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一种基于静力检测手段的在役预应力拉索索力识别方法


?

8 2? 1  

建 

筑 

技 

术 

第4 O卷 第 9期 2 0 0 9年 9月  
Vo .0 No9 1   .  4 S o .2 O   et 09

Ar h tcu eT c n lz   c i t r  e h oo v e



种基 于静力检测手段 的在役预应 力  拉索索力识别 方法 
.  

王  龙 .吴  波 
( 南理 工 大 学 亚热 带 建 筑 科 学 国 家 重点 实 验 室 ,16 0 广州 ) 华 50 4 I 

摘  要 : 于静 态 测试 手段 及 拉 索 的应 力刚 化效 应 和静 力 平衡 原 理 , 出 一种 索 力识 别方 法 。 索力 的获 得  基 提 因

只与 施 力点位 移 和施 力 大小 有 关, 免 了常 用 索力 测 定 方法 测 量 精度 受 拉 索边 界 条 件及 材 料 参 数取 值 影 响较 大  避
的缺 点 , 柔性 拉 索 的索 力识 别提 供 了 一种新 的思 路 。 为   关键 词 : 索; 力; 力  拉 索 静
中 图分类 号 :U3 23 T 9.   文献 标识 码 :   A 文章 编 号 :0 0 4 2 2 0 )9 0 1 — 3 10 — 7 6(0 9 0 — 8 2 0  
一 ERVI S CE  CABLE 

TENS oN  DENTI CATI I I Fl oN  ETH 0D  M oF 

BAS ED  N S o TATI M EAS C  URI NG 

WANG L g.W U Bo on  
(t eK y L brtr o u t pclB i igS i c,Suh C ia U iesyo  eh ooy 5 0 4 ,G aghu C ia Sa   e  a oa y fS br ia ul n  ce e ot  hn   nvri  fT cn lg, 16 0 un zo, hn) t o  o   d n t  
Ab ta t T i p p r r s ns  c be e so  i e t iain sr c : h s a e p e e t a a l tn in d n i c to  meh d a e  o  sai t sig f t o  b s d n tt c e t  me s r s s n au e  a   wel s a l srs si e i g efc a d r cp e f sa i e ul ru l  a c be te s tf n n   fe t n  p n il o  tt f i c q ib m.Th  c be tn in ny e e d   n h   ii e a l  e so  o l d p n s o  te d s lc me t f la  a piain on  n   h   o d fr e ip a e n o o d p l to  p it a d t e la   oc .Th  p o o e  meh d v is h  d a a k o   o ma  c e rp s d t o  a od  te rwb c   f n r l

c b e me s rn  meh d  wh r   h  me s rn  a c rc   s g e t   f ce  b  c b e b u d r c n i o s o   a— a l  a u ig to s ee te a u g c u a y i  r al a e td y a l  o n ay o dt n   r v l  i y i
u s o   tra  a a tr.T eeo e tp o ie     e  ie   n c be tn in i e t iain o  lxb e c b e  e  fmae lp r mees h rf r,i rvd s a n w d a o   a l  e so   d ni c t   f f il  a l. i   f o e K e   r s a l;c l  e so ; sai me s rn   y wo d :c e a e tn in b b ttc a ui g

收 稿 1期 : 0 9 0 — 7 3 20 —4 2 

拉 索是 各种 张力结 构的 主要承 力构件 .其 张力 的  大小对 结构 安全起 着至 关重要 的作 用 。要对 张 力结构 
的健康 进行诊 断和 安全评 估 ,必须对 拉索 张力进 行检 

作 者 简 介 : 龙 (95 )男 , 南 开 封 人 , 南 理 工 大 学 亚 热带 建 筑科 学  王 17 一, 河 华 国家 重 点 实 验 室 , 士 研 究 生 , 级 工程 师 , 州 市 越 秀 区 广 卫 路 建  博 高 广
工大 厦7 2 , 10 0 e ma :w 0 0 @1 3c r 。 0 室 5 0 3 ,— i l l0 0 6 . n   o

挂上 吊钩进 行作业 。   4 . 中间临 时搁 置  4

45 吊 装 平 移 就 位  .

