阅读说明：本技术 一种电阻式拉索索力测量装置及方法 (Resistance type inhaul cable force measuring device and method ) 是由 况中华 李鑫奎 沈志勇 何光辉 周向阳 李兵 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明的一种电阻式拉索索力测量装置及方法,涉及电阻测量技术领域。针对现有拉索索力测量方法存在容易受到外界环境的影响,导致无法获得准确索力值的问题。它包括多个导电扣、两根测量导线、热敏电阻及数据采集仪,多个导电扣沿拉索轴线径向并间隔设置于拉索外表面,且每个导电扣分别与拉索内相邻两根钢丝束连接,使得多根连续排列的钢丝束通过导电扣串联为一拉索测量单元,两根测量导线的一端与拉索测量单元两端的两个导电扣连接,其另一端与数据采集仪连接,一根测量导线上安装有热敏电阻,数据采集仪采集拉索测量单元和热敏电阻的电阻值,通过推导拉索的电阻值与索力的关系公式,并结合拉索张拉前后测得的电阻值,从而计算出拉索的索力。(The invention discloses a resistance type inhaul cable force measuring device and method, and relates to the technical field of resistance measurement. The method aims to solve the problem that an accurate cable force value cannot be obtained due to the fact that an existing cable force measuring method is easily influenced by an external environment. The cable tension measuring device comprises a plurality of conductive buckles, two measuring wires, a thermistor and a data acquisition instrument, wherein the conductive buckles are arranged on the outer surface of the cable along the axial direction of the cable at intervals, each conductive buckle is connected with two adjacent steel wire bundles in the cable respectively, a plurality of steel wire bundles which are arranged continuously are connected in series through the conductive buckles to form a cable measuring unit, one end of each measuring wire is connected with the two conductive buckles at the two ends of the cable measuring unit, the other end of each measuring wire is connected with the data acquisition instrument, the thermistor is arranged on one measuring wire, the data acquisition instrument acquires the resistance values of the cable measuring unit and the thermistor, the relationship formula of the resistance value of the cable and the cable tension is deduced, the resistance value measured before and after the cable is combined, and the cable tension of the cable.)

一种电阻式拉索索力测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电阻测量技术领域，特别涉及一种电阻式拉索索力测量装置及方法。

背景技术

大跨度桥梁及结构都要通过预应力体系来提高结构的承载能力，且预应力主要通过张拉预应力钢绞线、钢绞线拉索来实现，其中，钢绞线拉索作为大跨度斜拉桥的主要受力构件，其索力的测量显得尤为重要。

目前，测量钢绞线拉索索力的方法主要有两种，一种是频率法，通过测量整束钢绞线拉索的振动频率，再根据钢绞线拉索的振动频率与索力之间的关系推算出钢绞线拉索的索力值，但该方法容易受到外界环境因素的干扰，很难测量出钢绞线拉索真实的振动频率，尤其是当钢绞线拉索两端锚固端约束边界不明确时，钢绞线拉索的振动频率与索力之间的关系也很难确定，无法推算出准确的索力值；另一种方法是利用磁弹效应，测量钢绞线拉索的感应电压，通过感应电压与索力之间的关系推算出钢绞线拉索的索力值，该方法在测量感应电压的过程中容易受到外界电流、磁场的影响，从而影响测量数值的准确性，因此，也无法推算出准确的索力值。

发明内容

针对现有的钢绞线拉索索力的测量方法存在容易受到外界环境的影响，导致无法获得准确的索力值的问题。本发明的目的是提供一种电阻式拉索索力测量装置及方法，通过推导拉索的电阻值与索力的关系公式，并结合拉索张拉前后测得的电阻值及电阻率，从而计算出拉索的索力，该装置结构简单，易于拆装，而且测量拉索测量单元的电阻值的过程不受外界环境因素的影响，使得推算出的索力值更加准确。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种电阻式拉索索力测量装置，包括：

多个导电扣，沿拉索轴线径向并间隔设置于所述拉索外表面，且每个所述导电扣分别与所述拉索内相邻两根钢丝束连接，使得多根连续排列的所述钢丝束通过所述导电扣串联为一拉索测量单元；

