基于磁弹效应的大直径钢护套吊杆索力检测技术:以镇江北新河桥为例

林钜峰; 王晓琳; 朱茂华; 周羁; 尹超能; 赵靖钊; 方延强

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2504698

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (17) :7334-7343 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2504698

自动化技术、计算机技术

基于磁弹效应的大直径钢护套吊杆索力检测技术:以镇江北新河桥为例

林钜峰 ¹^,² ,
王晓琳 ²^,³^,^* ,
朱茂华 ² ,
周羁 ² ,
尹超能 ² ,
赵靖钊 ² ,
方延强 ²

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Detection Technology for Cable Force of Large-diameter Steel Casing Based on Magnetoelastic Effect: Zhenjiang Beixin River Bridge

LIN Ju-feng ¹^,² ,
WANG Xiao-lin ²^,³^,^* ,
ZHU Mao-hua ² ,
ZHOU Ji ² ,
YIN Chao-neng ² ,
ZHAO Jing-zhao ² ,
FANG Yan-qiang ²

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摘要

拱桥吊杆的索力是反映桥梁结构安全的关键因素,然而对于灌浆式钢护套吊杆,传统测量方法如频率法、压力传感器法和光纤光栅法由于结构的特殊性难以实现对此类在役桥梁的索力监测。为实现基于磁弹效应的索力检测技术在灌浆式钢护套吊杆的应用,提出并验证了一种适用于该复杂结构的磁通量传感器检测解决方案,从传感器测量理论、磁学仿真、实验室标定等方面开展磁弹效应法的有效性研究,首次量化揭示了钢护套厚度对内部磁场的削弱效应。通过实验室静载试验,发现钢护套的存在会使设计的磁通量索力传感器的满量程误差从2.12%下降到4.48%,但仍然在5%的工程标准范围内。在工程应用中,磁通量传感器测量重复性良好,测量标准差范围在11.94~31.3 kN,测量得到吊杆索力呈现由边缘向内侧增大的趋势,与正常的拱桥吊杆索力分布规律相吻合。结果验证了磁通量法在大直径钢护套吊杆索力检测中的有效性和优势,为同类桥梁的健康监测提供了工程实践参考。

Abstract

The cable force in arch bridge hangers is a critical indicator of structural safety. However, due to the structural characteristics of grouted steel-sleeved hangers, conventional monitoring methods such as the frequency-based method, pressure sensor method, and fiber Bragg grating (FBG) method are often inadequate for accurate measurement on such bridge structures. To address this challenge, a detection solution based on magnetoelastic effect sensors was proposed and validated for applying the magnetoelastic effect to these complex structures. The effectiveness of the magnetoelastic method was investigated through theoretical analysis of sensor measurement, magnetic simulations, and laboratory calibration. For the first time, the attenuation effect of steel sleeve thickness on the internal magnetic field was quantitatively revealed. Through laboratory static load tests, it was found that the presence of steel sheaths can reduce the full-scale error of the designed magnetic flux cable force sensor from 2.12% to 4.48%, but still within the engineering standard range of 5%. In engineering applications, the magnetic flux sensor has good measurement repeatability, with a measurement standard deviation range of 11.94~31.3 kN. The measured cable force of the suspension rod shows an increasing trend from the edge to the inside, which is consistent with the normal distribution law of cable force of the arch bridge suspension rod. The results verified the effectiveness and advantages of the magnetic flux method in detecting the tension of large-diameter steel sheathed suspension rods, providing engineering practice reference for health monitoring of similar bridges.

Graphical abstract

关键词

磁弹效应 / 钢护套吊杆 / 磁通量传感器 / 索力测量

Key words

magnetoelastic effect / steel-sheathed hanger rod / magnetic flux sensor / cable force measurement

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林钜峰, 王晓琳, 朱茂华, 周羁, 尹超能, 赵靖钊, 方延强. 基于磁弹效应的大直径钢护套吊杆索力检测技术:以镇江北新河桥为例[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(17): 7334-7343 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504698

LIN Ju-feng, WANG Xiao-lin, ZHU Mao-hua, ZHOU Ji, YIN Chao-neng, ZHAO Jing-zhao, FANG Yan-qiang. Detection Technology for Cable Force of Large-diameter Steel Casing Based on Magnetoelastic Effect: Zhenjiang Beixin River Bridge[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(17): 7334-7343 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2504698

