[发明专利]基于电阻变化的监测钢索及钢索服役状态监测方法

说明书

本发明提供了基于电阻变化的监测钢索及钢索服役状态监测方法，监测钢索包括钢索、电源和电阻信号采集仪，其中，适用于新建桥梁的监测钢索中，各钢丝或钢绞线的两端分别穿过第一和第二锚杯固定于第一和第二导电锚定板上并由第一和第二导电锚定板联接为一导体，第一绝缘导线的一端穿过第一锚杯固定于第一导电锚定板上且其端部的线芯与第一导电锚定板联接为一导体、另一端穿过第二锚杯和第二导电锚定板经电阻信号采集仪与电源连接，第二导电锚定板通过第二绝缘导线与电源连接。适用于现役桥梁的监测钢索中，各钢丝或钢绞线的两端分别穿过锚杯固定于导电锚定板上并通过导电锚定板联接为一导体；各电锚定板通过第三绝缘导线连接电源和电阻信号采集仪。

技术领域

本发明属于钢索服役状态监测领域，涉及基于电阻变化的监测钢索及钢索服役状态监测方法，适用于中承式或下承式拱桥的吊杆、斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆等。

背景技术

截止目前，中国桥梁总量已超过70万座。随着科学技术的进一步发展，大跨度桥梁所占比重将越来越大。大跨度桥梁常使用缆索承重体系，在现有的以索力检测和损伤监测为主的监测手段下，仍然时有拉索骤断毁桥的事故发生，造成了巨大的生命财产损失，如隶属于314国道的新疆孔雀河大桥，于2011年吊杆断裂，造成桥面坠毁，6人受伤。

经统计，大部分桥梁缆索的使用寿命在20年以下，按照我国《公路桥涵设计通用规范》的规定，公路桥涵设计基准期为100年，在桥梁基准期内至少要换索4～6次。按照目前“疑断则换”、“换则全换”的换索技术，换索费用将会非常高，如委内瑞拉的马拉开波桥，在通车20年后全桥换索，整个工程耗资5000万美元，历时10个月。

钢索作为桥梁的主要承重构件，为体外构件，长期处于高应力状态下，对外界侵害比较敏感，在环境和荷载双重作用下，会出现应力腐蚀、疲劳腐蚀等腐蚀破坏。由于环境条件及载荷的不确定性，对于整个拉吊索来说，不同位置处钢丝的腐蚀程度、应力状态各不相同，可能有的钢丝已经处于断丝状态，而有的钢丝则完好无损，仍能继续承载。这对于如何确定性的保证拉吊索的服役安全性提出了巨大的挑战。

对于拉索与吊索，无论采用哪种防护措施，都不可能完全避免拉吊索的钢丝发生锈蚀。国内外学者也做了很多相关研究，但经统计，现有技术中有关腐蚀及疲劳腐蚀的实验，均没有对腐蚀程度(即何为轻微腐蚀、一般腐蚀、严重腐蚀)进行量化的定义，也没有得到确定的剩余强度与腐蚀程度(对应于不同的截面削弱)之间的相关关系，因此如何衡量钢索的服役状态，仍然是目前需要解决的重要问题之一。

ZL201620590695.8公开了一种钢索损伤或断丝信号控制系统，该控制系统基于钢索导电原理，通过对钢索中每根钢丝或选定的若干表层钢丝进行电流采集，利用电流与钢丝断丝的关系，可以判断被监测的钢丝是否断丝。但该控制系统要求对钢索中的钢丝之间进行绝缘处理才能顺利实现检测，对所有钢丝进行绝缘处理，不但使得监测系统的构造复杂，而且会增加钢索制造处理工序，不易实现。该控制系统只能判断被监测的钢丝是否发生断丝，无法识别当钢丝部分锈蚀后出现截面削弱和强度下降问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于电阻变化的监测钢索及钢索服役状态监测方法，以解决现有监测钢索无法识别钢丝部分锈蚀后出现截面削弱和强度下降的问题。

本发明提供的适用于新建桥梁的基于电阻变化的监测钢索，包括钢索、钢索防护套、电源，钢索由若干根钢丝或钢绞线组成，钢索位于钢索防护套中，还包括第一绝缘导线、第二绝缘导线和电阻信号采集仪；

各钢丝或钢绞线的两端分别穿过第一锚杯和第二锚杯固定于第一导电锚定板和第二导电锚定板上，各钢丝或钢绞线通过第一导电锚定板和第二导电锚定板联接为一导体，第一绝缘导线位于钢索中心，第一绝缘导线的一端穿过第一锚杯固定于第一导电锚定板上且第一绝缘导线端部的线芯与第一导电锚定板联接为一导体，第一绝缘导线的另一端穿过第二锚杯和第二导电锚定板经电阻信号采集仪与电源的一端连接，第二导电锚定板通过第二绝缘导线与电源的另一端连接；电源、电阻信号采集仪、第一绝缘导线、第二绝缘导线和钢索形成一个电学回路。