CN106770481A - 桥梁吊索监测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁吊索监测传感器，包括固定于吊索顶部拱肋的传感器固定机构和固定于吊索下侧的非接触式位移计固定机构，非接触式位移计固定机构所固定的非接触式位移计向上无摩擦插入传感器固定机构所固定的传感本体元件内。本发明通过实时监测吊索两端锚固点间的距离得出不同的数据信号，进而来评判吊索的安全状态，无需与吊索进行直接接触，避免对吊索造成二次损坏；可以对整根吊索、整个断面、全部病害进行检测评价；检测结果稳定，受外界因素干扰较小，提高了桥梁索力测量的稳定性和可靠性；安装方便、成本不高，适合大范围推广。

Description

桥梁吊索监测传感器

技术领域

本发明涉及桥梁安全监测技术领域，具体涉及一种桥梁吊索监测传感器。

背景技术

缆索系统作为长大跨径桥梁的主要承重结构，一旦出现损伤，将降低结构的使用性和耐久性，并且可能造成桥梁结构发生灾难性的突发破坏事故。在实际应用中虽然考虑了缆索保护措施，但是因为缆索的损伤而导致桥梁进行大规模的维修甚至最终破坏的例子比比皆是。国内、外断索统计表明，桥梁拉索的寿命不长，国内多座索体系桥梁在运营了3～16年期间，发生了拉索破断或由于损伤严重进行缆索拆换甚至桥梁拆除。

缆索检测有人工检测和无损检测两种方式。目前的缆索检测仍以人工检测为主，其仅能对缆索系统的外观损伤进行检测，无法在不破坏索体防护的前提下对缆索内部的锈蚀断丝情况进行检查判别，因此存在以下几点不足：

1）不足以满足对缆索腐蚀、断丝进行早期预警和发现的要求；

2）通过破损检测对缆索防护系统造成严重损害；

3）难以实现索体全长的全面检测；

4）人工破损检查费时费力、代价高昂。

对于无损检测，目前已经有一种在不破坏桥梁吊索的前提下进行检测的系统，其主要是包括机械爬行系统和图像采集系统。该方法中的机械爬行系统包括隔板，隔板中间开有供吊索穿过的通孔，隔板顶面设置有夹紧装置，底面设置有两组爬行装置；夹紧装置包括至少两个围绕吊索设置的夹紧组件，夹紧组件包括推拉构件及安装于推拉构件上的夹紧轮，推拉构件能够调整对应夹紧轮与吊索之间的距离；图像采集系统主要用于拍摄吊索外表面的图像。

该检测系统主要存在的缺点：

1）通过推拉构件与夹紧轮夹持吊索，由于在每次检测前均需调整夹紧轮与吊索之间的距离，且不同桥梁吊索直径不同，因此该距离难以控制，有可能发生夹紧轮与吊索之间的相对滑动或者卡死，使得检测装置难以稳定行走；

2）该套系统主要是对桥梁吊索的外观缺陷进行监测，而大多数拱桥发生破坏主要是因为吊索内部存在断丝或锈蚀情况，因此如何能够很好地检测桥梁吊索的断丝锈蚀情况就显得尤为重要。

另外还有在吊索上安装各类传感器的检测系统，例如磁通量传感器、压力传感器、光纤光栅传感器等。其中磁通量传感器基于磁弹效应制成，用于铁磁构件的应力无损检测，该检测装置测量到的磁通量是一个静态绝对电压值，随着时间的推移，这个电压值会由于磁通量传感器内部线圈及其它电子元器件的老化而引起数据漂移。因此便需要对该套检测装置重新进行现场标定，相应的也会造成成本的增加和数据处理的难度。压力传感器测定方法的精度相对较高，但是使用时必须与千斤顶配合使用，因此该方法适用于施工阶段的索力测试。另外，压力传感器测定法还存在动态响应差，寿命短，价格昂贵等缺点。光纤光栅传感器布置在拉索内，使智能筋与拉索内钢丝同步变形，适用于平行钢丝索、钢绞线拉索索力（或应力应变）的长期监测。其虽然具有抗干扰能力强、体积小、重量轻、灵敏度高等优点，但是未经特殊处理的光纤光栅很脆弱，直接布设于缆索中很容易被破坏。因此上述方法在桥梁检测工程上应用存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种桥梁吊索监测传感器，克服现有技术中存在的缺陷。

