大型悬吊物吊杆张力的检测调节方法

崔常伟

(浙江大学宁波理工学院，浙江宁波 315100)

大型悬吊物吊杆张力的检测调节方法

崔常伟

(浙江大学宁波理工学院，浙江宁波 315100)

以某大型室内装修工程为例，简要介绍了应变电测实验技术的基本原理及工作流程，利用该技术，解决了吊杆张力的数据采集和优化分配问题，提高了悬吊结构的安全性，为现场施工提供了可靠的数据参考。

吊杆张力，应变电测，张力调节

0 引言

为了美观的需要，大型装修工程常会用到悬吊结构，并且此类悬吊结构往往体积较大、重量较重、结构复杂，对吊绳或吊杆的设置部位、强度和稳定性都提出了很高的要求。以往的悬吊系统设计均是在已知悬吊物重量、强度、受力状态等参数下完成［1-3］，而对于悬吊装饰物来说，由于结构的复杂性以及受力参数的不确定性，进行相关的建模计算会变得非常困难。设计者对吊杆的设计多是凭经验估算，缺乏可靠的数据支持。施工完成后对吊杆的张力缺乏有效的检测和调节手段。基于某大型室内装修工程，本论文利用应变电测实验技术，解决了吊杆张力的数据采集和优化分配问题，提高了悬吊结构的安全性，为现场施工提供了可靠的数据参考。

1 应变电测技术

应变电测实验技术的基本原理是：将电阻应变片(简称应变片)粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片也随之一起变形，其阻值也将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器(简称电阻应变仪)，将阻值变化转换成电压(或电流)变化，经过放大、换算等处理，输出显示为实际的应变值，其工作流程见图1［4］。

图1 工作流程图

应变电测技术具有灵敏度高的特点，应变片重量轻、体积小、测量范围广、频率响应好，能在高、低温或高压等特殊环境下使用。由于输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。

应变电测技术的桥路接法有很多种，在工程测试中多数使用带公共温度补偿片的半桥接法(见图2)。其中，R1～Rn为工作片;R为固定电阻;r为导线电阻。由于实验中所使用的导线型号长度均相同，所以仅对灵敏系数K产生影响［5］，公式为：

实验中使用的电阻应变仪为奉化大桥精密仪器厂生产的型号为YJR-5A静态电阻应变仪，胶粘剂为502胶，防护剂为703胶，电阻应变片为浙江黄岩测试仪器厂生产的型号为BX120-5AA电阻应变片，灵敏系数为 2．08，电阻为(120±0．1)Ω，导线电阻 r= 7．8 Ω，所以修正后的灵敏系数为：

图2 半桥接法

2 实际测量

2．1 结构说明

图3为整个悬吊系统简图。柱体是由多段圆木材拼接而成，中间三段接口处以斜接口拼接并用铜套环箍紧，每个铜套环上均铰接一根铜吊杆，吊杆再与屋顶承重结构铰接。每根吊杆中上部配有调节螺母，可以小范围调节吊杆长度。

图3 悬吊系统简图

该悬吊系统的特点为：1)跨度大，整段柱体总长近40 m;2)施工时为分段吊装拼接完成的，吊杆长度仅调节成近似值，无法获知拉力大小;3)圆木段之间既非刚性也非铰支连接;4)木材本身不是均质体，所以重心位置不定，重量未知;5)这一悬吊系统下方又有多个悬吊物，对圆木的作用力F1～F8也是大小不等数值不明的。综合以上特点，对这一系统进行理论计算是非常困难的。为了实现对每根吊杆的张力进行检测和调节，结合施工现场状况，于是选择应变电测实验技术来解决相关问题。

2．2 实验方法

在每根吊杆调节螺丝以下部分的中间位置轴向各贴一片应变片，布片方式如图3所示。为了检验结果的可靠性，在3号片正对面轴向贴一片对照片3'。将所有的6片应变片以公共温度补偿的半桥连接方式接入电阻应变仪。

操作步骤：1)先将接桥的6个通道调零;2)选择1号吊杆，用手动葫芦将1号吊杆铜箍提起至吊杆完全不受力，记录下1号应变片第一次应变示数;3)将1号应变片所在通道重新调零，缓慢释放手动葫芦负载，待稳定后记录下该应变片第二次应变示数; 4)将两次示数取绝对值再求平均值，作为1号杆的实际应变值; 5)依次选择2号～5号吊杆，重复步骤2)～步骤4)，得到每根吊杆的应变值，结果如表1所示。

表1 调零前后应变值和实际应变值 με

由表1的数据结果可以发现，3号片与对照片3'的应变值非常接近，误差仅为4．2%，所以可以认为这一测试方法得到的数据结果是比较可靠的。

调节吊杆拉力时去掉对照数据3'，将另外5个结果取平均，得到平均值117 με。然后将实际应变值与平均值差别最大的杆进行缩短或伸长调节，使调节后的应变值尽量靠近这一平均值，其调节过程中各吊杆的应变值变化见表2。

表2 调节过程中各应变片应变值变化表 με

2．3 结果分析与讨论

经过检测，发现各吊杆的初始张力分布非常不均衡，最大张力是最小张力的2倍多，因而需要通过调节优化整体的张力分布。

第一次调节是将2号杆的应变值调成140 με。这一次调节相当于重新分配了左边三根吊杆的张力值，而右边两根吊杆受到的影响很小。第二次调节是将4号吊杆的应变值调成110 με。目的是要4号吊杆分担一部分3号吊杆的张力，但由于结构的不连续性，导致2号吊杆的张力值又略有上升。通过前两次调节，可以发现整个悬吊系统呈现左重右轻的状况。第三次调节再一次降低了2号吊杆的张力，将其应变值降为120 με。经过这次调节，最大最小张力值比值由初始的2．13∶1降为1．33∶1，优化了张力分布，达到了预期的效果。

3 结语

本方案适用于复杂结构的简支悬挂系统，电阻应变片的频率响应可达0～105Hz，因而又可以采集动态信号进行相关的数据分析，检验悬吊系统的抗震性、抗风性等动态性能，进一步提高悬吊系统的可靠性。

［1］牛 瑞．地铁施工大直径水管悬吊保护设计［J］．山西建筑，2010，36(34)：196-197．

［2］夏红昌．盖挖地铁车站Φ1 400给水管线悬吊施工设计［J］．科技资讯，2006(17)：74-75．

［3］周 云，贺朝辉．悬索桥悬吊系统的施工控制养护维修［J］．企业技术开发，2006，25(6)：31-32．

［4］刘鸿文，吕荣坤．材料力学实验［M］．第3版．北京：高等教育出版社，2006：44-59．

［5］安根旺．应变电测技术中的误差分析及确定方法［J］．兰州铁道学院学报，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

崔常伟(1982-)，男，助理工程师