事先 开挖新基 础基坑 ,基 础埋深 以保 证阳 篷外露 

实际施 工采用8 t 0 吊机 , 吊机 回转 一次 不能 实现 结  部 分 与原外 露部分 相 同为准 。为保证 基础 混凝 土养护  构就 位 , 需再 次就位 。此 时钢 吊笼临时 搁置于 地面 上 ,   搁置 时将垫 木垫放 于钢 吊笼下部 钢梁 的端部 ,使结 构 
维持稳 定 ( ) 图3 。  

期 间结构 的 安全 稳定 , 完成 基 础底 部 1 0 m厚 基础  先 5  m 结构 , 并养护 至7 %以上设计 强度 。 笼吊入直 接搁置  5 吊
在 已浇的基 础结构 上 ,经 垂直度 校正 后焊接 固定 于基 
础 预埋件 上 。  
46 浇 新 基 础 混 凝 土  .

吊装安放 的 阳篷及 吊笼结构 焊接 固定于 基础 埋件 
后 , 开始 浇筑新基 础剩余 的混凝 土 。 可 将钢 夹梁埋 于混  凝土内, 形成钢 骨混 凝土基 础结 构 。 基础 混凝土 达设  待

计 强度后 再割除 多余 的外露 临时 结构 ,回填 土后 即完  成 最终 的搬迁 。  

应 用 吊装法 对 清 代劝 业会 阳篷 构筑 物进 行 搬迁 .  
吊装 过程 中吊笼结 构 刚性表现 良好 .底部 夹梁 与柱连  接点 安全可 靠 , 吊装过程 平稳 。  
图 3 吊 装 临 时搁 置 

20 年第 9期 09  

王龙 , : 等 一种基于静力检测手段的在役预应力拉索索力识别方法 

.1 . 83 

测, 以了解 拉索 的实 际受 力状态 。 准 确了解 拉 索索力  要 的实际 状态 , 择适 当的 测量方 法和 仪器 , 设法 消除  选 并
现 场量 测 中各种干 扰 因素 的影响 非 常关键 。  

\A TT o  +

迄 今 为 止 ,可 供 现 场 测 定 索 力 的 方 法 主 要 有 4   种【 ] 1压力 表测 定法 ; ) 力 传感 器 测定 法 ; ) 通   : ) I( 2 (压 2 (磁 3 量 法 ; ) 率 法 。压 力表 测定 法 和 压 力传 感 器 测定 法  (频 4


+ 

般仅 适用 于正在 张拉 拉 索的索 力测 定 ,很难 用 于对 

在 役拉 索 的索力进 行测 量 。磁通 量法 是测 定拉 索 索力 

的非破坏 性方 法 , 可用 于在役 拉索 的索 力测 试 , 我 国  但 当前无论 在技 术 上 , 是经 验上都 很 不完 善 。因此 , 还 当  对 巳施 工完毕 的拉 索进 行索 力测 量 时 ,频 率 法几 乎是 
() a   () b   (  c )
图 1 弓 弦 受 力 刚 化原 理 

唯一的选择 ;但频率法所确定的索力精度在很大程度 
上取决 于 索本 身参数 的可靠 性( 诸如 索 的弯 曲 刚度 、 索  Ⅳ不变 , 内初 始张 力 为 越 大 , 弦 加载 点 的侧 向位 移6 越  的计 算 长度 、 的线 密 度 等) 各参 数 的 偏 差会 影 响到  小 。且  、 索 , Ⅳ已知 时 , 可以 推测加 载 点 的侧 向位移6 N、  ; 6 索 力计 算 的精 度 。   已知 时 , 以推 测弦 内初 始张 力死。这就 为在役 拉 索的  可

有 鉴于此 , 国内一 些学 者另辟 蹊径 , 试采 用静 力  尝
检 测手 段识别 在役 拉索 索 力 。魏 建东 , 山洪『 出了  刘 3 1 提 基 于拉索 静态 线形 的索 力测定 方 法 ,测得 索 上三点 的  相对 位置 后 , 即可通 过求 解 非线性 方程 组得 到 索力 值 。  

索 力识 别提 供 了一 个新 的求解 思路 :能否 通过 拉索 的 
应力 刚化 效应 , 出节 点 的静 力平 衡方 程 , 立侧 向刚  列 建 度( 反映 在 侧 向位 移 上 ) 索 力之 间 的相 关 关 系 , 后  与 然 根 据较 易 测量 的节 点位移 , 求拉 索 的初 始 张力 。 反  