两根测量导线，一根所述测量导线与位于所述拉索测量单元一端的导电扣连接，另一根所述测量导线与位于所述拉索测量单元另一端的导电扣连接；

热敏电阻，安装于其中一根所述测量导线上；

数据采集仪，分别与两根所述测量导线的另一端连接。

本发明的电阻式拉索索力测量装置，它包括多个导电扣、两根测量导线、热敏电阻及数据采集仪，多个导电扣沿拉索轴线径向并间隔设置于拉索外表面，且每个导电扣分别与拉索内相邻两根钢丝束连接，使得多根连续排列的钢丝束通过导电扣串联为一拉索测量单元，两根测量导线的一端与拉索测量单元两端的两个导电扣连接，其另一端与数据采集仪连接，而且，一根测量导线上安装有热敏电阻，数据采集仪采集拉索测量单元的电阻值、热敏电阻的电阻值，并推算拉索的内部温度，通过推导拉索的电阻值与索力的关系公式，并结合拉索张拉前后测得的电阻值，从而计算出拉索的索力，该装置结构简单，易于拆装，而且测量拉索测量单元的电阻值的过程不受外界环境因素的影响，使得推算出的索力值更加准确。本发明主要应用于钢绞线拉索的索力测量。

优选的，所述导电扣包括条形基座和导线，所述条形基座由绝缘材料制成，所述导线呈U形，所述导线的水平部嵌于所述条形基座内，所述导线两端的竖直部延伸于所述条形基座外，且所述竖直部的端部安装有接触头，所述接触头能够穿透钢丝束外部的环氧涂层，使得相邻两根所述钢丝束串联连接。

优选的，所述条形基座的靠近所述接触头的一侧还设有橡胶粘贴层。

另外，本发明还提供了一种电阻式拉索索力测量方法，步骤如下：

S1：在拉索外侧安装电阻式拉索索力测量装置，将多个导电扣沿拉索轴线径向并间隔安装于拉索外表面，且每个所述导电扣分别与拉索内相邻两根钢丝束连接，使得多根连续排列的所述钢丝束通过所述导电扣串联为一拉索测量单元，将所述拉索测量单元通过两根测量导线与数据采集仪连接，并在一根所述测量导线上安装热敏电阻；

S2：张拉拉索之前，测量出所述拉索测量单元的初始电阻值R拉0，并测量所述热敏电阻的电阻值R热，依据热敏电阻的电阻值与温度之间的关系推算出热敏电阻的温度，得到拉索内部的温度T0，依据拉索的材料类型，可推算出温度T0下的拉索电阻率ρ0；

S3：拉索张拉之后，测量出所述拉索测量单元的测量电阻值R拉1，及热敏电阻的电阻值R热＇，再推算出拉索内部的温度T1，依据拉索的材料类型，可推算出温度T1下的拉索电阻率ρ1；

S4：根据电阻率计算公式及拉索受力后的伸长量的计算公式，推导出拉索电阻值与索力之间的计算公式为：

其中，F为拉索的索力；

R拉0为拉索测量单元的初始电阻值；

R拉1为拉索测量单元的测量电阻值；

ρ0为拉索内部温度T0下的拉索电阻率；

ρ1为拉索内部温度T1下的拉索电阻率；

E为拉索弹性模量；

A为拉索横截面积。

本发明的电阻式拉索索力测量方法，首先，安装电阻式拉索索力测量装置，多个导电扣沿拉索轴线径向并间隔安装于拉索外表面，且每个导电扣分别与拉索内相邻两根钢丝束连接，使得多根连续排列的钢丝束通过导电扣串联为一拉索测量单元，拉索测量单元通过测量导线与数据采集仪连接，并在一根测量导线上安装热敏电阻，然后，分别测量拉索张拉前后拉索测量单元的初始电阻值及测量电阻值，根据拉索张拉前后不同的热敏电阻值推算出不同温度下的拉索电阻率，最后，根据拉索电阻值与索力的计算公式推算出拉索索力；上述计算公式中的变量仅为拉索测量单元的电阻值及拉索电阻率，相比现有计算方法中采用的振动频率及感应电应等，拉索测量单元和热敏电阻的电阻值的测量过程受到外界环境的影响更小，热敏电阻的电阻值与拉索电阻率之间的推导过程明确简单，均有利于拉索索力推算的准确性；而且，本发明的测量方法无需考虑拉索两端锚固边界条件，干扰因素少，进一步保证了拉索索力推算的准确性，并提高了效率。

