一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置的制作方法

1.本实用新型属于斜桥梁监测技术领域，特别涉及一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置。


背景技术：

2.斜拉桥因其跨越能力大、结构受力合理、造型优美等特点而被广泛运用于交通建设中。而斜拉桥最重要的传力构件就是斜拉索，通常当塔比较矮的情况下，索在塔处往往是贯通的，以此来抵消塔两侧在自身荷载和外荷载下的不平衡力。因此，索塔接触处索体能够自由滑动是确保该类桥梁安全稳定运行的必要条件。然而，由于索体外侧包裹一层保护套、索塔连接处结构复杂等特点，想要监测索与塔之间的相对滑移十分困难。目前，国内外并无相应的技术来监测此内容。为了解决这一问题，本实用新型提出一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置，以实时检测到斜拉桥索与塔之间的相对滑移，从而可在检测到相对滑移较大时及时采取措施，避免发生桥梁安全问题。


技术实现要素：

3.为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
4.一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置，包括位移传感器、dtu、钢夹及柔性钢丝；所述位移传感器安装在塔上，并位于拉索与塔连接处的正上方，所述位移传感器通过dtu连接外设的终端设备；所述位移传感器的测量线固连柔性钢丝的一端，所述柔性钢丝的另一端连接在拉索上，该拉索为靠近所述位移传感器的一根，所述钢夹同时夹持拉索和柔性钢丝以将柔性钢丝固定在拉索上，所述柔性钢丝和位移传感器的测量线处于同一直线上。
5.优选地，所述位移传感器的安装位置距拉索与塔连接处的距离为0.5m
‑
1m。
6.优选地，所述位移传感器为直线位移传感器。
7.优选地，所述柔性钢丝与拉索的连接处距拉索与塔连接处的距离为2m
‑
3m。
8.优选地，所述柔性钢丝的长度为0.2m
‑
0.3m。
9.优选地，所述柔性钢丝通过拉索上开设的孔捆绑连接拉索内部的钢筋。
10.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
11.1、本实用新型提出的一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置，可以实时检测到斜拉桥拉索与塔之间的相对滑移，从而便于在检测到相对滑移较大时及时的采取措施，进而避免斜拉桥发生安全问题。
12.2、本实用新型的测量装置能够适用于多种尺寸的斜拉桥，结构简单，且施工方便，操作便利，具有很高的推广价值。
附图说明
13.图1是本实用新型测量装置安装时的结构示意图。
14.图2是本实用新型的计算模型图，其中，图(a)为初始状态下的示意图，图(b)是发生相对位移后的示意图。
15.主要元件符号说明
16.图中：位移传感器1、测量线2、柔性钢丝3、钢夹4、拉索5、塔6。
17.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
18.请参阅图1，在本实用新型的一种较佳实施方式中，一种测量斜拉桥索与塔相对滑移的测量装置，包括位移传感器1、dtu、钢夹4及柔性钢丝3。所述位移传感器1安装在塔6上，并位于拉索5与塔6连接处的正上方，所述位移传感器1通过dtu连接外设的终端设备。所述位移传感器1的测量线2固连柔性钢丝3的一端，所述柔性钢丝3的另一端连接在拉索5 上，该拉索5为靠近所述位移传感器1的一根，优选使，所述钢夹4同时夹持拉索5和柔性钢丝3以将柔性钢丝3固定在拉索5上，所述柔性钢丝3和位移传感器1的测量线2处于同一直线上。
19.本实用新型通过位移传感器1测量其测量线2拉伸的长度，再综合测试过程均保持不变的柔性钢丝3的长度、斜拉桥拉索5与塔6之间的夹角、位移传感器1在塔6上的安装高度距离拉索5与塔6连接处的高度，利用三角形余弦定理得到拉索5与塔6相对滑移变化前后钢夹4固定点距拉索5与塔6连接处之间的拉索5的长度，通过计算变化前后所得的钢夹4 固定点距拉索5与塔6连接处之间的拉索5的长度变化量，即可以得到斜拉桥索与塔6之间的相对滑移。基于上述测量原理，本实用新型所使用的所述位移传感器1为直线位移传感器 1，该直线位移传感器1将直线机械位移量转换成电信号，可以直接得到测量线2变化的数值，优选选用精度达到0.05％的直线位移传感器1,保证测量精确性。
20.进一步地，在本实用新型中，位移传感器1安装高度不宜过大和过小，若安装过高，后续测量线2初始拉出尺寸相对后续测量线2变化尺寸过大，容易产生大误差，若安装过低，则角度不明显，也容易产生大误差，因此，为了提高测量的准确性，本实施方式使所述位移传感器1的安装位置距拉索5与塔6连接处的距离为0.5m
‑
1m；同样的，为了测量的准确性，柔性钢丝3的长度不宜过大或者过小，若取值过小，柔性钢丝3不易与拉索5、测量线2线相连，也起不到拉索5防腐效果，若取值过大，很难控制在索移动中让柔性钢丝3与线处在一条直线上，造成测量结果不准的后果，因此，本实施方式取所述柔性钢丝3的长度为 0.2m
‑
0.3m；所述柔性钢丝3与拉索5的连接处距拉索5与塔6连接处的距离为2m
‑
3m。