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拱桥因其抗弯能力强、跨越能力突出和结构轻量化等特点,在我国的桥梁建设中使用广泛^[1]。吊杆作为拱桥的连接拱肋和系梁的核心受力部件,在桥梁的运营过程中,起着平衡拱肋的水平推力和系梁的纵向拉力的作用^[2]。吊杆中复杂的受力不仅影响其索力分布的合理性,更关系到桥梁整体结构服役寿命^[3]。因此,吊杆的内部索力状态是评估桥梁安全性能的关键指标^[4]。

频率法是在实际工程中应用最多的拱桥吊杆索力检测方法。频率法通过建立结构动力学的微分方程,获得索力与频率的关系^[5]。但频率法在短吊杆、钢护套吊杆、灌浆吊杆等吊杆上的索力检测误差较大,原因在于短吊杆的高频振动特性和混凝土填充物的信号衰减效应,频率法难以获取有效特征频率;其次对于钢护套吊杆工况,频率法测量的是钢护套的振动频率,并非吊杆拉索的振动频率,影响索力测量的准确性^[6]。此外,常用的索力测量方式如压力传感器法,受限于既有结构改造可行性,难以在已经建设好的桥梁上实施安装;光纤光栅法分为表面式^[7]和内嵌式^[8],测量结果虽具有分布式感知的优势,但该测量方法并不适用于张拉后的结构。另外还有利用千斤顶拉拔的索力测量方法,但该方法不适用于灌浆吊杆的索力检测,这是因为灌浆吊杆内的混凝土与钢绞线黏结为一体,直接张拉会破坏内部结构并威胁结构安全^[9]。

磁弹效应法利用材料铁磁特性和磁弹效应原理,通过磁通量传感器测量吊杆在不同拉力作用下的磁导率变化,实现对索力的测量。该方法凭借其非接触式测量特性与材料本征参数检测优势,适合用于短吊杆及灌浆吊杆的索力检测^[10]。磁弹效应法的索力测量精度与被测构件的磁化程度相关,对于小直径的缆索,因其较易被磁化,磁通量传感器测量精度可达1%以内。而大直径(200 mm)的缆索,由于其被磁化难度较大,磁弹效应法的测量精度约5%^[11]。当吊杆有外层保护套时,若外层套具有导磁性,则会进一步增加吊杆的磁化难度,因此磁弹效应法在钢护套结构吊杆的索力上监测研究的报道较少。“无缝钢管+钢绞线+水泥浆”构造的刚性吊杆在20世纪90年代及21世纪初建的拱桥中采用较多。经过近20年的服役期,吊杆已接近服役期末端,其索力数值对桥梁的养护非常重要,因此如何测量该类型吊杆索力意义重大^[12-13]。

为实现基于磁弹效应的大直径钢护套吊杆索力检测,在深入分析磁弹效应测量原理的基础上,现设计适用于“钢护套+灌浆”刚性吊杆的磁通量传感器结构。通过有限元建模与仿真,首次量化评估钢护套对吊杆磁化行为的影响,解释钢护套对测量结果影响的原因,并验证所提出传感器结构的有效性。在实验室静载试验中,系统对比钢护套对传感器测量精度的影响,获取不同工况下的索力-相对磁导率关系曲线,并分析磁通量传感器测量的可靠性与稳定性。最后,结合北新河桥工程实例,开展钢护套吊杆索力的现场实测与应用研究,验证该方法的工程适用性。

1 磁通量传感器结构与测量原理

磁通量法索力测量技术基于铁磁材料的磁弹性耦合效应原理。当外部载荷作用于铁磁性拉索时,材料内部磁畴结构将产生重构,这一物理过程将改变材料内部的磁各向异性分布,形成与应力状态相关的磁弹性能(或磁弹性应变能)^[14-15]。通过磁导率参数变化实现应力-磁特性的耦合表征,最终实现磁通量信号与索力值的定量转换^[16]。

如图1所示,设计的磁通量传感器为套筒式结构,采用分层磁路。传感器核心组件由励磁线圈和感应线圈构成,套筒结构可实现对拉索的全截面磁特性检测。当磁通量传感器工作时,通入激励信号,传感器内部会产生一个磁场强度为H(t)的外磁场。根据法拉第电磁感应定律建立的传感器数学模型表明,当励磁线圈施加脉冲激励时,感应线圈中的感应电压^[17]为