本发明所采用的技术方案为：

桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

包括固定于吊索顶部拱肋的传感器固定机构和固定于吊索下侧的非接触式位移计固定机构；

非接触式位移计固定机构所固定的非接触式位移计向上无摩擦插入传感器固定机构所固定的传感本体元件内。

传感器固定机构包括上锚固件、上钢管元件和内管元件；

上钢管元件垂直焊接于上锚固件的下表面，内管元件向上插入上钢管元件并通过螺纹方式连接，传感本体元件通过焊接方式固定于内管元件。

非接触式位移计固定机构包括下锚固件和下钢管元件；

下钢管元件垂直焊接于下锚固件的上表面，下钢管元件上管口设置有堵头板，非接触式位移计通过螺纹方式与堵头板相固定。

上钢管元件底端外部通过螺纹方式安装有外套保护管，下钢管元件顶端向上插入外套保护管；

传感本体元件和非接触式位移计均位于外套保护管内。

传感本体元件的通讯数据线位于传感本体元件的顶部，自上钢管元件上开设的圆孔伸出。

上锚固件和下锚固件上均设置有用于安装锚固螺栓的螺纹孔。

本发明具有以下优点：

1）无需与吊索进行直接接触，避免对吊索造成二次损坏；

2）可以对整根吊索、整个断面、全部病害进行检测评价；

3）检测结果稳定，受外界因素干扰较小，提高了桥梁索力测量的稳定性和可靠性；

4）安装方便、成本不高，适合大范围推广。

附图说明

图1为吊索监测传感器结构图。

图2为传感器固定机构结构图。

图3为外套保护管结构示意图。

图4为传感本体元件结构图。

图5为非接触式位移计固定机构结构图。

图6为上锚固件和下锚固件的平面图。

图中，1-上钢管元件，2-圆孔，3-内管元件，4-外套保护管，5-传感本体元件，6-非接触式位移计，7-堵头板，8-下钢管元件，9-上锚固件，10-下锚固件，11-锚固螺栓，12-通讯数据线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种桥梁吊索监测传感器，包括固定于吊索顶部拱肋的传感器固定机构和固定于吊索下侧的非接触式位移计固定机构。非接触式位移计固定机构所固定的非接触式位移计6向上无摩擦插入传感器固定机构所固定的传感本体元件5内。

所述传感器固定机构包括上锚固件9、上钢管元件1和内管元件3。上钢管元件1垂直焊接于上锚固件9的下表面，内管元件3向上插入上钢管元件1并通过螺纹方式连接，传感本体元件5通过焊接方式固定于内管元件3。

所述非接触式位移计固定机构包括下锚固件10和下钢管元件8。下钢管元件8垂直焊接于下锚固件10的上表面，下钢管元件8上管口设置有堵头板7，非接触式位移计6通过螺纹方式与堵头板7相固定。

上钢管元件1底端外部通过螺纹方式安装有外套保护管4，下钢管元件8顶端向上插入外套保护管4，传感本体元件5和非接触式位移计6均位于外套保护管4内。

传感本体元件5的通讯数据线12位于传感本体元件5的顶部，自上钢管元件1上开设的圆孔2伸出。

上锚固件9和下锚固件10上均设置有用于安装锚固螺栓11的螺纹孔。

桥梁上每时每刻的通车量不同，而桥梁的设计荷载保持不变，所以在不同车流量的情况下，吊索的长度将会发生伸缩变化；当桥上有重载车辆通过或者车流量较大时，吊索两端锚固点间的距离将会增大，此时非接触式位移计6伸入到传感本体元件5中的长度将会缩短，由此产生的电阻将会减小。即非接触式位移计6伸入到传感本体元件5中长度的不同，会使得传感本体元件5所产生的电阻大小发生变化；伸入长度越长，产生的电阻越大，伸入长度越短，产生的电阻越小。而由于电阻的不同，会使得传感本体元件5得出不同的检测信号，该检测信号通过信号采集端口输入到数据采集单元，最后经A/D转换器后输入计算机，经计算机处理后便可以得到吊索检测结果。因此本发明的主要工作原理是：通过实时监测吊索两端锚固点间的距离得出不同的数据信号，进而来评判吊索的安全状态。

