CN107748031A - 一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，该辅助装置用于检测已紧固螺杆的紧固轴力，其包括：支架、连接杆和千斤顶，该辅助装置，结构简单，使用方便，可以现场进行组装。本发明还提供了使用该辅助装置用于检测已紧固螺杆的紧固轴力的方法，在现场只需分别测量在紧固轴力状态下及张拉至1.1Fn状态下超声沿待检测的已紧固螺杆轴向传播的时间，螺杆轴力检测高效精确，同时，该检测方法考虑了待检测的已紧固螺杆夹持长度对超声测量精度的影响，通过对实验室标定K值的准确修正，可以较为精确地得到待检测的已紧固螺杆的紧固轴力值。

Description

一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置及检测方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程检测技术领域，具体涉及一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置及检测方法。
背景技术
悬索桥索夹是悬索桥上部结构的主要构件之一，在使用过程的主要病害是索夹在主缆上发生滑移，其原因是索夹螺杆紧固力不足导致的，我国公路桥涵养护规范(2004)3.3.9条要求检查“悬索桥吊杆上端与主缆索的索夹是否松动、移位和破损”，公路桥梁技术状况评定标准(2011)7.2.1条中也将索夹滑移大于10mm视为严重的缺损。国内已经出现由于索夹螺杆紧固力不足造成索夹滑移及吊杆倾斜的工程案例。
目前在桥梁业内，索夹螺杆紧固施工完成后，主要采用一种称之为“拔出法”的检测方法，具体做法是通过千斤顶对螺杆进行张拉，当千斤顶的张拉力与螺杆轴力相等时，螺母将卸载而产生松动，此时千斤顶的张拉力等于螺杆轴力。然而，由于螺杆长度较短则应力伸长量较小(比如长1m的螺杆，轴向应力为500MPa，则螺杆的应力伸长量也不超过2.5mm)，在千斤顶张拉力与螺杆轴力相等时，螺母往往因粗糙度等原因而未完全脱离，进而无法检测到松动，即使采用千分表检测螺母与垫板之间的位移也很难精确地捕捉这一工况。这种检测方法的误差至少在10％～20％以上。另外，发明专利螺杆检测用张拉仪及其应用(申请号201610320190.4)公布了一种现场拉拔已紧固螺杆进行标定的方法，根据现场标定的螺杆长度-拉力关系最终确定螺杆轴力。该种方法可以有效地、高精度地测量螺杆轴力，但是现场的操作繁琐，耗时耗力，成本较大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，结构简单，使用方便，可以现场进行组装。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，其用于检测已紧固螺杆紧固轴力，其包括：
支架，其包括主体部分，所述主体部分形成一收容空间，且所述主体部分两端端面均开设有通孔；
连接杆，所述连接杆一端穿过一所述通孔且收容于所述收容空间并形成第一节段，所述连接杆另一端延伸至所述主体部分外并形成第二节段，所述第一节段和所述第二节段上分别螺接有第一连接螺母和第二连接螺母；
千斤顶，所述千斤顶位于所述主体部分与所述第二连接螺母之间且用于驱使所述第二连接螺母带动所述连接杆朝远离所述收容空间的方向运动。
本发明提供了一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其包括以下步骤：
S1：提供如上所述辅助装置；
S2：将所述辅助装置安装于待检测所述已紧固螺杆上，通过所述第一连接螺母连接所述已紧固螺杆与所述连接杆，并使所述支架的主体部分远离所述千斤顶的一端抵顶索夹；
S3：测量标定螺杆紧固轴力为无应力状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t0，测量该标定螺杆紧固轴力为F状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t，得到公式一：
其中，标定螺杆与待检测的已紧固螺杆为同一批次的螺杆，K为标定螺杆在实验台上标定的一次项系数，Δt＝t-t0；
测量紧固轴力为F时，该标定螺杆两端螺母内侧的间距L，当该标定螺杆两端螺母内侧的间距L大小变化为l时，公式一中的K值变化为k，得到公式二：
其中，d为标定螺杆的公称直径；
S4、测量待检测的已紧固螺杆两端螺母内侧的间距L1，以及超声沿该已紧固螺杆轴向传播的时间t1，此时该已紧固螺杆的未知紧固轴力为F1；
S5、通过所述千斤顶将该已紧固螺杆张拉至设计轴力Fn的1.1倍，即1.1Fn，测量此时所述第一连接螺母内侧与该已紧固螺杆远离所述第一连接螺母一侧的螺母内侧的间距L2，测量此时超声沿该已紧固螺杆轴向传播的时间t2；
S6、将测得的1.1Fn、L2、t2代入公式一和公式二，得到公式三：
