大型懸吊物吊桿張力的檢測調節方法

崔常偉

(浙江大學寧波理工學院，浙江寧波 315100)

大型懸吊物吊桿張力的檢測調節方法

崔常偉

(浙江大學寧波理工學院，浙江寧波 315100)

以某大型室內裝修工程為例，簡要介紹了應變電測實驗技術的基本原理及工作流程，利用該技術，解決了吊桿張力的數據采集和優化分配問題，提高了懸吊結構的安全性，為現場施工提供了可靠的數據參考。

吊桿張力，應變電測，張力調節

0 引言

為了美觀的需要，大型裝修工程常會用到懸吊結構，并且此類懸吊結構往往體積較大、重量較重、結構復雜，對吊繩或吊桿的設置部位、強度和穩定性都提出了很高的要求。以往的懸吊系統設計均是在已知懸吊物重量、強度、受力狀態等參數下完成［1-3］，而對于懸吊裝飾物來說，由于結構的復雜性以及受力參數的不確定性，進行相關的建模計算會變得非常困難。設計者對吊桿的設計多是憑經驗估算，缺乏可靠的數據支持。施工完成后對吊桿的張力缺乏有效的檢測和調節手段。基于某大型室內裝修工程，本論文利用應變電測實驗技術，解決了吊桿張力的數據采集和優化分配問題，提高了懸吊結構的安全性，為現場施工提供了可靠的數據參考。

1 應變電測技術

應變電測實驗技術的基本原理是：將電阻應變片(簡稱應變片)粘貼在被測構件的表面，當構件發生變形時，應變片也隨之一起變形，其阻值也將發生相應的變化，通過電阻應變測量儀器(簡稱電阻應變儀)，將阻值變化轉換成電壓(或電流)變化，經過放大、換算等處理，輸出顯示為實際的應變值，其工作流程見圖1［4］。

圖1 工作流程圖

應變電測技術具有靈敏度高的特點，應變片重量輕、體積小、測量范圍廣、頻率響應好，能在高、低溫或高壓等特殊環境下使用。由于輸出量為電信號，便于實現自動化和數字化，并能進行遠距離測量及無線遙測。

應變電測技術的橋路接法有很多種，在工程測試中多數使用帶公共溫度補償片的半橋接法(見圖2)。其中，R1～Rn為工作片;R為固定電阻;r為導線電阻。由于實驗中所使用的導線型號長度均相同，所以僅對靈敏系數K產生影響［5］，公式為：

實驗中使用的電阻應變儀為奉化大橋精密儀器廠生產的型號為YJR-5A靜態電阻應變儀，膠粘劑為502膠，防護劑為703膠，電阻應變片為浙江黃巖測試儀器廠生產的型號為BX120-5AA電阻應變片，靈敏系數為 2．08，電阻為(120±0．1)Ω，導線電阻 r= 7．8 Ω，所以修正后的靈敏系數為：

圖2 半橋接法

2 實際測量

2．1 結構說明

圖3為整個懸吊系統簡圖。柱體是由多段圓木材拼接而成，中間三段接口處以斜接口拼接并用銅套環箍緊，每個銅套環上均鉸接一根銅吊桿，吊桿再與屋頂承重結構鉸接。每根吊桿中上部配有調節螺母，可以小范圍調節吊桿長度。

圖3 懸吊系統簡圖

該懸吊系統的特點為：1)跨度大，整段柱體總長近40 m;2)施工時為分段吊裝拼接完成的，吊桿長度僅調節成近似值，無法獲知拉力大小;3)圓木段之間既非剛性也非鉸支連接;4)木材本身不是均質體，所以重心位置不定，重量未知;5)這一懸吊系統下方又有多個懸吊物，對圓木的作用力F1～F8也是大小不等數值不明的。綜合以上特點，對這一系統進行理論計算是非常困難的。為了實現對每根吊桿的張力進行檢測和調節，結合施工現場狀況，于是選擇應變電測實驗技術來解決相關問題。