(1)$\begin{array}{c}V_{\mathrm{m}}=-\frac{\mathrm{d} \varphi(t)}{\mathrm{d} t}=-\left[N\left(S_{\mathrm{f}}+S_{\mathrm{g}}\right) \frac{\mathrm{d} B(t)}{\mathrm{d} t}+\right. \\\left.N\left(S_{0}-S_{\mathrm{f}}-S_{\mathrm{g}}\right) \mu_{0} \frac{\mathrm{~d} H(t)}{\mathrm{d} t}\right]\end{array}$

式(1)中:V_m为感应电压;N为励磁线圈匝数;B为磁感应强度;S₀为感应线圈横截面积;S_f为拉索的横截面积;S_g为无缝钢管的面积;μ₀为空气的磁导率。

当感应线圈内部没有铁磁性材料时,经过Δt₁时间的激励后,感应线圈内的磁通量变化为Δϕ₁,当检测线圈内部有铁磁性材料时,经过Δt₂时间的激励后,感应线圈内的磁通量变化为Δϕ₂,利用两者的磁通量变化比值便可以得出相对磁导率μ_r为

(2)μ_r=$\frac{\mu }{{\mu }_{0}}$=1+$\frac{{S}_{0}}{{S}_{\mathrm{f}}+{S}_{\mathrm{g}}}\left(\frac{{V}_{2}}{{V}_{1}}-1\right)$

式(2)中:V₁=Δϕ₁=${\int }_{\mathrm{\Delta }{t}_{1}}$V_mdt,为空载时候测量得到的积分电压;V₂=Δϕ₂=${\int }_{\mathrm{\Delta }{t}_{2}}$V_mdt,为拉索穿过传感器时的积分电压。

则拉索的内力f与相对磁导率增量Δμ_r的关系^[18]可描述为

(3)f=C₀+C₁μ_r+C₂${\mu }_{\mathrm{r}}^{2}$+C₃${\mu }_{\mathrm{r}}^{3}$

式(3)中:C₀、C₁、C₂和C₃为标定拟合系数。

2 磁通量传感器仿真

2.1 磁学仿真参数确定

为系统验证钢护套对套筒式磁通量索力传感器测量精度的影响,基于磁路理论建立数学模型,提出套筒式磁通量传感器核心部件励磁线圈的关键参数。定义拉索、传感器、水泥砂浆和钢护套的等效截面积分别为S_f、S₀、S_m和S_g。根据磁阻计算公式,有

(4)R=$\frac{L}{{\mu }_{0}{\mu }_{\mathrm{r}}S}$

式(4)中:μ₀为真空磁导率;μ_r为材料磁导率;S为磁路截面积;L为磁化路径有效长度。

系统总磁通由式(5)确定,即

(5)ϕ=BS_total

磁动势F与励磁线圈参数满足关系式为

(6)F=ϕR=NI

式中:B为拉索目标磁通密度;N为线圈匝数;I为励磁电流。经计算,理论磁动势需求为12 000 A·N。基于铜线载流量安全阈值(4 A),确定基础匝数N=3 000。考虑到传感器可能会存在磁漏现象^[19],对励磁线圈增设10%补偿匝数,最终采用N=3 300。

确定励磁线圈关键参数后,在COMSOL平台构建传感器的磁化模型。根据北新河桥的直吊杆构造图资料,吊杆由13根Φ15.24 mm钢绞线构成,外有钢护套(外径219 mm,壁厚10 mm), 中间灌注混凝土。基于以上目标的结构参数,设计传感器内径为230 mm。为保证励磁效果,励磁线圈通常设计的长径比大于5^[20],但考虑该传感器直径较大,长径比如果为5则传感器体积过大,不适用于短吊杆。综合上述结论,设计励磁线圈的长度为400 mm, 并以此建立励磁线圈结构3D模型。

接着通过磁学仿真研究励磁线圈结构的有效性,用于大直径建立含/不含钢护套的对比模型,研究钢护套导磁特性对磁路分布的影响机制,以揭示钢护套下传感器磁化场的空间分布规律。本模型采用分层离散化网格,最小单元尺寸为0.1 mm,通过迭代计算确保磁场强度相对误差小于2%。仿真所用的参数如表1所示。

2.2 钢护套厚度对测量结果的磁学仿真

根据磁路的基尔霍夫定律,系统的总磁阻R_total由钢护套磁阻R_S与内部钢绞线束磁阻R_C并联构成,并串联空气隙等漏磁阻R_leak,其表达式^[21] 为

(7)R_total=R_leak+$\frac{{R}_{\mathrm{S}}{R}_{\mathrm{C}}}{{R}_{\mathrm{S}}+{R}_{\mathrm{C}}}$

