CN109778666B - 斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置及施工方法。该装置包括锚定结构，设于锚定结构上的斜拉索结构，与斜拉索结构连接的加热机构，与斜拉索结构连接的拉索检测机构；加热机构包括设于斜拉索结构上的加热体，与加热体连接的加热电源，与加热电源连接的加热控制器；锚定结构包括与斜拉桥主梁或塔柱连接的套筒结构，套设于套筒结构中的锚定主体结构，斜拉索结构端部穿过套筒结构、并固设于锚定主体结构上；拉索检测机构包括与斜拉索结构和加热控制器连接的应力检测传感器和位移检测传感器。本发明提供的方案，在精准的施工阶段对斜拉桥主梁节段悬臂浇筑与拼装吊装和张拉时，可减小因温度因素对斜拉桥主梁合龙时存在的线形误差。

Description

斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建设技术领域，特别是涉及一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置及斜拉桥合龙施工方法。

背景技术

斜拉桥由斜拉索、塔柱、主梁和桥面系组成，荷载经主梁传给斜拉索、再由斜拉索传到塔柱，形成支承体系受拉，塔柱主梁受压的特大跨桥梁结构体系。特别是在跨越峡谷、海湾、大江、大河等不易修筑桥墩的地方架设大跨径的特大桥梁时，斜拉桥是首选的桥型之一。一直以来，在斜拉桥悬臂浇筑与悬臂拼装吊装施工中，实现斜拉桥无应力状态自然精准合龙，是斜拉桥施工控制的理想目标。

在传统技术中，在斜拉桥悬臂浇筑和吊(拼)装施工过程中，对斜拉索的张拉相对于放张容易，一般采用斜拉索并通过锚具和夹片拉住主梁节段逐段悬臂浇筑与吊(拼)装施工，张拉过程中通过增加斜拉索拉力，拉紧悬浇或悬拼节段，并使其稳定。但是，当线形与预设线形有偏差时，则需要对斜拉索拉力进行调整，补张以增大拉力，放张以减小拉力。当斜拉索需要放张时，这种状态会存在很大的安全隐患，因此对斜拉索的张拉相对于放张容易。然而，在精准的施工阶段进行主梁节段悬浇与悬拼和张拉时，由于各种因素的影响，特别是在温度控制因素的影响下，会带来制造和安装线形误差，使得斜拉桥主梁悬臂浇筑或悬臂拼装施工过程中实施放索减小拉力的难度较大，会造成主梁合龙时存在较大的线形误差等问题。

发明内容

基于此，本发明提供一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置及斜拉桥合龙施工方法，在精准的施工阶段对斜拉桥主梁节段悬臂浇筑与拼装吊装和张拉时，可减小因温度因素对斜拉桥主梁合龙时存在的线形误差。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，包括设于斜拉桥主梁或塔柱上的锚定结构，设于所述锚定结构上的斜拉索结构，与所述斜拉索结构连接的加热机构，以及与所述斜拉索结构连接的拉索检测机构；

所述加热机构包括设于所述斜拉索结构上的加热体，与所述加热体连接的加热电源，以及与所述加热电源连接的加热控制器；

所述锚定结构包括与斜拉桥主梁或塔柱连接的筒状的套筒结构，以及套设于所述套筒结构中的锚定主体结构，所述斜拉索结构端部穿过所述套筒结构、并固设于所述锚定主体结构上；

所述拉索检测机构包括与所述斜拉索结构连接的应力检测传感器和位移检测传感器，所述应力检测传感器和所述位移检测传感器与所述加热控制器连接。

可选地，所述锚定结构包括设于所述套筒结构和锚定主体结构之间的绝缘隔离结构；

所述锚定主体结构包括套设于所述套筒结构一端的筒状的锚杯，以及设于所述锚杯内部的锚定板；所述绝缘隔离结构隔设于所述锚杯与所述套筒结构之间，所述斜拉索结构一端穿设于所述锚杯中、并固定于所述锚定板上。