21.此外，需要说明的是，本实用新型使用柔性钢丝3一端与斜拉桥拉索5连接，而不让测量线2与拉索5直接连接的原因是防止拉索5内部钢筋与测量线2连接而直接暴露在空气中，减少拉索5的腐蚀，同时，让测量线2直接与柔性钢丝3一端连接，也方便日后对位移传感器1的更换，也就是，本实用新型的柔性钢丝3在与拉索5连接时，所述柔性钢丝3通过拉索5上开设的孔捆绑连接拉索5内部的钢筋，从而实现柔性钢丝3与拉索5连接。其次，钢夹4的尺寸需要匹配所测量拉索5的尺寸，且耐久性要好。还有，在该测量装置中，位移传感器1所测量的数据通过dtu传递到云端，终端装置通过云端获取数据进行计算，在本实用新型中，dtu(data transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为ip数据或将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备，本实用新型可采用任意与位移传感器1适合的dtu装置，即可将其与位移传感器1接口相连接。
22.基于上述测量装置，本实用新型给出了相应的测量方法，包括如下步骤：
23.步骤一：在拉索5上钻孔，钻孔位置距离拉索5与塔6连接处2m
‑
3m；优选地，钻孔的孔径略大于柔性钢丝3的直径，即，钻孔的尺寸应与柔性钢丝3直径相近，不能过大或过小，因为，孔径过大，拉索5内部钢筋直接接触空气，加快腐蚀，孔径过小，柔性钢丝3与拉索 5连接困难。
24.步骤二：将柔性钢丝3的一端与钻孔位置处的拉索5内部钢筋绑扎，而后用钢夹4加固柔性钢丝3与斜拉桥索连接；优选地，柔性钢丝3与拉索5连接后，在柔性钢丝3与拉索5 的连接处进行密封处理，以避免钻孔出的钢筋暴露在空气中，防止拉索5内钢筋腐蚀过快，其中，密封处理方式可为混凝土密封，也可为其他密封方法。
25.步骤三：在塔6上安装已连接dtu的位移传感器1，安装位置位于拉索5正上方，且距离拉索5与塔6连接处0.5m
‑
1m处，即，位移传感器1安装高度不宜过大和过小，若安装过高，后续测量线2初始拉出尺寸相对后续测量线2变化尺寸过大，容易产生大误差，若安装过低，则角度不明显，也容易产生大误差。需要说明的是，位移传感器1安装在塔6上的方法在本实用新型中并不限定，其只要确保安装牢固，不易脱落即可。
26.步骤四：将位移传感器1中的测量线2拉出，调整角度，使测量线2与柔性钢丝3始终在一条直线上后，将测量线2与柔性钢丝3的另一端连接，测量线2与柔性钢丝3的连接方法在本实用新型中并不限制，其可为绑接方式，也可以为其他方式，只要保证牢固即可。
27.步骤五：测量与柔性钢丝3连接的拉索5与塔6之间的夹角β值；
28.步骤六：位移传感器1和dtu运行，位移传感器1获取测量线2拉伸的初始数值及后期的实时拉伸数据，并通过dtu传送至云端，
29.步骤七：终端设备通过云端获取数据，并利用如下公式计算斜拉桥索与塔6之间的相对滑移b1：
[0030][0031]
式中，
[0032]
a为位移传感器1的安装位置距拉索5与塔6连接处的高度，
[0033]
β为斜拉桥拉索5与塔6之间夹角，
[0034]
c为柔性钢丝3的长度，
[0035]
s1为位移传感器1初始状态下测量线2拉伸的初始数值，
[0036]
s2为拉索5与塔6发生相对位移后，测量线2拉伸的实时数值。
[0037]
针对上述计算公式，其基于上文所说的测量原理得到的，现结合图2，给出本实用新型的具体计算过程：
[0038]
(一)参照图2中的图(a)，首先，先计算初始状态下钢夹4固定点距拉索5与塔6连接处之间的拉索5的长度b，根据三角形余弦定理得，
[0039]
l1＝b2+a2‑
2ab cosβ， (1)
[0040]
其中，l1为初始状态下钢夹4固定点距塔6上位移传感器1之间的距离，l1＝c+s1(2)
[0041]
a为位移传感器1的安装位置距拉索5与塔6连接处的高度，
[0042]
β为斜拉桥拉索5与塔6之间夹角，
[0043]
c为柔性钢丝3的长度，
[0044]
s1为位移传感器1初始状态下测量线2拉伸的初始数值。
[0045]
基于式(1)得到，
[0046][0047]
由于b>0恒成立，且l1a，故有
[0048][0049]
(二)参照图2中的图(b)，计算某一时刻下发生相对滑移后，钢夹4固定点距拉索5 与塔6连接处之间的拉索5的长度b+b1(b1为斜拉桥索与塔6之间的相对滑移)，计算方法同(一)，由此得到，
[0050][0051]
其中，l2为相对滑移后下钢夹4固定点距塔6上位移传感器1之间的距离，l2＝c+s2(6)， s2为拉索5与塔6发生相对位移后，测量线2拉伸的实时数值，也就是位移传感器1显示的数值。
[0052]
基于式(4)和式(5)得到
[0053][0054]
将式(2)和式(6)带入式(7)中，得到斜拉桥索与塔6之间的相对滑移b1：
[0055][0056]
进一步地，考虑到位移传感器1处于室外，由于温度变化会导致位移传感器1的测量线 2和柔性钢丝3的长度发生改变，因此，需要对温度进行修正。设，位移传感器1测量线2 的热膨胀系数为α1，柔性钢丝3的热膨胀系数为α2，某一时刻发生相对滑移后温度较初始状态时变化量为
△
t，则有
[0057]
发生位移后线的伸长量δ1＝s2α1△
t，
[0058]
发生位移后柔性钢丝3的伸长量δ2＝α2c
△
t，
[0059]
即，l2＝c+s2+α1c
△
t+α2s2△
t(9)。
[0060]
将式(2)和式(9)带入式(7)中，得到温度修正后，斜拉桥索与塔6之间的相对滑移 b1的计算公式：
[0061][0062]
上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。