[发明专利]悬索桥主缆与主索鞍动态接触状态监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种悬索桥主缆和主索鞍动态接触状态监测装置及方法，该监测装置包括主索鞍主体、振动加载系统、索力加载系统、应力监测系统、主索鞍总摩擦力监测系统、主缆滑移监测装置；振动加载系统包括索股成型夹具和两个激振器，激振器安装在夹具上，通过激振器的振动来模拟主缆受到的多维力振动。本发明能够实时监测主缆与主索鞍、主缆与隔板以及索股之间的动态接触应力，主缆与主索鞍的总摩擦力，以及主缆的滑移量。测试结果可为主缆底面和侧面摩擦力的准确计算提供一定依据，且本装置可长期使用，具有一定的科学价值与经济效益。

技术领域

本发明涉及悬索桥主缆与主索鞍动态接触状态监测装置及方法，属于悬索桥技术领域。

背景技术

随着社会发展需求的提高，由于大跨度多塔悬索桥既能实现较大的跨越距离，又具有很好的经济效益，故在桥梁建设中越来越受到人们的青睐。大跨度多塔悬索桥由主缆、悬索、锚碇、索塔、桥面系等部分组成，其中主缆为主要承重构件。主缆通过主索鞍的弧形鞍槽实现跨间的曲线过渡，并与鞍槽底部及鞍槽隔板产生摩擦接触关系；主索鞍需同时承受主缆对鞍槽的竖向压力和由主缆挤压产生的侧向压力。

对于主缆：主缆在工作时不仅要承受巨大的拉力，而且还要承受车辆通过时的动载荷和持续多变的风载荷等，此时主缆将承受变载引起的时变动载荷，进而引起主缆在中塔两侧受力不平衡；

同时主缆受到施工时滞留的雨水、外界雨水和水汽的渗入所导致的腐蚀作用，在多种因素的耦合作用下，从而造成主缆与主索鞍发生动态接触与滑移。

主缆和主索鞍在日复一日的动载荷作用下，必定会产生相应的磨损、腐蚀、变形和滑移失效。当这些失效形式达到一定程度时，悬索桥的安全工作状态会受到很大影响，严重时将导致桥梁的断裂和垮塌。因此实时监测主缆和主索鞍的动态接触应力变化规律及其长期工作状态,是确保桥梁安全稳定的关键。

传统的测试传感技术如应变片等基本能满足一般工程上短期监测的需求，但在大跨度多塔悬索桥所处的持续风载荷和水汽腐蚀等恶劣条件下，传统传感技术自身的很多不足导致其很难实现在桥梁上的应用。

因此，提出悬索桥主缆与主索鞍动态接触状态监测装置及方法，用于探究悬索桥主缆索股与鞍槽之间、索股与隔板之间、索股内部的动态接触应力，主缆与主索鞍之间总的摩擦力，以及主缆在主索鞍上的滑移，进一步对悬索桥钢丝绳疲劳损伤的失效机理和寿命预测具有重要的理论指导意义。

悬索桥主缆与主索鞍动态接触实验装置有：

申请号CN201310398365.X提供了一种用于测试主缆侧向力的试验装置。测力单元由若干传感元件通过螺栓固定于孔板而构成阵列形式,传感元件顶面与平行钢丝直接接触以测试对应处的侧向力。但该专利只能对主缆和主索鞍的侧向力进行监测，不能对主索鞍受到的径向力以及主缆在主索鞍内部的摩擦与滑移进行监测；

发明内容

发明目的：

为了克服现有设备和技术的不足，本发明提供一种悬索桥主缆与主索鞍动态接触状态监测装置及方法。本装置可以实时监测主缆在承受动态载荷过程中，主缆索股对主索鞍和隔板的接触应力，以及主缆与主索鞍间的总摩擦力和主缆在主索鞍内部的滑移。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种悬索桥主缆与主索鞍动态接触状态监测装置，包括：

试验台座，试验台座上固定连接有主索鞍；

振动加载机构，用于模拟主缆受到的多维力振动，包括：主缆夹具和激振器，其中，所述主缆夹具固定在主缆上将主缆整形，激振器安装在夹具上；

索力加载机构，用于实现索力加载，包括：穿心式千斤顶和锚固螺母，其中，主缆两端与拉杆销接，拉杆穿过穿心式千斤顶，拉杆另一端用锚固螺母拧紧；