可选地，所述斜拉索结构包括多根绞合成束的钢绞线或平行钢丝索，多根所述钢绞线或所述平行钢丝索均穿设于所述锚杯中、并固定于所述锚定板上，所述加热体与所述钢绞线或所述平行钢丝索导热设置。

可选地，所述加热体包括全长贯通所述斜拉索结构、并与所述钢绞线或所述平行钢丝索导热接触的至少一根加热丝，所述加热丝均与所述加热电源连接。

可选地，所述加热机构还包括设于所述斜拉索结构上的温度传感器，所述温度传感器与所述加热控制器连接。

此外，本发明还提出一种斜拉桥合龙施工方法，包括如下步骤：

通过加热机构对斜拉索结构进行加热使其温度升高，调整斜拉桥的两悬臂主梁之间的合龙口高差，使合龙口合龙后的空间位置与设计无应力状态合龙位置一致；

吊装(拼装拼接)合龙段主梁至两侧的悬臂主梁之间的合龙口处，实施无应力状态下合龙；或悬臂浇筑合龙段，待混凝土强度达到设计标号后，完成斜拉桥无应力合龙。

可选地，在通过加热机构对斜拉索结构进行加热使其温度升高前，还包括如下步骤：

在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构，并设置与斜拉索结构连接的加热机构和拉索检测机构；

测量斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁的位置误差，根据测量的位置误差判断是否需要对斜拉索结构进行调整。

可选地，在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构，并设置与斜拉索结构连接的加热机构和拉索检测机构时，还包括如下步骤：

预先将加热机构的加热体设于斜拉索结构上，并连接温度传感器、应力检测传感器、位移检测传感器于斜拉索结构上；

在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构时，分别通过锚定结构挂装斜拉索结构的两端于悬臂主梁和塔柱上，并张拉斜拉索结构达到预定拉力，稳定挂拉住悬臂箱梁。

可选地，在测量斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁的位置误差，根据测量的位置误差判断是否需要对斜拉索结构进行调整时，还包括如下步骤：

测量斜拉桥合龙段两侧的悬臂主梁的轴线、高程、坐标与长度误差；

当需要对斜拉索结构的索力进行放张以减小位置误差时，按照预设公式计算斜拉索结构应力应变所需的升温值，并通过加热控制器控制加热电源对加热体加热至所述升温值；

所述预设公式为：

式中α为钢绞线的线膨胀系数，为1.2×10E-5/℃，Δt为温度的变化量；Ep为斜拉索结构的钢绞线或平行钢丝索的弹性模量，取值1.95×10E5N/mm²；A为钢绞线或平行钢丝索的横截面积总和。

可选地，还包括如下步骤：

在对两端的悬臂主梁实施无应力状态下进行合龙时和完成合龙后，通过温度传感器、应力检测传感器、位移检测传感器对斜拉索结构的温度、应力应变和索力、位移进行监测。

本发明提出的技术方案中，根据斜拉索结构在温度变化时可实现热胀冷缩的原理特性，在斜拉桥悬臂浇筑或悬臂拼装节段的斜拉索结构上设置加热机构，以电热力转换原理，实现与斜拉桥合龙温度的精准控制配合，解决合龙中无法解决的正误差放索减小拉力的问题，解决了低于最佳合龙温度的自然合龙温度的协调配合问题。此外，可以以张拉方式调整负误差和高温合龙问题，基本上可以实现最佳合龙温度补偿无应力状态下精准合龙，确保斜拉桥合龙施工质量和安全。

而且，由于斜拉桥的斜拉索结构、斜拉桥主梁、塔柱都是良好的导电体，对斜拉索结构的加热必将传递到斜拉桥主梁和塔柱上，使之无法单独实现对斜拉索结构的导电加热。因此，本申请通过设置绝缘隔离结构，对斜拉索结构与斜拉桥主梁(或塔柱)进行绝缘隔离，可对斜拉索结构单独实现导电加热，不会使得对斜拉索结构的加热传递到斜拉桥主梁和塔柱上。因此，可使斜拉桥的斜拉索结构与斜拉桥主梁或塔柱的主体钢结构(或钢筋混凝土及预应力混凝土)隔离，起到绝缘作用；而且，由于斜拉索结构的风振都会带来斜拉桥主梁抖振，通过设置绝缘隔离结构可以防止抖振过程中斜拉桥主梁与用于固定斜拉索结构的锚杯之间发生硬碰撞，避免二者因碰撞带来的损伤；通过设置绝缘隔离结构，还可使得在斜拉桥施工的斜拉索结构安装过程中使索体相对索导管位置尽可能居中，为后期橡胶垫块和将军帽安装提供保证。