优选的，所述步骤S4中，所述电阻率的计算公式：ρ＝RA/L，其中，

ρ为电阻率，单位Ω·m；

A为拉索横截面积，单位㎡；

R为拉索的电阻值，单位Ω；

L为拉索长度，单位m。

优选的，所述步骤S4中，所述拉索受力后的伸长量的计算公式：△L＝F*L/(E*A)，其中，

F为拉索索力，单位N；

E为拉索弹性模量；

A为拉索横截面积；

L为拉索长度；

△L为拉索受力后的伸长量。

优选的，所述步骤S1中，所述条形基座通过设置于靠近所述接触头一侧的橡胶粘贴层粘贴于拉索外表面。

附图说明

图1为拉索的剖面图；

图2为安装有导电扣的拉索的剖面图；

图3本发明电阻式拉索索力测量装置的结构示意图；

图4本发明电阻式拉索索力测量装置的导电扣的结构示意图。

图中标号如下：

钢丝束1；环氧涂层2；填充料3；热挤聚乙烯层4；导电扣11；测量导线12；热敏电阻14；数据线15；数据采集仪16；条形基座11a；导线11b；接触头11c。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例1

常用的拉索体系主要有两种，一种是用热挤聚乙烯(PE)防护的平行钢丝束1配以冷铸镦头锚拉索体系；另一种是热挤聚乙烯防护的单股钢绞线组成钢绞线束，整索束的外层是双层同步挤压成型的高密度聚乙烯防护套管，两端配有单根锚定夹片式锚具形成群锚钢绞线拉索体系。如图1所示，本实施例以前者具有平行钢丝束1的拉索为例进行说明，该拉索的钢绞线一般由平行并拢的7根钢丝束1组成，1根钢丝束1在中心，其余6根钢丝束1沿圆周方向围合于其外侧，且每根钢丝束1外侧均包裹绝缘的环氧涂层2。下面结合图2至图4说明本发明的电阻式拉索索力测量装置，它包括：

多个导电扣11，多个导电扣11沿拉索轴线径向并间隔设置于拉索外表面，且每个导电扣11分别与拉索内相邻两根钢丝束1连接，使得多根连续排列的钢丝束1通过导电扣11串联为一拉索测量单元，本实施例在拉索上安装有3个导电扣11，使得4根连续排列的钢丝束1形成串联的通路，上述导电扣11的数量依据测量需求设置，此处仅是一个示例；

两根测量导线12，一根测量导线12与位于拉索测量单元一端的导电扣11连接，另一根测量导线12与位于拉索测量单元另一端的导电扣11连接；

热敏电阻14，安装于其中一根测量导线12上；

数据采集仪16，分别与两根测量导线12的另一端连接。

本发明的电阻式拉索索力测量装置，它包括多个导电扣11、两根测量导线12、热敏电阻14及数据采集仪16，多个导电扣11沿拉索轴线径向并间隔设置于拉索外表面，且每个导电扣11分别与拉索内相邻两根钢丝束1连接，使得多根连续排列的钢丝束1通过导电扣11串联为一拉索测量单元，两根测量导线12的一端与拉索测量单元两端的两个导电扣11连接，其另一端与数据采集仪16连接，而且，一根测量导线12上安装有热敏电阻14，数据采集仪16采集拉索测量单元的电阻值、热敏电阻14的电阻值，并推算拉索的内部温度，通过推导拉索的电阻值与索力的关系公式，并结合拉索张拉前后测得的电阻值，从而计算出拉索的索力，该装置结构简单，易于拆装，而且测量拉索测量单元的电阻值的过程不受外界环境因素的影响，使得推算出的索力值更加准确。本发明主要应用于钢绞线拉索的索力测量。

如图4所示，本实施例的导电扣11包括条形基座11a和导线11b，条形基座11a由绝缘材料制成，导线11b呈U形，导线11b的水平部嵌于条形基座11a内，导线11b两端的竖直部延伸于条形基座11a外，且竖直部的端部安装有接触头11c，接触头11c能够穿透钢丝束1外部的环氧涂层2，使得相邻两根钢丝束1串联连接。