其中，t0＇为该已紧固螺杆对应的无应力状态下超声沿该已紧固螺杆轴向传播的时间；
S7、将L1、t1以及t0＇代入公式一和公式二，得到公式四：
其中，F1为该已紧固螺杆的紧固轴力。
进一步地，S3中，测量多个标定螺杆在实验台上标定的一次项系数K，并取平均值。
进一步地，S3中，t、t0、L和l测量多次并分别取平均值。
进一步地，S4中，L1和t1测量多次并分别取平均值。
进一步地，S5中，L2和t2测量多次并分别取平均值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，结构简单，使用方便，可以现场进行组装。
(2)本发明的悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，在现场只需分别测量在紧固轴力状态下及张拉至1.1Fn状态下超声沿待检测的已紧固螺杆轴向传播的时间，螺杆轴力检测高效精确。
(3)本发明的悬索桥索夹螺杆轴力检测方法考虑了待检测的已紧固螺杆夹持长度对超声测量精度的影响，通过对实验室标定K值的准确修正，可以较为精确地得到待检测的已紧固螺杆的紧固轴力值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置结构示意图。
图中，1-上半索夹，2-下半索夹，3-上螺母，4-下螺母，5-已紧固螺杆，6-支架，60-主体部分，61-收容空间，62-通孔，7-连接杆，70-第一节段，71-第二节段，72-第一连接螺母，73-第二连接螺母，8-千斤顶。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
索夹包括上半索夹1和下半索夹2，穿设已紧固螺杆5并在已紧固螺杆5上下两端分别紧固上螺母3和下螺母4进行锁紧。
参见图1所示，本发明实施例提供一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，其用于检测已紧固螺杆5紧固轴力，其包括：
支架6，其包括主体部分60，所述主体部分60形成一收容空间61，且所述主体部分60两端端面均开设有通孔62，优选地两所述通孔62同轴设置，其中一所述通孔；62用于将所述已紧固螺杆5的一端伸入并与所述连接杆7一端连接，另一所述通孔62用于所述连接杆7另一端伸出并与所述千斤顶8连接；所述主体部分60可以是圆柱筒结构或方形结构，当然了，所述主体部分60用于抵顶接触索夹1的一端可以直接为开口结构，而另一端为开设有所述通孔62的结构，主要是确保能够承载所述千斤顶8，使其可以起到顶持拉伸所述已紧固螺杆5的作用。
连接杆7，所述连接杆7可以在两端设置外螺纹或者直接使用螺杆，所述连接杆7一端穿过一所述通孔62且收容于所述收容空间61并形成第一节段70，所述连接杆7另一端延伸至所述主体部分60外并形成第二节段71，所述第一节段70和所述第二节段71上分别螺接有第一连接螺母72和第二连接螺母73，所述第一连接螺母72用于连接所述连接杆7与所述已紧固螺杆5，所述第二连接螺母73用于固定所述千斤顶8；
千斤顶8，其用于拉伸所述连接杆7从而拉伸所述已紧固螺杆5，所述千斤顶8位于所述主体部分60与所述第二连接螺母73之间且用于驱使所述第二连接螺母73带动所述连接杆7朝远离所述收容空间61的方向运动。
本发明悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，各配件都是现有的，结构简单，取材方便，在使用时，各部件可以现场进行组装，用完后方便拆卸和运输。
本发明还提供一种如上所述的悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置的安装方法，其包括如下步骤：
A1：通过所述第一连接螺母72连接所述连接杆7与所述已紧固螺杆5；
A2：安装所述支架6；
A3：安装所述千斤顶8和所述第二连接螺母73。
具体地，将所述连接杆7一端装入所述支架6内，所述第一节段70与所述待检测的已经顾螺杆5通过所述第一连接螺母72连接紧固，并将所述支架6抵顶下半索夹2的端面上，在所述第二节段71上安装所述千斤顶8，并通过所述第二连接螺母73紧固所述千斤顶8，致使所述千斤顶8抵顶所述支架6端面。
参见图1所示，本发明还提供一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其使用如上所述的辅助装置，其包括以下步骤：
S1：提供如上所述辅助装置；
S2：将所述辅助装置安装于待检测所述已紧固螺杆5上，通过所述第一连接螺母72连接所述已紧固螺杆5与所述连接杆7，并使所述支架6的主体部分60远离所述千斤顶8的一端抵顶索夹；
S3：测量标定螺杆紧固轴力为无应力状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t0，测量该标定螺杆紧固轴力为F状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t，得到公式一：
