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钢绞线是斜拉桥索的主要受力部件,其受力状态是评估结构运行安全的一个重要指标。在承受疲劳载荷的长期服役过程中,钢绞线及其锚具易产生腐蚀和磨损,导致钢绞线内应力分布的改变,诱发钢绞线失效而发生事故。发展快速有效的钢绞线拉力测量技术,用于评估钢绞线的健康状况,不仅可以提高钢绞线结构的运行安全和使用寿命,而且具有广阔的工程应用前景。 本文针对7芯钢绞线的拉力测量,研制了一款可用于钢绞线结构磁特性曲线和导波检测的一体化传感器,发展了一种基于纵向模态超声导波陷频特性的钢绞线拉力测量方法,并实验研究了磁弹拉力测量灵敏度与励磁参数的关系。具体研究内容包括: (1)钢绞线磁特性曲线与导波陷频检测用一体化传感器研制。基于磁弹效应和磁致伸缩导波激励原理,设计出一款双层线圈加旁路励磁的一体化传感器,提出了相应的励磁及检测模式,测试了传感器的导波激励与接收特性,对钢绞线进行了局部磁滞回线簇测量,得到了感应电压幅值对不同拉力的测量灵敏度矩阵。 (2)利用钢绞线结构中L(0,1)模态导波存在陷频这一固有的声学特性,提出并验证了一种钢绞线拉力检测新方法。在两种不同直径预应力7芯钢绞线中进行导波陷频检测试验,提取出两种对拉力变化敏感的陷频参数(特征频率和旁侧峰值比),给出了陷频参数与拉力间的标定方程,并从拉力测量分辨力和精度两个方面对新方法的检测性能进行评价。 (3)钢绞线磁弹拉力测量灵敏度分析。采用研制的一体化传感器,研究了不同静态偏置磁场强度、不同励磁参数(幅值与频率)对磁弹拉力测量灵敏度的影响规律,为磁弹拉力检测参数优化提供了依据。