本发明的安装包括以下步骤：

1、将上锚固件9与吊索顶部旁边的拱肋连接；

2、将上钢管元件1与上锚固件9焊接固定；

3、将内管元件3与上钢管元件1采用螺纹连接；

4、将传感本体元件5与内管元件3进行点焊固定，其中传感本体元件5的数据线从上钢管元件1上直径为7mm的圆孔2穿出；

5、将下锚固件10用锚固螺栓11固定于吊索下侧，且保证其与上锚固件9在同一条竖直线上；

6、将外套保护管4套在下钢管元件8上，且将下钢管元件8底部与下锚固件10进行焊接；

7、将非接触式位移计6伸入到传感本体元件5下端的小孔中，并将非接触式位移计6下端与堵头板7采用螺纹连接；注：非接触式位移计6与传感本体元件5的内壁无摩擦

8、将外套保护管4与上钢管元件1采用螺纹连接。

注：需保证吊索检测传感器竖直，且控制其距吊索的水平距离在15cm-20cm之间。

各部件的性能要求如下：

1、传感器固定机构与吊索具有相同的弹性模量，保证其与吊索能够协调变形；同时还起到固定传感本体元件5的作用，保证传感本体元件5在工作中不受外界因素的扰动。

2、非接触式位移计固定机构需保证与传感器固定机构紧密连接，防止雨水进入传感器内部，且要求其材质良好，不易发生锈蚀，能够起到对传感器很好的保护作用。

3、非接触式位移计固定机构与吊索具有相同的弹性模量，保证其与吊索能够协调变形；同时还起到固定非接触式位移计6的作用，保证非接触式位移计6在工作中不受外界因素扰动。

具体检测流程包括以下步骤：

第一步：通过线盘引入桥塔的市电给仪器供电，检查设备情况并识别现场电源噪音，供电较稳定，噪音对检测无影响。

第二步：在不拆除外PE保护套的条件下，将传感器安装在待测吊索旁，跟距吊索两端锚固点间距离的变化，传感器会返回不同的检测信息。

第三步：检测信息通过信号采集端口输入到数据采集单元，经其中的A/D转换器后输入计算机，经计算机处理后得到吊索检测结果。

第四步：对于存在异常信号的吊索，结合吊索的实际结构判断分析异常信号的原因，在去除结构导致的异常情况下，再进行判断分析吊索的损伤位置和损伤程度。

第五步：数据保存整理。对于有历史检测数据的吊索可通过历史数据差分对比分析进行进一步分析，如无历史数据则跳过。

第六步：根据检测数据，编制吊索损伤检测报告。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

包括固定于吊索顶部拱肋的传感器固定机构和固定于吊索下侧的非接触式位移计固定机构；

非接触式位移计固定机构所固定的非接触式位移计（6）向上无摩擦插入传感器固定机构所固定的传感本体元件（5）内。

2.根据权利要求1所述的桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

传感器固定机构包括上锚固件（9）、上钢管元件（1）和内管元件（3）；

上钢管元件（1）垂直焊接于上锚固件（9）的下表面，内管元件（3）向上插入上钢管元件（1）并通过螺纹方式连接，传感本体元件（5）通过焊接方式固定于内管元件（3）。

3.根据权利要求2所述的桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

非接触式位移计固定机构包括下锚固件（10）和下钢管元件（8）；

下钢管元件（8）垂直焊接于下锚固件（10）的上表面，下钢管元件（8）上管口设置有堵头板（7），非接触式位移计（6）通过螺纹方式与堵头板（7）相固定。

4.根据权利要求3所述的桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

上钢管元件（1）底端外部通过螺纹方式安装有外套保护管（4），下钢管元件（8）顶端向上插入外套保护管（4）；

传感本体元件（5）和非接触式位移计（6）均位于外套保护管（4）内。

5.根据权利要求4所述的桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

传感本体元件（5）的通讯数据线（12）位于传感本体元件（5）的顶部，自上钢管元件（1）上开设的圆孔（2）伸出。

6.根据权利要求5所述的桥梁吊索监测传感器，其特征在于：

上锚固件（9）和下锚固件（10）上均设置有用于安装锚固螺栓（11）的螺纹孔。