而且，通过设置与斜拉索结构连接的拉索检测机构和加热控制器，可实现斜拉桥悬臂施工张拉应力数据测量、传导和控制作用，使施工监控数据控制和传导更加精准；实现斜拉桥悬臂施工的精准安全线形调整与精准安全无应力自然状态下的合龙；实现斜拉桥长期健康观测数据测量和传导，精准掌握斜拉桥使用阶段结构应力应变、温度、加速度、以及性能衰变情况，以便制定预防性养护应对和应急方案，确保斜拉桥结构长期安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置(设置于斜拉桥主梁上时)的结构示意简图；

图2为图1的局部A的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的斜拉索结构的两端设于锚定结构上时的结构示意简图；

图4为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的锚定结构的立体结构示意简图；

图5为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的锚定结构的前视结构示意简图；

图6为图5的C-C截面的剖视结构示意简图；

图7为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的绝缘隔离结构的立体结构示意简图；

图8为本发明实施例所述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的斜拉索结构的横截面结构示意简图；

图9为本发明实施例所述斜拉桥合龙施工方法的步骤流程示意简框图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	斜拉桥主梁	20	连接座
100	锚定结构	110	套筒结构
				120	锚杯	130	锚垫板
140	螺母	150	绝缘隔离结构
				152	绝缘套主体	154	绝缘套环体
160	锚定板	170	拉索套管
				200	斜拉索结构	210	钢绞线
220	保护套	300	加热机构
				310	加热电源	320	加热体
330	加热控制器	340	温度传感器

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明提出一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，包括设于斜拉桥主梁10或塔柱上的锚定结构100，设于该锚定结构100上的斜拉索结构200，以及与该斜拉索结构200连接的加热机构300。利用锚定结构100可将斜拉索结构200的端部固设于斜拉桥主梁10悬臂箱体上或塔柱上，而利用加热机构300可以对斜拉索结构200进行加热，以升高斜拉索结构200的温度使其达到预设温度，待斜拉索结构200受热升温使得悬臂状态的主梁稳定后，对合龙口实施无应力状态下合龙。这样，可解决现有现有的挂斜拉桥悬臂浇筑与拼装施工过程中存在实施放索减小拉力的方案难度大，造成合龙时较大的线形误差等问题。

具体地，上述加热机构300包括设于斜拉索结构100上的加热体320，与加热体320连接的加热电源310，以及与加热电源310连接的加热控制器330。通过加热控制器330可以控制加热电源310对加热体310进行加热，使得加热体310发热，从而对斜拉索结构200进行加热，使斜拉索结构200的温度升高。而且，如图2至图6所示，上述锚定结构100可包括与斜拉桥主梁10或塔柱连接的筒状的套筒结构110，套设于该套筒结构110中的锚定主体结构，以及设于套筒结构110和锚定主体结构之间的绝缘隔离结构150，上述斜拉索结构200端部穿过套筒结构110、并固设于锚定主体结构上。通过锚定主体结构可对斜拉索结构200端部进行定位和固定，而套筒结构110可对斜拉索结构200的端部和锚定主体结构进行固定和防护，同时可将斜拉索结构200固定到斜拉桥主梁10或塔柱上。而且，通过设于套筒结构110和锚定主体结构之间的绝缘隔离结构150，可以将锚定主体结构、斜拉索结构200、设于斜拉索结构200上的加热体320与套筒结构110以及与套筒结构110连接的斜拉桥主梁10或塔柱进行绝缘隔离，避免在对斜拉索结构200进行加热的过程中，使得套筒结构110以及与套筒结构110连接的斜拉桥主梁10或塔柱导电。而且，通过在套筒结构110和锚定主体结构之间设置绝缘隔离结构150，还可在二者之间形成缓冲隔离，使得斜拉索结构200在产生风振时，能够避免斜拉索结构带动锚定主体结构与套筒结构110及斜拉桥主梁10或塔柱之间产生直接碰撞，避免二者因碰撞带来的损伤。