张 宇鑫 等[] 据 预应 力静 定 结构 受力 的力学特 征 ,结  4根 1 5
合现 代 测试技 术 及 张弦梁 结 构 的静 力平 衡 关 系,提 出 

2 基 本 原 理 
如 图2 ,采 用索 夹等 设备将 待 测拉 索某 段锁 死 , 使 
由索 夹固定 中间索 段被顶起 而 索 力增 加时 ,拉 索 与索 

了 一种适 用于 张弦梁 结 构 的索力 识别方 法 。但 上述 两 
种方 法 的适 用范 围较 窄 , 应用 也受到 一定 限 制 。 其  

本 文基于 静态 测试 手段 及拉 索 的应力 刚化 效应 和  夹 间 不产 生相对 滑 动 ,待 测 索段 的索 力增 量不 向 外侧  拉 假 静 力平衡 原理 , 出了一 种索 力识 别方 法 。 索力 的获  索 段传 递 。设索 夹之 间 的距离 为 , 索索 力为 , 定  提 因 得 只与 施 力点位 移 和施 力Ⅳ 小 有关 ,避 免 了 常 用索  在 被 固定 索 段 中 点处 施加 一 侧 向集 中力Ⅳ,将 索段 顶  大

顶 。设 顶起 后 由于 索段 伸长 索 力的增 量  力测定方 法测 量精 度受 拉索 边界 条件及 材 料参 数取 值  起 , 起高 度 为6  , 。 影 响较大 的缺 点 ,为柔 性拉 索 的索力 识别 提供 了 一种  为△ 顶 起前 后两 侧索 段 的转角 为0 
新 的思路 。  

1 问题 的 提 出  
参加 过射 箭运 动 的人都 知道 , 弓弦 绷得 越 紧 , 开  拉 弓弦 需要 的力 越 大 ; 反之 , 加 同样 的 力 , 开 的距 离  施 拉 越小 。 这说 明承受 同样 的横 向集 中荷 载 , 载 点 的位 移  加 大小 与弦 内 的初始 张力 有关 ,可 用静 力平衡 方程 解 释 
这 一原 因 。  

、  

0 

图 2 在 役 拉 索 索 力 识 别 测 量 原 理 

假 设张 拉前 弦 内初始 张 力 为  , 图1b所 示 。在  如 () 弓弦 中  施加水 平 推力Ⅳ,假设 弦 内张 力增) A , J T 加  D

假 设被 固定 索 段 的原 长 为L , 。那么 
L L+   = 0△ () 3 

载 点A侧 向位 移 为6如 图1c所示 。则A点静 力平 衡 方  , ( )
程为:  
2 T+ )iO N  ( oAT s = n () 1 
() 2 

式 中 ,= △ 

为被 固定 索段在 待 测索 力吓 的伸长 量 。  

顶 升 前后两 侧 索段 的伸长 量 为 :  
△ — cs £= 1 o O -


i n  

曼   :   、  i /   V' ( 2) — L 8  I — 2 +/

×一

L  
2  

(   4)

cs  oO

根 据 式 ( )( ) 1 、2 可得 : 线 弹 性 范 围 内 , 在 水平 推 力 

由此产 生 的索 力增量 为 :  

?

8 4  1?







术 

第4 0卷 

A = /  : cs (A+ ) T  2   oO E 7  


() 5 

向刚度 一般较 大 ,因此活塞 杆顶起 后对 支架 的 反力也  较 大 。此时 , 在支 架和顶 升油 缸的底 部设置 挂环 , 可 在 
挂 环 上分别挂 拉杆及 撑杆 ,用 以增强 测量装 置 的 “ 弓 

根 据索段0点的 内力平衡 条件 , 得 : 可   2T A )n =   (+ Ts O N i 将() () 5 式 6 式联 立可得 :   () 6 

背” 刚度 , 小测 量误 差 。其 中 , 减 拉杆 上 设有 花 篮螺 栓  以张 紧拉 杆 。 当设 备存放 或侧 向刚度较 小时 , 杆及撑  拉
杆 可拆 下 , 以方便储 存和运 输 。  




tnO a  

+cs- )A (oO 1   E

() 7 

另外 。 在进 行拉 索索 力测量 时 , 选用与待 测索 段  宜

般与 固定索段 长度相 比 ,拉 索加 载点 的顶起 高  规 格 、 质相 同 的拉 索进行 标定 试验 。 材   度 艮 , 有 : 小 故   4 结语  s 0 a 0 = rt ( /、 21  i  ̄tn  ̄O aca 2 L  3L n n ̄ 于是 ,当Ⅳ、已知 时 ,可求得 测 试索 段 的 内力如  6 本 文 的识别方 法是建 立在基 本 的静力检 测手段 和 
下:  

