本發明涉及拉索索力監測，具體涉及一種基于錨具插耳應變的拉索索力測定裝置及其測定方法。
背景技術：
1、隨著大型橋梁、空間索網結構及高層建筑等工程結構規模的持續擴大，拉索作為主要受力構件之一，其受力狀態直接關系到結構的整體安全與服役性能。拉索索力的準確監測不僅是結構設計驗算和施工張拉控制的重要依據，也是結構長期健康監測與安全評估的核心內容。若索力發生異常變化，可能導致結構剛度退化、振動響應增大甚至結構失穩等嚴重后果。因此，開展拉索索力的精確、穩定、實時監測，對于保障工程結構的安全運行具有重要的工程意義和應用價值。
2、目前，常見的拉索索力測量方法主要包括振動法、位移法、應變法、油壓表法、壓力傳感器法以及磁通量法等。其中，振動法通過測定拉索的自振頻率推算索力，具有非接觸和靈敏度高的優點，但易受邊界條件、溫度變化及多階頻率干擾的影響，導致計算精度下降；位移法依靠測量拉索的伸長量來間接獲得索力，但在實際工程中受限于測量基準點和環境穩定性，難以實現長期監測；油壓表法和壓力傳感器法多應用于施工張拉階段，通過測量張拉設備中油壓或作用力的變化來推算索力，結構簡單但難以實現長期精確監測；磁通量法利用拉索在受力狀態下磁導率變化與應力之間的對應關系進行索力反演，具有非接觸測量的優點，但受材料磁特性、溫度及電磁干擾等因素影響較大，應用場景有限。相比之下，經典應變法通過在拉索表面粘貼或嵌入應變計，直接測量拉索在受力狀態下的軸向應變，從而推算索力大小，具有結構簡單、成本較低、響應靈敏等優點，已成為工程中較為常用的索力測量手段。
3、然而，基于經典應變法的索力測量在實際工程應用中仍存在一定局限性。由于拉索長期處于復雜的受力和環境條件下，溫度變化、材料松弛、應變計安裝質量及信號傳輸干擾等因素，均可能對測量結果產生顯著影響。此外，傳統應變測量系統在長期監測中往往存在校準困難、信號漂移及數據不穩定等問題，難以實現對索力的連續、可靠跟蹤。因此，如何在保持經典應變法簡便特性的基礎上，提高測量精度、環境適應性與系統穩定性，成為當前拉索索力監測技術研究與工程應用的重要方向。
技術實現思路
1、鑒于現有技術的不足，本發明的主要目的是提供一種基于錨具插耳應變的拉索索力測定裝置及其測定方法，以實現拉索在受力狀態時索力大小和耳板位置的實時及精準測定。
2、本發明的技術方案如下：
3、本發明提出一種基于錨具插耳應變的拉索索力測定裝置，包括：
4、錨具本體，所述錨具本體的一端為u形插耳端，另一端與拉索固定連接；
5、耳板，所述耳板的一端與外部主體結構連接，另一端與所述u形插耳端通過銷軸固定連接；
6、至少四個光纖波長應變傳感器，其中兩個所述光纖波長應變傳感器沿平行于拉索的受力方向布設在所述u形插耳端一端的內側，另兩個所述光纖波長應變傳感器沿平行于拉索的受力方向布設在所述u形插耳端另一端的內側，且至少四個所述光纖波長應變傳感器位于以拉索受力方向為法線的同一平面內；
7、信號采集與傳輸設備，所述信號采集與傳輸設備安裝在所述u形插耳端的內側，與至少四個所述光纖波長應變傳感器信號連接，用于實時采集各個光纖波長應變傳感器因所述u形插耳端在承受拉索拉力產生應變而生成的反射波長變化信號。
8、優選的，至少四個所述光纖波長應變傳感器包括第一光纖波長應變傳感器、第二光纖波長應變傳感器、第三光纖波長應變傳感器以及第四光纖波長應變傳感器，其中所述第一光纖波長應變傳感器和所述第二光纖波長應變傳感器沿平行于拉索的受力方向布設在所述u形插耳端一端的內側，所述第三光纖波長應變傳感器和所述第四光纖波長應變傳感器沿平行于拉索的受力方向布設在所述u形插耳端另一端的內側，且四個光纖波長應變傳感器位于以拉索受力方向為法線的同一平面內。
