一种用于测试主缆侧向力的试验装置的制作方法

本发明属于悬索桥技术领域，具体涉及一种测试主缆与索鞍间侧向力的试验装置。

背景技术：

作为悬索桥的主要承重结构，主缆通过桥塔顶部的索鞍实现跨间的连续曲线过渡，并同时与索鞍产生摩擦接触关系。为保证全桥结构安全，主缆与索鞍间不能发生相对滑移，也即要求主缆与索鞍间的摩擦力不能小于索鞍两侧的主缆力差，因此抗滑摩擦力的准确计算至关重要。

根据库伦摩擦定律可知，摩擦力的计算条件是明确接触面间的作用力。由于索鞍鞍槽的底面为圆弧形，因此承担轴向力的主缆在通过索鞍时，会在鞍槽底面产生径向力；同时又由于鞍槽的侧限作用，也会在鞍槽侧面产生相当的侧向力。目前，主缆径向力的计算简单明确，但尚缺乏可靠的主缆侧向力计算方法，而针对主缆侧向力的试验测试则更为匮乏，这直接导致主缆侧面摩擦力难以准确计算与充分利用。

随着桥梁建设的进一步发展，多塔悬索桥应运而生，该桥型通过增加中间桥塔的方式实现超长的跨越能力，被公认为跨越海湾、海峡等宽阔水域的理想桥型。然而，对于多塔悬索桥而言，当中塔一侧满载、另一侧空载时，中塔索鞍两侧的主缆力差将相差巨大，而按照现有的索鞍结构形式及忽略主缆侧面摩擦的传统简单化处理方式，往往无法满足主缆的抗滑要求，这已成为多塔悬索桥发展的关键制约因素。

为解决该问题，工程上提出了在索鞍内增设竖向摩擦板的抗滑措施，该措施由于可增加主缆的侧向摩擦面，因此具有理论上的可行性，但若应用于实桥，则仍需以解决侧向力问题为前提条件，这便对开发出合理的主缆侧向力试验装置提出了更为紧迫的现实需求。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于测试主缆侧向力的试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于测试主缆侧向力的试验装置，包括自平衡式台座1、立于自平衡式台座上的索鞍2及被测主缆8的测力及加载机构；索鞍2固定于自平衡式台座1的顶部中央位置处；索鞍2的两个侧壁的中间位置均留有用于安放阵列式测力单元20的竖向卡槽3，竖向卡槽3的尺寸均与阵列式测力单元相匹配；

所述的阵列式测力单元由若干传感元件4通过螺栓5固定于孔板6上而构成阵列形式，竖向布置层数依据平行钢丝7在索鞍2内的排列高度而定，传感元件4直接与平行钢丝7接触以测量对应处的侧向力；

所述的加载装置包括张拉杆10、穿心式千斤顶11及锚固螺母12；张拉杆10穿过穿心式千斤顶11并与被测主缆8两端的索靴9销接，在张拉杆10端部拧紧锚固螺母12。位于自平衡式台座1和锚固螺母12之间的穿心式千斤顶11实现索力加载，由阵列式测力单元20的传感元件4感应平行钢丝7在索鞍2内产生的侧向力。

所述阵列式测力单元20中的传感元件4在纵向至少布置三列。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，设计了可真实反映主缆与索鞍结构特征及受力关系的试验装置及加载方案，提出了阵列式侧向力测试方法，具有传力明确、模型简单以及操作简易等优点。测试结果可为主缆侧面摩擦力的准确计算与充分利用提供必要依据，因此具有显著的科学价值及经济效益。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的整体立面图。

图2是图1的局部俯视图。

图3是图1沿aa方向的截面图。

图4是本发明的阵列式测力单元的示意图。

在图中，1.自平衡式台座，2.索鞍，3.竖向卡槽，4.传感元件，5.螺栓，6.孔板，7.平行钢丝，8.被测主缆，9.索靴，10.张拉杆，11.穿心式千斤顶，12.锚固螺母，20.阵列式测力单元。

具体实施方案

在图1～图4所示的主缆侧向力的试验装置的实施例中，自平衡式台座1置于地面，用于承担试验反力及作为操作平台。索鞍2固定于自平衡式台座1的顶部中央位置，索鞍2的两个侧壁的中间位置留有竖向卡槽3，用于安放阵列式测力单元20，阵列式测力单元20由若干传感元件4通过螺栓5依次固定于孔板6上而组成。为避免“尺寸效应”，传感元件4在纵向至少布置三列，在竖向的布置层数则依据索鞍2内平行钢丝7的排列高度而定。竖向卡槽3的尺寸均与测力单元相匹配，因此可为测力单元提供约束反力，且可保证侧向力直接作用于对应位置处的传感元件4上。另一方面，被测主缆8由大量的平行钢丝7组成，平行钢丝7按照预定的排列方式穿过索鞍2，并在两端由索靴9构成整体。张拉杆10穿过穿心式千斤顶11，并与索靴9销接，张拉杆10的端部设有锚固螺母12。启动穿心式千斤顶11，可对被测主缆8进行张拉加载。

本实施例的具体试验方法为：首先将预定数量的传感元件4通过螺栓5依次固定于孔板6上，从而形成阵列式测力单元，并将该装置嵌入至竖向卡槽3内；按照预定的排列形式，将索鞍2区段的平行钢丝7规则排列并放入鞍槽内；随后，将张拉杆10穿过自平衡式台座1的预留孔洞，并与被测主缆8的索靴9销接；在自平衡式台座1的两端安装穿心式千斤顶11，并使张拉杆10从中穿过；然后，在张拉杆10的端部拧紧锚固螺母12，使其与穿心式千斤顶11顶紧；最后，启动两侧的穿心式千斤顶11，实现预定索力值的加载，此时平行钢丝7便在鞍槽内自产生侧向力，并被阵列式测力单元20不同位置处的传感元件4测得，从而便可得到侧向力的大小及分布模式，进而为相关理论成果的验证提供必要依据。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于测试主缆侧向力的试验装置，索鞍固定于自平衡式台座的顶部中央位置，索鞍的两个侧壁均留有与测力单元相匹配的竖向卡槽。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。平行钢丝由两端索靴构成被测主缆整体并与张拉杆销接，通过穿心式千斤顶实现索力加载，从而使丝股在索鞍内自产生侧向力。本发明传力明确、操作简易，可实时测试不同高度处的侧向力，测试结果可为主缆侧面摩擦力的准确计算与充分利用提供必要依据，因此具有显著的科学价值及经济效益。

技术研发人员：王路;沈锐利;王昌将;白伦华;戴显荣
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2017.06.03
技术公布日：2017.08.29