进一步地，上述锚定主体结构可包括套设于套筒结构110一端的筒状的锚杯120，以及设于锚杯120内部的锚定板160，绝缘隔离结构150隔设于锚杯120与套筒结构110之间，斜拉索结构200一端穿设于锚杯120中、并固定于锚定板160上。斜拉索结构200的端部可通过中空的套筒结构110的一端穿设到套筒结构110的另一端，并与套设在套筒结构110的另一端的锚杯120连接，而套筒结构110可通过连接座20连接固定于斜拉桥主梁10或塔柱上。而且，斜拉索结构200会穿设于中空的锚杯120中，并与设置在中空的锚杯120一端的锚定板160固定连接，从而将斜拉索结构200的端部固设在锚杯120中的锚定板160上。而且，绝缘隔离结构150可设于锚杯120与套筒结构110之间，对锚杯120和套筒结构110进行绝缘隔离，即可对固设于锚杯120的锚定板160上的斜拉索结构200与套筒结构110以及与套筒结构110连接的斜拉桥主梁10或塔柱进行绝缘隔离。此外，为了便于将斜拉索结构200的端部连接设于锚杯120中设置的锚定板160，还可在斜拉索结构200的端部设置拉索套管170，可使斜拉索结构200的端部穿过拉索套管170，并将拉索套管170套设于锚杯120的端部，从而便于通过拉索套管170将斜拉索结构200的端部套装固定在锚杯120中。

而且，上述绝缘隔离结构150可包括套设于锚杯120外的主绝缘护套，套筒结构110套设于主绝缘护套外，主绝缘护套绝缘隔离锚杯120和套筒结构110。绝缘隔离结构150的主绝缘护套隔设于锚杯120与套筒结构110之间，可从设置锚杯120的一端对套筒结构110和锚杯120进行绝缘隔离。而且，上述套筒结构110可包括套设于锚杯120外的环状锚垫板130，以及与锚垫板130抵接的筒状套筒主体，上述主绝缘护套可套设于锚杯120与锚垫板130之间、并伸入到套筒主体中。即主绝缘护套可穿设于锚垫板130的内圈中并伸入到套筒主体内，从而使锚杯120与锚垫板130及套筒主体绝缘隔离。而且，锚垫板130的内圈直径小于套筒主体的内径，锚垫板130的外圈直径大于套筒主体的外径。从而使得锚垫板130可正常套设在锚杯120外，并使得锚垫板130的外圈直径大于套筒主体的内径，使得锚垫板130可卡设在套筒主体的一端而不会进入套筒主体内部。此外，上述锚垫板130可与套筒主体相互独立设置，即将二者分开设置，二者可相互移动；也可将二者设置为一体，即将锚垫板130固设于套筒主体的端部，二者不可相互移动。此外，锚垫板130的内圈直径可与套筒主体的内径相同，可使得主绝缘护套套设于锚垫板130和套筒主体内时，可直接与锚垫板130内圈和套筒主体内壁接触；锚垫板130的内圈直径也可小于套筒主体的内径，可使得主绝缘护套套设于锚垫板130和套筒主体内时，可直接与锚垫板130的内圈接触，但是不与套筒主体的内壁接触。