9、優選的，該拉索索力測定裝置還包括防護罩，所述防護罩固定安裝在所述u形插耳端的內側，且罩設于所述信號采集與傳輸設備外。
10、優選的，所述u形插耳端的內側對應每個光纖波長應變傳感器開設有安裝槽，所述安裝槽的延伸方向與拉索受力方向平行。
11、優選的，所述信號采集與傳輸設備包括：
12、信號采集模塊，所述信號采集模塊與各個光纖波長應變傳感器通過信號傳輸線連接，用于接收反射波長變化信號；
13、傳輸模塊，所述傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，用于將所述反射波長變化信號傳輸至外部數據處理終端。
14、優選的，每個所述光纖波長應變傳感器均為光纖布拉格光柵傳感器。
15、本發明還提出一種基于上述的拉索索力測定裝置的測定方法，包括如下步驟：
16、按照標定拉力對拉索索力測定裝置進行預張拉操作，記錄四個光纖波長應變傳感器輸出的標定反射波長變化值δλ1、δλ2、δλ3和δλ4；
17、根據標定拉力及四個光纖波長應變傳感器測得的標定反射波長變化值，確定拉索索力測定裝置的標定系數；
18、在拉索實際服役過程中，通過所述信號采集與傳輸設備實時采集四個光纖波長應變傳感器輸出的反射波長變化實測值δλt1、δλt2、δλt3和δλt4；
19、根據測定過程中銷軸承受的偏心荷載作用及彎矩平衡條件，并結合所述反射波長變化實測值構建耳板位置求解模型，確定耳板安裝位置偏差；
20、根據所述標定系數、所述反射波長變化實測值以及所述耳板安裝位置偏差，確定拉索索力實時測量過程中的索力大小。
21、優選的，所述拉索索力測定裝置的標定系數通過以下公式標定：
22、
23、式中，k表示標定系數，tb表示標定拉力，δλ1、δλ2、δλ3、δλ4分別表示在預張拉過程中，第一光纖波長應變傳感器、第二光纖波長應變傳感器、第三光纖波長應變傳感器以及第四光纖波長應變傳感器所測量的反射波長變化值；以及
24、所述拉索索力測定裝置的標定系數通過以下公式計算：
25、
26、式中，k表示標定系數，pe表示應變光學靈敏系數，λ0表示初始反射波長，e表示傳感器材料的彈性模量，a表示光纖波長應變傳感器的橫截面積，i表示在預張拉過程中光纖波長應變傳感器相對于拉索拉力作用位置的慣性矩。
27、優選的，所述耳板位置求解模型為：
28、
29、
30、
31、
32、
33、
34、式中，x表示銷軸形心水平偏心距離，y表示銷軸形心豎直偏心距離，a表示光纖波長應變傳感器形心到u形插耳端內側中軸線的距離，b表示u形插耳端內側到拉索索力作用位置的距離，nx1表示第一光纖波長應變傳感器、第二光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力的合力，nx2表示第三光纖波長應變傳感器、第四光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力的合力，ny1表示第一光纖波長應變傳感器、第三光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力的合力，ny2表示第二光纖波長應變傳感器、第四光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力的合力，δλt1、δλt2、δλt3、δλt4分別表示索力在實際測量過程中，第一光纖波長應變傳感器、第二光纖波長應變傳感器、第三光纖波長應變傳感器以及第四光纖波長應變傳感器所測量的反射波長變化實測值，pe表示應變光學靈敏系數，λ0表示初始反射波長，e表示傳感器材料的彈性模量，a表示光纖波長應變傳感器的橫截面積，i1、i2、i3、i4分別表示索力在實際測量過程中，第一光纖波長應變傳感器、第二光纖波長應變傳感器、第三光纖波長應變傳感器以及第四光纖波長應變傳感器相對于拉索拉力作用位置的慣性矩。
