与拉力变化的比例关系系数对斜拉索采用磁通量法进行测试，测试方法简便高效，数据准确可满足工程实际需要，有效避免了材料尺寸偏差、试验室环境与现场环境差异等客观因素对单一磁通量测试法精度的影响。本发明一方面可对钢绞线斜拉索的整索索力尤其是均匀性进行系统测定，同时也可充分发挥磁通量测试法简便易行的优势，可对后续施工过程中的索力变化进行快速可靠测定。

附图说明

图1是具体实施方式中斜拉桥布置示意图；

图2是具体实施方式中由钢绞线组成的斜拉索断面示意图；

图3是具体实施方式中斜拉索钢绞线与主梁相对位置关系立面示意图；

图4是具体实施方式中第二根钢绞线张拉时斜拉索断面示意图；

图5是具体实施方式中第a根钢绞线张拉时斜拉索断面示意图；

图6是具体实施方式中张拉完成后的钢绞线斜拉索断面示意图；

图中，1是主梁，2是主塔，3是钢绞线斜拉索，4是第一根安装的钢绞线，5是磁通量传感器，6是压力传感器，7是第二根安装的钢绞线，8是张拉千斤顶，9是锚垫板，10是索道管，11是第a根安装的钢绞线。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例对本发明作进一步的说明：

设某束钢绞线斜拉索总共由n根钢绞线组成，采用等张拉力进行张拉挂设。首先，在第一根安装的钢绞线上设置磁通量传感器和压力传感器，将第一根钢绞线张拉到设计张拉力y1d并锚固，记录第一根钢绞线的磁通量值c1r和压力传感器数值y1r；再安装并张拉第二根钢绞线至设计张拉力y2d，记录第一根钢绞线斜拉索的磁通量值c2r和压力传感器数值y2r；重复前述步骤，直至完成第n根钢绞线的安装和张拉，同时记录第一根钢绞线斜拉索的磁通量值cn和压力传感器数值ynr。

(1)以张拉力变化为主评定指标，进行均匀性评定

斜拉索各根钢绞线张拉完成时，第一根钢绞线的锚固张拉力值yar(a＝1～n)也随之不断变化。

以各根钢绞线的张拉顺序号(a＝1～n)为自变量x，以该钢绞线锚固后第一根钢绞线的锚固张拉力值yar(a＝1～n)为因变量y，进行线性拟合，可推导出以x为自变量、y为因变量的一次项式

即：

y＝a×x+b

其中，a、b均为常数；

将各根钢绞线的张拉顺序号作为x变量分别代入推导出的线性公式，即可求得任意一根钢绞线锚固后的张拉力代表值yap(a＝1，2，3，……，n)

最后一根钢绞线的张拉力代表值ynp，即为张拉完成后钢绞线单根钢绞线的张拉力平均值，则整束钢绞线张拉力：tr＝n×ynp。

以此建立钢绞线斜拉索索力评定公式如下：

单根钢绞线张拉力偏差：yar-yap≤【容许偏差值】

整束钢绞线张拉力偏差：tr–t≤【容许偏差值】

容许偏差值一般不超过钢绞线张拉力代表值的3％或者整索设计索力的3％。

(2)根据前述张拉力索力评定结果对磁感应强度与应力的比例关系k进行修正，以后修正后的k值结合磁通量变化值，对后续阶段的斜拉索索力进行测试评定

任意一根钢绞线材料的磁通量φ、应力σ和截面积s之间有如下关系：

△φ＝k×△σ×s(k为常数)

根据虎克定理，钢绞线的拉力y等于应力σ与截面积s的乘积，则钢绞线拉力的变化值△y与磁通量变化值△φ也存在如下关系：

△φ＝k×△y(k为常数)

第一根钢绞线张拉完成并锚固后，磁通量为c1r。其他第a根钢绞线锚固后，第一根钢绞线的磁通量值为car(a＝2～n)，则相对磁通量变化值为：

△φa＝car-c1r

第a根钢绞线张拉完成时，第一根钢绞线对应的张拉力为yar。

令磁通量变化与张拉力变化的比例系数为λ，则可得如下磁通量与张拉力变化比例系数的公式为：

λa＝△φa/(yar-y1r)

将除第一根钢绞线外的其他钢绞线张拉锚固后的锚固张拉力值yar(a＝2～n)分别代入，可得总共n-1组λa(a＝2～n)，对所有λa(a＝2～n)取算术平均值，将平均值计为λ，即为磁通量变化与张拉力变化的真实比例系数，则有：

△y＝λ×△φa

由此，在后续每个阶段，测出磁通量的相对变化值，代入上述公司即可方便求得单根钢绞线的张拉力变化值。

整索索力的变化值：

△t＝n×△y

整束斜拉索在施工后续阶段的索力为：

t＝tr+△t＝tr+n×λ×△φa＝tr+n×λ×(cir-cnr)

至此，即可完成钢绞线斜拉索在后续阶段的索力测试评定。

下面以某曲线斜拉桥钢绞线斜拉索测试为例，结合附图对本发明作进一步描述：

(1)斜拉桥上部结构主要由于主梁1、主塔2和钢绞线斜拉索3组成，如图1所示。

(2)钢绞线斜拉索3结构由73根钢绞线组成，选择左上角第一根钢绞线为最先安装的钢绞线4，如图2所示。

(3)第一根安装的钢绞线4经牵引穿过梁端索道管10后，通过锚垫板9锚固于主梁2上。后续安装的钢绞线7经牵引穿过梁端索道管10后，通过千斤顶8张拉，最终通过锚垫板9锚固于主梁2上，如图3所示。

(4)第一根安装的钢绞线4上安装有磁通量传感器5、压力传感器6，如图3所示。第一根安装的钢绞线4安装完成后，记录磁通量值c1r和压力传感器压力值y1r。

(5)安装第二根钢绞线7，通过千斤顶8张拉至拉力与压力传感器压力值基本相同时(考虑夹片回缩的影响，根据经验可略微放大3％左右)，完成第二根钢绞线7的锚固，此时，记录第一根安装的钢绞线4的压力传感器压力值为y2r，磁通量值为c2r，如图4所示。

(6)按照前述步骤，依次完成剩余其他钢绞线的安装和张拉，并记录第一根安装的钢绞线4的相应压力值和磁通量值。第a根钢绞线张拉至于拉力与压力传感器压力值基本相同时，压力传感器压力值为yar，磁通量值为car，如图5所示。

(7)以各根钢绞线的张拉顺序号(a＝1～73)为自变量x，以该钢绞线锚固后第一根安装的钢绞线4的锚固张拉力值yar(a＝1～73)为因变量y，进行线性拟合，可推导出以x为自变量、y为因变量的一次项式。将各根钢绞线的张拉顺序号作为x变量分别代入推导出的线性公式，即可求得任意一根钢绞线锚固后的张拉力代表值yap(a＝1～73)。

(8)由yar–yap可推知单根钢绞线的拉力偏差情况。

(9)由最后一根钢绞线的张拉力代表值ynp，按照tr＝73×ynp，即可推知整束斜拉索的实际索力tr。

(10)由tr–t可推知整索斜拉索的索力偏差情况。

(11)根据张拉过程中记录的磁通量值，由λa＝△φa/(yar-y1r)，可求得总共73-1＝72组λ，对72组λ取算术平均值，将平均值计为λ，λ为磁通量变化与张拉力变化的真实比例系数。

(12)后续阶段按照t＝tr+73×λ×(cir-cnr)，其中λ和cnr均为已知，根据当前阶段第一根钢绞线4实测的cir即可得出钢绞线斜拉索的实际索力，如图6所示。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。