其中，标定螺杆与待检测的已紧固螺杆5为同一批次的螺杆，K为标定螺杆在实验台上标定的一次项系数，Δt＝t-t0；
测量紧固轴力为F时，该标定螺杆两端螺母内侧的间距L，当该标定螺杆两端螺母内侧的间距L大小变化为l时，公式一中的K值变化为k，得到公式二：
其中，d为标定螺杆的公称直径；
为了减小测量误差，可以测量多个标定螺杆在实验台上标定的一次项系数K，并取平均值；t、t0、L和l同样测量多次并分别取平均值；
S4、测量待检测的已紧固螺杆5两端螺母内侧的间距L1，即上螺母3内侧与下螺母4内侧的间距L1，以及超声沿该已紧固螺杆5轴向传播的时间t1，此时该已紧固螺杆5的未知紧固轴力为F1；为了减小测量误差，L1和t1测量多次并分别取平均值。
S5、通过所述千斤顶8将该已紧固螺杆5张拉至设计轴力Fn的1.1倍，即1.1Fn，测量此时所述第一连接螺母72内侧与该已紧固螺杆5远离所述第一连接螺母72一侧的螺母内侧的间距L2，即所述第一连接螺母72内侧与上螺母3内侧的间距L2，测量此时超声沿该已紧固螺杆5轴向传播的时间t2；为了减小测量误差，L2和t2测量多次并分别取平均值。
S6、将测得的1.1Fn、L2、t2代入公式一和公式二，得到公式三：
其中，t0＇为该已紧固螺杆5对应的无应力状态下超声沿该已紧固螺杆5轴向传播的时间；
S7、将L1、t1以及t0＇代入公式一和公式二，得到公式四：
其中，F1为该已紧固螺杆5的紧固轴力。
本发明悬索桥索夹螺杆轴力检测方法的检测原理为：第一步，测量与标定螺杆的紧固轴力F与一次项系数K之间的关系，即公式一；第二步，测量标定螺杆长度变化后的一次项系数k与K之间的关系，k为K的修正值，即公式二，由于标定螺杆在拉力下受力区域长度有变化，比如，在不用拉力下，测量上螺母3和下螺母4内侧之间距离，在拉力下，需要测量上螺母3和第一连接螺母72内侧距离，这两者之间受力区域有变化，所以需要进行修正；第三步，测量待检测的已紧固螺杆5两端上螺母3内侧与下螺母4内侧的间距L1及超声沿该已紧固螺杆5轴向传播时间t1，测量该已紧固螺杆5在张拉至设计轴力Fn的1.1倍时，所述第一连接螺母72内侧与上螺母3内侧的间距L2及超声沿该已紧固螺杆5轴向传播时间t2，将L1、t1、1.1Fn、L2、t2代入公式一和公式二，即可计算出待检测的已紧固螺杆5的紧固轴力值。
本发明的悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，在现场只需分别测量在紧固轴力状态下及张拉至1.1Fn状态下超声沿待检测的已紧固螺杆5轴向传播的时间，螺杆轴力检测高效精确。
本发明的悬索桥索夹螺杆轴力检测方法考虑了待检测的已紧固螺杆5夹持长度对超声测量精度的影响，通过对实验室标定K值的准确修正，可以较为精确地得到待检测的已紧固螺杆5的紧固轴力值。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种悬索桥索夹螺杆轴力检测辅助装置，其用于检测已紧固螺杆(5)紧固轴力，其特征在于，其包括：
支架(6)，其包括主体部分(60)，所述主体部分(60)形成一收容空间(61)，且所述主体部分(60)两端端面均开设有通孔(62)；
连接杆(7)，所述连接杆(7)一端穿过一所述通孔(62)且收容于所述收容空间(61)并形成第一节段(70)，所述连接杆(7)另一端延伸至所述主体部分(60)外并形成第二节段(71)，所述第一节段(70)和所述第二节段(71)上分别螺接有第一连接螺母(72)和第二连接螺母(73)；
千斤顶(8)，所述千斤顶(8)位于所述主体部分(60)与所述第二连接螺母(73)之间且用于驱使所述第二连接螺母(73)带动所述连接杆(7)朝远离所述收容空间(61)的方向运动。
2.一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：提供如权利要求1所述辅助装置；
S2：将所述辅助装置安装于待检测所述已紧固螺杆(5)上，通过所述第一连接螺母(72)连接所述已紧固螺杆(5)与所述连接杆(7)，并使所述支架(6)的主体部分(60)远离所述千斤顶(8)的一端抵顶索夹；
S3：测量标定螺杆紧固轴力为无应力状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t0，测量该标定螺杆紧固轴力为F状态下超声沿该标定螺杆轴向传播的时间t，得到公式一：
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其中，标定螺杆与待检测的已紧固螺杆(5)为同一批次的螺杆，K为标定螺杆在实验台上标定的一次项系数，Δt＝t-t0；
测量紧固轴力为F时，该标定螺杆两端螺母内侧的间距L，当该标定螺杆两端螺母内侧的间距L大小变化为l时，公式一中的K值变化为k，得到公式二：
<mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>l</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> <mi>K</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，d为标定螺杆的公称直径；
S4、测量待检测的已紧固螺杆(5)两端螺母内侧的间距L1，以及超声沿该已紧固螺杆(5)轴向传播的时间t1，此时该已紧固螺杆(5)的未知紧固轴力为F1；
S5、通过所述千斤顶(8)将该已紧固螺杆(5)张拉至设计轴力Fn的1.1倍，即1.1Fn，测量此时所述第一连接螺母(72)内侧与该已紧固螺杆(5)远离所述第一连接螺母(72)一侧的螺母内侧的间距L2，测量此时超声沿该已紧固螺杆(5)轴向传播的时间t2；
S6、将测得的1.1Fn、L2、t2代入公式一和公式二，得到公式三：
<mrow> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>0</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1.1</mn> <msub> <mi>F</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>Kt</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1.1</mn> <msub> <mi>F</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mi>K</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，t0＇为该已紧固螺杆(5)对应的无应力状态下超声沿该已紧固螺杆(5)轴向传播的时间；
S7、将L1、t1以及t0＇代入公式一和公式二，得到公式四：
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>0</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mrow> <msubsup> <mi>t</mi> <mn>0</mn> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mi>K</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>Kt</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1.1</mn> <msub> <mi>F</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mi>K</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> <mfrac> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>Kt</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1.1</mn> <msub> <mi>F</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mi>d</mi> </mrow> </mfrac> <mi>K</mi> </mrow> </mfrac> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，F1为该已紧固螺杆(5)的紧固轴力。
3.如权利要求2所述的一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其特征在于：S3中，测量多个标定螺杆在实验台上标定的一次项系数K，并取平均值。
4.如权利要求2所述的一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其特征在于：S3中，t、t0、L和l测量多次并分别取平均值。
5.如权利要求2所述的一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其特征在于：S4中，L1和t1测量多次并分别取平均值。
6.如权利要求2所述的一种悬索桥索夹螺杆轴力检测方法，其特征在于：S5中，L2和t2测量多次并分别取平均值。
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