更佳的，上述条形基座11a的靠近接触头11c的一侧还设有橡胶粘贴层，便于导电扣11牢固粘贴于拉索外表面，保证接触头11c与钢丝束1之间的稳定连接。

实施例2

结合图1至图4说明本发明的电阻式拉索索力测量方法，具体步骤如下：

S1：在拉索外侧安装如实施例1所述的电阻式拉索索力测量装置，将3个导电扣11沿拉索轴线径向并间隔安装于拉索外表面，且每个导电扣11分别与拉索内相邻两根钢丝束1连接，使得4根连续排列的钢丝束1通过导电扣11串联为一拉索测量单元，将拉索测量单元通过两根测量导线12与数据采集仪16连接，并在一根测量导线12上安装热敏电阻14；

S2：张拉拉索之前(受力之前)，测量出拉索测量单元的初始电阻值R_拉 ⁰，串联连接的多根钢丝束1形成的拉索测量单元的电阻值R_拉＝∑Ri，并测量热敏电阻14的电阻值R_热，依据热敏电阻14的电阻值与温度之间的关系推算出热敏电阻14的温度，得到拉索内部的温度T₀，依据拉索的材料类型，可推算出温度T₀下的拉索电阻率ρ₀；

S3：拉索张拉之后(受力之后)，测量出拉索测量单元的测量电阻值R_拉 ¹，及热敏电阻14的电阻值R_热＇，再推算出拉索内部的温度T₁，依据拉索的材料类型，可推算出温度T₁下的拉索电阻率ρ₁；

S4：根据电阻率计算公式及拉索受力后的伸长量的计算公式，推导出拉索电阻值与索力之间的计算公式为：

其中，F为拉索的索力；

R_拉 ⁰为拉索测量单元的初始电阻值；

R_拉 ¹为拉索测量单元的测量电阻值；

ρ₀为拉索内部温度T₀下的拉索电阻率；

ρ₁为拉索内部温度T₁下的拉索电阻率；

E为拉索弹性模量；

A为拉索横截面积。

将步骤S2和步骤S3拉索张拉前后测得的电阻值R_拉 ⁰、R_拉 ¹，电阻率ρ₀、ρ₁，以及常量E、A代入上述公式一，得出拉索的索力值。

本发明的电阻式拉索索力测量方法，首先，安装电阻式拉索索力测量装置，多个导电扣11沿拉索轴线径向并间隔安装于拉索外表面，且每个导电扣11分别与拉索内相邻两根钢丝束1连接，使得多根连续排列的钢丝束1通过导电扣11串联为一拉索测量单元，拉索测量单元通过测量导线12与数据采集仪16连接，并在一根测量导线12上安装热敏电阻14，然后，分别测量拉索张拉前后拉索测量单元的初始电阻值及测量电阻值，根据拉索张拉前后不同的热敏电阻14值推算出不同温度下的拉索电阻率，最后，根据拉索电阻值与索力的计算公式推算出拉索索力；上述计算公式中的变量仅为拉索测量单元的电阻值及拉索电阻率，相比现有计算方法中采用的振动频率及感应电应等，拉索测量单元和热敏电阻14的电阻值的测量过程受到外界环境的影响更小，热敏电阻14的电阻值与拉索电阻率之间的推导过程明确简单，均有利于拉索索力推算的准确性；而且，本发明的测量方法无需考虑拉索两端锚固边界条件，干扰因素少，进一步保证了拉索索力推算的准确性，并提高了效率。

上述步骤S4中，电阻率的计算公式：ρ＝RA/L，其中，

ρ为电阻率，单位Ω·m；

A为拉索横截面积，单位㎡；

R为拉索的电阻值，单位Ω；

L为拉索长度，单位m。

上述步骤S4中，拉索受力后的伸长量的计算公式：△L＝F*L/(E*A)，其中，

F为拉索索力，单位N；

E为拉索弹性模量；

A为拉索横截面积；

L为拉索长度；

△L为拉索受力后的伸长量。

上述步骤S2中，依据热敏电阻14的电阻值与温度之间的关系推算出热敏电阻14的温度，及依据拉索的材料类型，推算出某拉索内部温度T下的拉索电阻率ρ均为现有技术内容，此处不再赘述。

上述步骤S1中，条形基座11a通过设置于靠近接触头11c一侧的橡胶粘贴层粘贴于拉索外表面，便于导电扣11牢固粘贴于拉索外表面，保证接触头11c与钢丝束1之间的稳定连接。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。