2．2 實驗方法

在每根吊桿調節螺絲以下部分的中間位置軸向各貼一片應變片，布片方式如圖3所示。為了檢驗結果的可靠性，在3號片正對面軸向貼一片對照片3'。將所有的6片應變片以公共溫度補償的半橋連接方式接入電阻應變儀。

操作步驟：1)先將接橋的6個通道調零;2)選擇1號吊桿，用手動葫蘆將1號吊桿銅箍提起至吊桿完全不受力，記錄下1號應變片第一次應變示數;3)將1號應變片所在通道重新調零，緩慢釋放手動葫蘆負載，待穩定后記錄下該應變片第二次應變示數; 4)將兩次示數取絕對值再求平均值，作為1號桿的實際應變值; 5)依次選擇2號～5號吊桿，重復步驟2)～步驟4)，得到每根吊桿的應變值，結果如表1所示。

表1 調零前后應變值和實際應變值 με

由表1的數據結果可以發現，3號片與對照片3'的應變值非常接近，誤差僅為4．2%，所以可以認為這一測試方法得到的數據結果是比較可靠的。

調節吊桿拉力時去掉對照數據3'，將另外5個結果取平均，得到平均值117 με。然后將實際應變值與平均值差別最大的桿進行縮短或伸長調節，使調節后的應變值盡量靠近這一平均值，其調節過程中各吊桿的應變值變化見表2。

表2 調節過程中各應變片應變值變化表 με

2．3 結果分析與討論

經過檢測，發現各吊桿的初始張力分布非常不均衡，最大張力是最小張力的2倍多，因而需要通過調節優化整體的張力分布。

第一次調節是將2號桿的應變值調成140 με。這一次調節相當于重新分配了左邊三根吊桿的張力值，而右邊兩根吊桿受到的影響很小。第二次調節是將4號吊桿的應變值調成110 με。目的是要4號吊桿分擔一部分3號吊桿的張力，但由于結構的不連續性，導致2號吊桿的張力值又略有上升。通過前兩次調節，可以發現整個懸吊系統呈現左重右輕的狀況。第三次調節再一次降低了2號吊桿的張力，將其應變值降為120 με。經過這次調節，最大最小張力值比值由初始的2．13∶1降為1．33∶1，優化了張力分布，達到了預期的效果。

3 結語

本方案適用于復雜結構的簡支懸掛系統，電阻應變片的頻率響應可達0～105Hz，因而又可以采集動態信號進行相關的數據分析，檢驗懸吊系統的抗震性、抗風性等動態性能，進一步提高懸吊系統的可靠性。

［1］牛 瑞．地鐵施工大直徑水管懸吊保護設計［J］．山西建筑，2010，36(34)：196-197．

［2］夏紅昌．蓋挖地鐵車站Φ1 400給水管線懸吊施工設計［J］．科技資訊，2006(17)：74-75．

［3］周 云，賀朝輝．懸索橋懸吊系統的施工控制養護維修［J］．企業技術開發，2006，25(6)：31-32．

［4］劉鴻文，呂榮坤．材料力學實驗［M］．第3版．北京：高等教育出版社，2006：44-59．

［5］安根旺．應變電測技術中的誤差分析及確定方法［J］．蘭州鐵道學院學報，1998，17(4)：31-36．

Detection and adjustment method of large cantilever suspender tension

CUI Chang-wei

(Ningbo College of Technology，Zhejiang University，Ningbo 315100，China)

Taking the large interior decoration engineering as an example，the paper briefly introduces basic principles and working procedure of strain electrical measurement testing technology，solves data collection and optimal distribution of suspender tension，and improves the security performance of the cantilever suspender structure，which has provided reliable data for site construction．

suspender tension，strain electrical measurement，tension adjustment

TU767

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.121

1009-6825(2013)10-0052-02

2013-01-11

崔常偉(1982-)，男，助理工程師