根据式(4)~式(6),可以计算出流入内部钢绞线的有效磁通量为

(8)ϕ_C=NI$\frac{{R}_{\mathrm{S}}}{{R}_{\mathrm{S}}+{R}_{\mathrm{C}}}$

因此,钢绞线内部的平均磁感应强度B_C可以表示为

(9)B_C=$\frac{{\varphi }_{\mathrm{C}}}{{S}_{\mathrm{C}}}$∝$\frac{1}{\frac{{L}_{\mathrm{S}}}{{\mu }_{\mathrm{r}\mathrm{S}}{S}_{\mathrm{S}}}+\frac{{L}_{\mathrm{C}}}{{\mu }_{\mathrm{r}\mathrm{C}}{S}_{\mathrm{C}}}+\dots }$

当钢护套厚度t增加时其截面积S_S增大,导致磁阻R_S减小。根据式(8),R_S的减小将导致更多的磁通被钢护套自身分流,从而使进入内部钢绞线的有效磁通ϕ_C和磁感应强度B_C下降。

为研究钢护套厚度t对测量结果的影响,在无钢护套模型的基础上设计了3种不同厚度的钢护套尺寸,分别为10、15和20 mm。模拟结果如图2所示,在无钢护套工况下,磁力线可有效穿透缆索截面并形成闭合回路,实现对内部钢丝的磁化,此时磁感应强度分布呈现出轴对称特征。当存在钢护套时,由于钢护套具有导磁性,而此时钢护套更靠近励磁线圈,因此部分磁力线会沿钢护套内部形成局部磁回路,其余磁力线继而进入缆索内部。

对磁化仿真结果进行量化,取缆索内部轴向中心点为测量点,测量结果如图2(e)点线图所示,在无钢护套工况下缆索内部的磁场密度模为0.5 T。当外部加有钢护套时,缆索内部的磁场密度模有明显的降低,其中钢护套厚度t=10 mm时,磁通强度从原本的0.5 T降低至0.38 T,衰减率为24%。随着厚度的增加,衰减率分别为32%和36%。结果表示钢护套的存在会对缆索内部的磁化具有一定的影响。

从磁路理论的角度分析,传感器性能下降的物理原因主要有两点。其一,钢护套与缆索内部钢丝构成并联磁路,部分励磁磁通会先通过外层钢化套,造成进入缆索内部的有效磁通密度降低,从而引起传感器灵敏度整体下降,导致标定曲线非线性度增大。其二,钢护套会使得磁路复杂度增加,引起杂散磁场和边缘磁通波动加剧,造成信号本底噪声升高、信噪比下降,影响磁信号的识别能力^[22]。由此可见,钢护套不仅减弱了缆索内部的有效磁化场,更引起磁场空间分布发生非对称畸变,这两个因素共同作用,导致传感器磁化能力降低。

3 磁通量传感器的静载试验

磁学仿真结果已证实设计的磁通量传感器励磁性能的有效性,在此基础上,绕制一个磁通量传感器开展静载试验,验证设计的磁通量传感器对大直径钢护套吊杆索力检测的有效性。验证试验在柳州市欧维姆试验中心进行。

3.1 钢绞线预张拉试验

为了消除钢绞线内部的初始应力以及提高测量的重复性,采用13根直径15.2 mm钢绞线组成的束体作为索力载体,通过张拉台架对钢绞线进行分级加载,张拉力依次为400、800、1 200、1 600、2 000、2 400 kN,共6级。对钢绞线束进行预张拉处理。相关研究表明^[23-24],钢绞线等预应力材料在初次加载时存在明显的非弹性变形和内部应力分布不均的问题。通过数次预张拉至接近或超过后续测试最大荷载,可以有效消除丝与丝之间的初始间隙,减少残余应力,使绞线的应力-应变关系趋于稳定和线性化,从而提高索力测量结果的重复性和精度。本次试验中,钢绞线束在安装后进行了不少于3次的预张拉循环,张拉力不低于最大试验荷载(2 400 kN)的80%,以确保其力学性能进入稳定状态。如图3所示是第三次加载和卸载的数据图。