此外，上述锚定主体结构还可包括套设于锚杯120外的螺母140，该螺母140一端面与锚垫板130的端面之间对应。锚杯120的外周面上设置有外螺纹，可与螺母140螺纹配合，这样通过拧动螺母140对锚杯120进行紧固，从而将斜拉索结构200张紧。此外，通过调节螺母140，还可对斜拉索结构200的张紧度进行调整。而且，如图7所示，上述主绝缘护套可包括套设于锚杯120外、并伸入到套筒主体中的筒状绝缘套主体152，以及设于绝缘套主体152一端、并抵设于锚垫板130外侧端面上的绝缘套环体154，绝缘套环体绝缘隔离螺母140与锚垫板130。这样，可使得主绝缘护套的绝缘套主体152对锚杯120与套筒主体及锚垫板130之间进行绝缘隔离，而通过主绝缘护套的绝缘套环体154对螺母140和锚垫板130进行绝缘隔离，同时还可将绝缘套环体154作为螺母140的连接垫圈，可使螺母140与锚垫板130之间的连接更加紧密可靠。此外，上述绝缘套主体152可与绝缘套环体154设为一体，也可将二者分开设置。而且，还可使得绝缘套主体152的内径和绝缘套环体154的内圈直径相同。

而且，上述绝缘套主体152的内径和绝缘套环体154的内圈直径均可略大于锚杯120外径，而绝缘套主体152的外径可略小于锚垫板130的内圈直径，而绝缘套环体154的外圈直径可大于锚垫板130的内圈直径。这样，可使得主绝缘护套的绝缘套主体152和绝缘套环体154与锚杯120之间形成一定的间隙，使得主绝缘护套可相对锚杯120进行转动，具有良好的吸震作用。而且，在本实施例中，上述绝缘套主体152可与绝缘套环体154设为一体，并通过使得绝缘套环体154的外圈直径大于锚垫板130的内圈直径，可使得绝缘套环体154抵设于锚垫板130的端面处，不会沿着锚杯120的轴线方向移动，即不会进入套筒主体中而失去对锚垫板130和螺母140的绝缘隔离作用。此外，在本实施例中，还可使得绝缘套主体的内径和绝缘套环体的内圈直径均大于锚杯外径0.5mm～1mm，而绝缘套主体152的外径小于锚垫板130的内圈直径0.5mm～1mm，且绝缘套环体154的外圈直径与锚垫板130的内圈直径相同。此外，可使得绝缘套主体152和绝缘套环体154的的厚度不超过5mm，既可以起到良好的绝缘隔离作用，也不会影响套筒结构110与锚杯120的装配配合；而绝缘套主体152的长度可根据实际需要进行设计。

此外，也可使得绝缘套主体152的内径和绝缘套环体154的内圈直径均可略小于锚杯120外径，而绝缘套主体152的外径可略大于锚垫板130的内圈直径，而绝缘套环体154的外圈直径可大于锚垫板130的内圈直径。这样，可使得绝缘套主体152及绝缘套环体154与锚杯120之间过盈配合，绝缘套主体152与锚垫板130之间也过盈配合，使得主绝缘护套可紧密地卡设在锚杯120和锚垫板130之间，并使其一侧端面抵紧于锚垫板130的外侧端面(指锚垫板130背对套筒主体的端面)。

此外，上述绝缘隔离结构150还可包括套设于斜拉索结构200和套筒结构110之间的辅绝缘护套，辅绝缘护套和主绝缘护套分别位于套筒结构110两端，斜拉索结构200穿过套筒结构110一端的辅绝缘护套、并伸入到套筒结构110另一端内套设的锚杯120中。通过在套筒结构110的另一端设置辅绝缘护套，可从套筒结构110的两端对斜拉索结构200和套筒结构110进行绝缘隔离，使得对斜拉索结构200的绝缘隔离效果更佳。而且，该辅绝缘护套的结构可与主绝缘护套的结构类似，也可包括套设于套筒主体内的辅绝缘套主体，以及设于辅绝缘套主体端部的辅绝缘套环体，而斜拉索结构200穿过辅绝缘套主体和辅绝缘套环体，且辅绝缘套环体抵设于套筒主体的端面位置处，避免整个辅绝缘护套滑入套筒主体中。而且，可使辅绝缘护套的内径大于斜拉索结构200的外径，并使辅绝缘套主体的外径略大于套筒主体的内径，可使辅绝缘护套与斜拉索结构之间具有间隙，不影响斜拉索结构的摆动，并使辅绝缘护套嵌设于套筒主体中而不易与套筒主体松脱；此外，也可使辅绝缘护套的内径略小于斜拉索结构200的外径，并使辅绝缘套主体的外径小于套筒主体的内径，可使辅绝缘护套紧密套设于斜拉索结构200上不易松脱，并使辅绝缘护套与套筒主体之间具有间隙，也不影响斜拉索结构200的摆动。此外，还可将主绝缘护套和辅绝缘护套均设置为开口环结构，便于对二者进行更换。