35、優選的，所述根據所述標定系數、所述反射波長變化實測值以及所述耳板安裝位置偏差，確定拉索索力實時測量過程中的索力大小，包括：
36、
37、
38、
39、
40、
41、式中，tt表示拉索索力在實際測量過程中的索力大小，n1表示第一光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力，n2表示第二光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力，n3表示第三光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力，n4表示第四光纖波長應變傳感器所受平行于拉索受力方向的等效拉力。
42、本發明相對于現有技術的有益效果是：本發明通過在錨具本體的u形插耳端內側定向布設至少四個光纖波長應變傳感器，結合信號采集與傳輸設備的實時數據采集功能，突破了傳統拉索索力監測裝置單一測量、精度受限的瓶頸。相較于現有技術，其不僅能通過多傳感器協同采集應變對應的反射波長變化信號，實現拉索索力的精準反推，還能基于多傳感器數據差異同步獲取耳板安裝位置偏差，實現“索力監測+位置校準”雙重功能；同時，傳感器沿受力方向定向布設且集成于錨具本體，無需額外占用空間，也不破壞錨具原有力學性能，搭配光纖類傳感器抗干擾、穩定性強的特性，有效解決了傳統監測方法易受環境影響、長期運行可靠性不足的問題，大幅提升了拉索監測的全面性、精準度與工程適用性，為大型工程結構的安全服役提供了更高效的技術保障。具體而言，至少具有如下實際效果：
43、本發明中，通過至少四個光纖波長應變傳感器的對稱布設與定向安裝，精準采集u形插耳端沿拉索受力方向的應變信號，結合反射波長變化的量化特性，既實現拉索索力的實時精準監測，又能基于多傳感器數據反推耳板安裝位置偏差，解決了傳統監測僅能單一測量索力的局限。
44、本發明中，光纖波長應變傳感器通過適配的安裝槽埋入布設，槽深控制在合理范圍且延伸方向與受力方向一致，既保證傳感器安裝穩固、應變傳遞直接，又避免削弱錨具本體力學性能，保障錨具原有承載能力，同時確保索力的精準測量，從而提升拉索在服役過程中整體結構的安全性。
45、本發明中，光纖波長應變傳感器長期安裝在u形插耳端，在施工階段以及拉索服役過程中實時監測索力大小以及耳板位置偏差，極大的縮減了人工成本。
46、本發明中，光纖波長應變傳感器在預張拉工序中標定系數之后，標定系數可直接輸入采集設備，后續針對索力測量可直接讀取設備數據，操作過程簡潔高效。
47、本發明中，測定裝置對錨具本體原結構幾乎沒有造成任何截面削弱以及結構損傷，光纖波長應變傳感器通過開槽的方式埋入u形插耳端，u形插耳端由防護罩保護，保證了錨具本體力學性能的完整性。
48、本發明中，防護罩的設置為信號采集與傳輸設備提供防塵、防水、抗沖擊及抗電磁干擾防護。
49、本發明中，整體結構設計緊湊，各部件均集成于錨具u形插耳端內側，不占用額外安裝空間，安裝與維護便捷，無需對拉索及錨具原有結構進行大幅改造，適用范圍廣，可有效應用于橋梁、空間索網結構等各類工程的拉索監測。
50、應當理解，
技術實現要素：
部分中所描述的內容并非旨在限定本發明的實施例的關鍵或重要特征，亦非用于限制本發明的范圍。本發明的其它特征將通過以下的描述變得容易理解。另外，本發明任一實施方式的實現并不意味要同時具備或達到上述有益效果的多個或全部。