由图3所示的第三次加载与卸载曲线可知,在没有钢护套的工况下,感应电压积分值与载荷值之间呈现出高度重合的线性关系。在整个荷载范围内(400~2 400 kN),两条曲线几乎重合。这表明经过预张拉处理后,钢绞线束的磁弹性响应的磁滞效应得到了有效控制,应力-感应电压积分值关系趋于理想的线性状态,保证了索力测量的重复性与精度。但是对于有钢护套的工况下,加载曲线与卸载曲线虽呈现基本一致的变化趋势,但二者之间存在一定的差距。因为在试验的预张拉过程中,张拉力仅直接作用于钢绞线束,而未能对钢护套本身进行同等程度的加载-卸载试验消除钢护套内部应力和磁滞效应。因此,直接导致了加载与卸载的结果差异。

3.2 钢护套对传感器输出特性的影响

根据前期开展的磁学仿真分析结果,钢护套由于具有与钢绞线相差不大的磁导率,在传感器周围形成附加磁通路,从而对被测构件的磁化分布产生显著影响。为定量研究该影响在实测中的表现,分别采集了无钢护套与带钢护套两种工况下磁弹传感器的感应电压积分值,所得实验结果如图4所示。

对比结果表明,钢护套的存在对传感器的输出特性具有两方面的作用。其一是,在无应力初始状态下,钢护套显著提高了传感器的基线积分值,其数值由无护套时的1 463.03 提升至带钢护套时的3 020.93,增幅接近一倍。该现象是由于钢护套引导并集中了磁路中的磁通,增强了有效磁通密度,从而提高了传感器的初始感应电压积分水平。其次,在应力响应特性方面,两种工况下传感器均表现出良好的线性响应关系,拟合得到的应力-电压积分值线性系数分别为 39.03(无护套)与 41.41(带护套)。这表明,尽管钢护套改变了磁路的初始状态,但并没有很大程度地影响传感器对索力变化的敏感性和线性响应特性,验证了该传感器在带钢护套环境下进行索力检测的有效性。

3.3 不同工况下传感器线性度对比分析

在验证设计的磁通量传感器在钢护套吊杆上的有效性后,对磁通量传感器的重复性和精度等性能参数进行试验验证。测量无钢护套和有钢护套两种工况下的磁导率增量与载荷关系,两种工况的试验布设如图5和图6所示。试验采用分级加载方式,每一级载荷记录五次测量数据,然后取其平均值,将其代入式(2)中,获得当前载荷下的相对磁导率。表2和表3分别列出了两种工况下的测量结果。

将表2中的测量结果导入ORIGIN软件中,利用三次多项式拟合,计算式(3)中C₀~C₃的系数,得到相对磁导率与拉力值的拟合曲线。两种工况下的拟合曲线,如图7所示,对比拟合曲线系数,无钢护套工况下的磁导率增量与载荷关系的线性度(R²=0.999 6)优于有钢护套工况(R²=0.995)。这也正与磁学仿真结果相对应,钢护套的几何尺寸(如厚度和截面积)较大,其会削弱内部钢绞线的有效磁场强度,影响磁通量传感器的性能,从而导致拟合曲线的线性度降低。此外,钢护套的磁滞效应和非线性磁化特性可能会造成测量信号的波动,这可能进一步降低了拟合曲线的线性度。

3.4 传感器测量精度检验与分析

为了检验设计的磁通量传感器的测量精度,利用图7所示标定曲线,传感器测量标准荷载,所得结果与拉力机上标准传感器的数值进行对比。获得绝对偏差和满量程(full scale,F.S.)误差,并通过这两个指标评估传感器性能,其中绝对偏差=实测索力-标定荷载,满量程误差= (实测索力-标定荷载) / 2 400×100,计算结果如表3所示。

从表3可看出,磁通量传感器的索力测量精度受钢护套结构存在的影响:在无钢护套工况下,最大绝对偏差为44.49 kN,测量误差分布范围在-0.72%~2.12 %,整体F.S.<±3% 。在有钢护套工况下,最大绝对偏差增至87.86 kN,误差分布范围扩大至-2.75%~4.18%。所有测点的满量程误差均低于工程容许阈值(±5% F.S.),表明设计的磁通量索力传感器能够满足大直径钢护套吊杆的索力检测。