此外，如图8所示，上述斜拉索结构200可包括多根(包括两根及两根以上)绞合成束的钢绞线210(或平行钢丝索)，多根钢绞线210(或平行钢丝索)均穿设于锚杯120中、并固定于锚定板160上，而上述加热机构300的加热体320与钢绞线(或平行钢丝索)210导热设置。这样，加热机构300通过对加热体320进行加热，使加热体320发热，就可对斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)进行导热，从而可对斜拉索结构200进行加热，使其温度升高。而且，上述加热体320可包括全长贯通斜拉索结构200、并与钢绞线210(或平行钢丝索)导热接触的至少一根加热丝，每根加热丝均与加热电源310连接。即可使得加热体320沿着斜拉索结构200的延伸方向同步延伸，使得加热体310对斜拉索结构200的加热更加均匀可靠，使得斜拉索结构200的在延伸方向上温度均匀，应力变化也更加均匀。而且，加热体320可包括一根加热丝，也可包括多根加热丝。而且，除了将加热体320贯设于斜拉索结构200中外，也可将加热体320并排设于斜拉索结构200外，或者将加热体320围设于斜拉索结构200外。

而且，上述加热丝可设置为斜拉索结构200中的钢绞线(或平行钢丝索)中的一根，即可以将加热丝直接设置为斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)中的一部分，从而可以直接利用加热电源310对斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)进行导电加热。此外，也可将加热丝与斜拉索结构200中的钢绞线210(或平行钢丝索)相互独立设置，即利用加热电源310对加热丝进行加热，从而对斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)进行间接加热。在本实施例中，选择设置独立的加热丝对斜拉索结构200进行加热，并使加热丝设置于斜拉索结构200中，且位于多根钢绞线210(或平行钢丝索)之间，可对加热丝旁边的钢绞线210(或平行钢丝索)进行加热。进一步地，上述加热丝可设为金属丝或碳纤维丝。而且，金属丝可设为铁铬铝、镍铬等合金金属丝，这种合金丝的抗氧化性能一般都较强，使得斜拉索结构200的耐氧化性得到了提高。而当加热丝采用碳纤维丝时，可以利用碳纤维丝的轻便性，可降低斜拉索结构200的的重量，提高了安装斜拉索结构200的便捷性。

进一步地，上述斜拉索结构200还可包括裹设于每束钢绞线(或平行钢丝索)210外的绝缘膜，不仅可以对多根钢绞线210(或平行钢丝索)之间进行绝缘隔离，还可对钢绞线210(或平行钢丝索)与加热丝之间进行绝缘隔离，使得加热丝和加热电源310之间的回路不会因为裸露的钢绞线210(或平行钢丝索)加热而导致加热丝被短路，而导致加热丝的阻值降低以使得斜拉索结构200产生局部过度加热、而局部未被加热现象的发生，进而使得对斜拉索结构200的温控补偿更加均匀可靠。而且，在本实施例中，上述绝缘膜可设置为PE(Polyethylene，聚乙烯)膜，即在每束钢绞线210外均套设PE膜进行绝缘保护，同时不会对钢绞线210(或平行钢丝索)产生隔热而降低了对钢绞线210(或平行钢丝索)的加热效果。此外，还可将绝缘膜设置为其他的塑料薄膜。此外，还在加热丝外也裹设PE膜进行绝缘保护。这样，通过在斜拉索结构200与加热丝之间设置绝缘结构，并结合上述的在套设在斜拉索结构200外的锚杯120与套筒结构110之间设置绝缘结构，可以进一步加强斜拉索结构200与斜拉桥主梁10(或塔柱)之间的绝缘性能，使得对斜拉索结构200的导电导热加热，只限于斜拉索结构200本身，而不至于使斜拉桥主梁10或塔柱同时导电导热加热而使斜拉索结构200温度线形误差补偿合龙控制失效、甚至造成触电等事故。

