[发明专利]一种斜拉索智能防冰除冰系统及应用方法

说明书

本发明提供一种斜拉索智能防冰除冰系统及应用方法，涉及桥梁工程防灾减灾领域，它包括信息采集模块、除冰包裹层和气体驱动装置；信息采集模块与结冰传感器、湿度传感器、张力传感器、压力传感器和空气温度传感器电连接；除冰包裹层包裹在斜拉索外部，并与气体驱动装置通过送风通道连接；气体驱动装置位于桥面箱梁之上。通过包裹在斜拉索外围的膨胀膜内通过高温高压气体不断的充气和抽真空使其外部面积骤变，是的结冰初期的薄冰脱落，预防结冰形成，同时高压气体的脉冲和高温使得冰层融化和碎裂，达到除冰的效果。

技术领域

本发明涉及桥梁工程防灾减灾领域，具体涉及一种斜拉索智能防冰除冰系统及应用方法。

背景技术

近年来，我国已进入了大规模基础设施建设新时期，一批跨越江海湖泊的大跨度缆索桥梁相继建造，如港珠澳大桥、杨泗港长江大桥、平潭海峡大桥。大跨度斜拉桥因其跨越能力大，外形美观，成为桥梁工程的首选桥型，受到人们的广泛青睐。但是大跨度斜拉索具有质量小、频率低、阻尼小等特点，极易受到雨雪、冰冻等恶劣环境的影响，造成拉索表面积雪和冰棱的产生，严重危害了桥梁的使用性能。当温度变化或者结构振动时，斜拉索冰凌还会发生坠落现象，严重威胁了桥面车辆的行车安全。国内已发生多起因拉索冰凌碎落砸伤车辆和引起的交通事故，例如2015年1月30日，荆岳长江大桥主桥斜拉索发生掉冰，砸坏了多辆机动车，桥面被冰渣所覆盖，进而实施交通管制；2015年1月和2018年1月，武汉二七长江大桥斜拉索上的冰凌高空坠下，砸损若干车辆，影响了交通安全；2018年1月南昌八一大桥主桥也发生过斜拉索掉冰，砸坏30多辆机动车，并砸伤了行人，造成了巨大的财产损失和不良的社会影响。

现有的斜拉索除冰技术主要分为机械除冰技术、热力除冰技术和防覆冰憎水材料技术等。机械除冰技术包括人工除冰和机器人除冰。人工除冰采取用长竹竿敲打的方式除冰，但设备长度有限，对于高空覆冰则无能为力。机器人除冰受到电力续航及斜拉索表面抗风设施的影响，其应用受到了一定的限制。总体而言，目前的机械除冰效果欠佳。传统热力除冰是从斜拉索内部鼓入热风,加热斜拉索,达到融化冰雪的效果，其本质是通过升高拉索表面温度，降低斜拉索的覆冰概率，但该方法会使原本密闭的斜拉索必须预留空隙和出入口，会对斜拉索的防腐耐久产生不利影响；热力除冰还可以在拉索表面布置电阻丝，通过加热电阻丝融化冰雪，但是电阻丝长期日晒雨淋，容易老化失效，实际融冰所需时间长、效率低、成本较高，且布置在表面的电热丝加热会影响拉索HDPE套筒的耐久性；防覆冰憎水材料技术虽然能增加材料表面的憎水性，但传统的超疏水防覆冰涂层的制备方法均需贵重设备或复杂工艺，现场施工难度大，效果难以保证。

现有技术也有针对这些问题进行改进的技术，例如中国专利文献CN 108301324 A记载了一种斜拉桥拉索智能除湿除冰系统及方法，通过对向斜拉索内部通入高压高温气体并形成气体回路来除冰，斜拉索为实心体，气体通入斜拉索内部不易，且在气体达到桥梁顶端后再通过顶端回路回流，整个气体回路为桥梁轮廓长度的三角形，材料花费巨大，且桥梁上每根斜拉索都需要一个单独支路，更加不易；再则，当遇到极端寒冷天气时，往往斜拉索上结冰速度巨大，以热量形式消融结冰需要功率巨大的加热装置，其本身的质量会降低桥梁的载重量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种斜拉索智能防冰除冰系统及应用方法，能够准确预测斜拉索上的结冰趋势，在斜拉索上形成薄冰层初期利用高压高温气体对膨胀膜不断的进行膨胀和收缩循环，利用气体热量及气室体积规律性变形除掉薄冰，破坏结冰形成的基础，以此达到防冰除冰。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种斜拉索智能防冰除冰系统，它包括信息采集模块、除冰包裹层和气体驱动装置；信息采集模块与结冰传感器、湿度传感器、张力传感器、压力传感器和空气温度传感器电连接；除冰包裹层包裹在斜拉索外部，并与气体驱动装置通过送风通道连接；气体驱动装置位于桥面箱梁之上。

上述的湿度传感器安装于桥面箱梁上和主塔顶端与斜拉索连接处，主塔顶端与斜拉索连接处还安装有视频监控，桥面湿度传感器和空气温度传感器所收集的数值相结合，用以预测斜拉索上各区域结冰趋势。