4 工程概况

北新河桥工程是江苏省镇江市长江路工程的重要组成部分。该桥地处镇江市长江路,营运时间已超过20年,其横跨运粮河,位于运粮河与长江路的交汇处。如图8所示,全桥总长81.0 m(含两侧桥台),跨径组合为70 m。桥面全宽在桥台处为40 m,快车道两侧为直立拱肋加直立吊杆及系杆,桥面大部分恒载及活载通过横梁作用于系杆,并传给直吊杆和直拱肋。直吊杆采用刚性吊杆,受力机理等同于预应力砼轴心受拉构件。吊杆外面结构采用无缝钢管,上端焊接于拱肋下侧,下端焊在系杆上缘,吊杆钢管内穿钢绞线,钢管内灌注混凝土及防腐砂浆。

在吊杆桥梁体系中,由于长吊杆的弹性变形能力大于短吊杆,在交变荷载的长期作用下,受力较大的短吊杆将先于长吊杆达到疲劳极限,这使得出现断裂的往往是边缘两侧的短吊杆,所以短吊杆的受力情况更应该被密切关注^[25]。此次测量选取主桥行车系外侧六组短吊杆作为关键监测对象,短吊杆钢护套外径为219 mm, 长度最短为4.14 m,最高为9.73 m。是典型的高刚度短吊杆。由于待测短吊杆是在役吊杆,需要将设计好的传感器结构在线绕制在吊杆上,通过信号传输线路将传感器的输出接入上位机机箱内,对吊杆索力进行实时监测,如图9所示。

吊杆索力测量结果如图10所示。测量结果显示,其中3#和14#吊杆偏差值低于±5%。13#索力偏差值范围在±10%以内,其余吊杆(1#、2#、15#)的实测索力与设计索力值的偏差超过±10%。从吊杆的位置分布来看,1#~3#吊杆的索力测量值呈上升趋势,另一侧的15#~13#吊杆的增长趋势与之相似,即吊杆的索力从边缘向中间增大,符合此类吊杆桥索力分布规律^[26]。

如图11所示,统计了传感器测量结果的重复性。通过误差棒分析可以看出, 2#吊杆标准差最小为11.94 kN,最大标准差为13#吊杆的31.3 kN,各吊杆索力测量值的误差棒较短,表明设计的磁通量传感器在测量钢护套吊杆索力上具有较好的重复性和可靠性。

传感器采用现场绕制工艺,其零点受环境温度影响可能存在一定的漂移,导致测量出现偏差。然而,在索力的测量中,温度漂移主要表现为基线漂移,对索力变化的积分值不产生实质性影响。在实际应用中,该零点漂移可通过后续的数据基线校正进行有效消除,不影响索力监测的核心数据有效性^[27-28]。

5 结论

为解决大直径钢护套吊杆的索力检测难题,提出基于磁弹效应的非接触式磁通量传感方法,从理论分析、仿真模拟、实验室试验等方面,分析了钢护套对磁通量检测结果的影响并实现了工程应用验证。主要结论如下。

(1)针对在役灌浆式钢护套吊杆这一传统检测盲区,提供了一套可行的无损索力检测解决方案。将基于磁弹效应的检测技术应用于内部灌浆、外部带钢护套的复杂吊杆结构,拓展了该技术的应用边界。

(2)吊杆外层钢护套的存在会对磁通量传感器采集的信号值有影响,通过磁学仿真和实验室标定,首次揭示并量化了钢护套厚度对内部磁场的削弱规律。对比无钢护套的情况,当有10 mm钢护套后内部的磁通密度降至0.38 T(衰减24%),且随着钢护套厚度的增加,测量数据衰减度会进一步增加。

(3)北新河桥上测量数据的标准差范围在11.94~31.3 kN,测量结果的稳定性和重复性确定了磁通量传感器在钢护套吊杆上测量的可行性。测量结果显示,1 #~3 #与13 #~15 #吊杆索力均呈现由边缘向中间增大的趋势,符合传统吊杆索力的分布规律。个别吊杆的索力测量值与设计值的偏差超过±10%,其原因包括桥梁运营年限较长,在长期持续荷载作用下混凝土发生了不同程度的徐变与收缩,导致旧设计值作为对比基准具有一定局限性。此外传感器在标定环境与绕制过程中难以完全模拟现场吊杆的实际安装与使用条件,制造误差积累也会对测量结果产生影响。

由于大型构件的恒温实验条件限制,本文研究的实验阶段没有安排系统的温升标定试验,所以这也是传感器的测量存在偏差的主要原因之一。未来工作的重点是将磁弹效应测量方法推广至更多同类吊杆桥梁中,并设计温升实验,系统量化-度-输出的漂移规律,并基于此开发嵌入式的温度补偿模块,以进一步提升该方法在长期健康监测中的精度与可靠性。

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原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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