静 力 平衡 原理 基 础 上的 , 力只与 锁 定索 段长 度 、 索 施 

等- 2 ㈢ 
式 中 . 为拉 索弹性 模量 , E A为拉索 断面面 积 。  

( 法识别 精度 往往受 拉索端 部条件 和本 身结 构材料 参数  8 )  
影响较 大 的缺陷 。  
参 考文 献 
[】 刘 志 勇 .斜 拉 桥 斜 拉 索 索 力 测 试方 法 综述 [ .铁 道 建 筑 ,0 7 1 : 1 J 】 2 0 ( ) 
l - 0. 8 2  

力点 位移和 施 力Ⅳ大 小 有关 ,避 免了 常 用索 力测定 方 

3 基 于静 力 检 测 方 法 的 索 力识 别 
由上述 分析 可 知 , 只要 测得Ⅳ和6拉 索张 力  『 , ] 可 
由( ) ( ) 7 或 8 式方便地 求得 。  
结合 上述分析 ,本 文提 出了一种在 役拉 索的 索力 

【】 高 建 勋 . 拉 桥 索 力 测 试 方 法 及 误 差 研 究 【. 路 与 汽 运 ,0 4 4 : 2 斜 J公 】 20 ( ) 
8 -8 . 0 1 

[ 魏 建 东 ,刘 山洪 .基 于 拉 索 静 态 线 形 的 索 力 测 定 [.工 程 力 学 , 3 ] J ]   2 0 2 ()14 17  0 3,03 :0 — 0 . [】 张 字 鑫 ,李 国强 ,刘 海 成 . 定 张 弦 粱 结 构 索 力 识别 的静 力 平 衡 法  4 静 [.空 间 结 构,0 7 1()2 - 8  J J 2 0 ,31:6 2 . 【】 张 宇 鑫 ,李 国 强,刘 海 成 . 于静 力 检 测 方 法 的 张弦 梁 结 构 索 力 识  5 基

识别 装置 , 图3 如 。该 测量 装置 由索夹 1 支架2 顶升 油  、 、 缸3 、活塞杆 4 、位 移传 感器5 、压力传 感器6 、运 算器 
( L 控 制 系 统 ) 、 携 液 压 站 8 监 控 触 摸 屏 9 导 线  PC 7便 、 、 1、 0 油管 1 、 环 l 、 1挂 2 拉杆 1 及撑 杆 1组 成 。 3 4  

 ̄J1 J[ .特种结构,0 6 2 ()5 — 5 I J 2 0 .34:4 5 .  

0 MR4 2 城 市道 路— — 装配  7 0(

式 挡土 墙 》 家标 准设 计  国
0 M 4 2 城 市 道 路— — 装 配 式 挡 土 墙 》 家  7 R0《 国

标准设计 由中国市政工程西南设计研究院编制。  
1 .适 用范 围 :  

本 图集适 用于 城 镇 各类 新 建 、 建 或 改建 的快  扩
图 3 索 力识 别 装 置 及 工 作原 理 

速路 、 主干 路 、 干 路 及 支 路 的 装 配 式 钢 筋混 凝 土  次

扶壁式路肩挡土墙施工图设计 。  

在 测量 过程 中 , 索夹 1 待测 索 段锁 死 , 测 索段  将 待 形成 “ 弓弦 ” 。位移 传感 器和压 力传 感器通 过导线 分别 
与活塞 杆 、 顶升 油 缸及P C 制 系统连 接 , 监测 活塞  L控 以

2 .主 要 内容 :  

城市道路工程装配式钢筋 混凝 土扶壁式挡土 
墙 ( r — mj 02m 分级 ) 刀_ 8 按 . 2 5 的设 计 和选 用 。  
3 .特 点 :  

杆 的位移 和输 出动力并 反馈给 P C 制 系统 。 L 控 制  L控 PC 系统 则根据 上述 监测数 据和索 力识别方 法 ,利用 内置  程 序算 出待 测索段 内力 , 并显示 在监控 触摸屏 上 。  
由于 当待测 索段被 索夹锁 死后 ,其形成 的 弓弦侧 
叠  

本 图集适 用范 围 广 , 一种 轻 型 的 装配 式 挡 土  是

墙, 施工单位选用可大大加 快施工进度。   《 中国建筑标准设计研究院 )  



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