此外，上述加热机构300还可包括设于斜拉索结构200上的温度传感器340，该温度传感器340与加热控制器330连接。通过设于斜拉索结构200上的温度传感器340，可以实时获取斜拉索结构200的温度，以检测斜拉索结构200是否达到合适的加热温度。具体地，上述温度传感器340可设为表贴式测温传感器，可贴设于斜拉索结构200外表面。进一步地，该表贴式测温传感器可为铂热电阻，其阻值会随着温度的变化而改变。当铂热电阻在零摄氏度时其阻值为固定值，其阻值会随着温度上升而成匀速增长。该表贴式测温传感器可紧贴钢绞线(或平行钢丝索)设置，加热控制器330可通过表贴式测温传感器的输出信号获得较为接近钢绞线210(或平行钢丝索)内部的温度值，使得对斜拉索结构200的温度测量精准可靠，从而使得加热丝对斜拉索结构200的加热温度精准可靠。

此外，上述锚定板160上可开设通过孔，该通过孔内可设有绝缘管，该绝缘管可用于穿入和锚固斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)和加热丝。而且，具体的锚固方式可为螺栓固定或焊接固定等固定方式。该绝缘管的设置可具有如下作用：一是绝缘，使金属丝或碳纤维材料的加热丝在通电情况下，与其它部位的结构之间不会通电，以保证加热后的钢绞线(或平行钢丝索)的升温及伸长效果；二是减振，斜拉索结构200在自然环境及风荷载作用下，会产生自由振动和强迫振动，会使斜拉索结构200的钢绞线210(或平行钢丝索)与锚定板160之间发生碰撞，长期碰撞会使钢绞线210(或平行钢丝索)损伤和疲劳，通过绝缘管隔离锚定板160和钢绞线210(或平行钢丝索)，可减少振动对钢绞线210(或平行钢丝索)带来的损伤和疲劳。

因此，本申请通过设置绝缘隔离结构150，对斜拉索结构200与斜拉桥主梁10(或塔柱)进行绝缘隔离，可对斜拉索结构200单独实现导电加热，不会使得对斜拉索结构200的加热传递到斜拉桥主梁10和塔柱上。因此，可使斜拉桥的斜拉索结构200与斜拉桥主梁10或塔柱的主体钢结构(或钢筋混凝土及预应力混凝土)隔离，起到绝缘作用；而且，由于斜拉索结构200的风振都会带来斜拉桥主梁10抖振，通过设置绝缘隔离结构200可以防止抖振过程中斜拉桥主梁10与用于固定斜拉索结构200的锚杯120之间发生硬碰撞，避免二者因碰撞带来的损伤；通过设置绝缘隔离结构150，还可使得在斜拉桥施工的斜拉索结构200安装过程中使索体相对索导管位置尽可能居中，为后期橡胶垫块和将军帽安装提供保证。

此外，如图8所示，上述斜拉索结构200的外周还可套设保护套220。该保护套220可通过在钢绞线210(或平行钢丝索)和加热丝外裹设保温材料形成，使其具有保温作用。通过设置具有保温作用的保护套220，可使得加热丝对斜拉索结构加热过程中的热量可得到充分利用，避免加热丝发出的热量过多地散发到空气中，从而可节省对电能的消耗，节约了能源。

此外，上述斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置还可包括与斜拉索结构200连接的拉索检测机构，可实时对斜拉索结构200的应力应变、位移等进行监测。而且，该拉索检测机构可包括与斜拉索结构200连接的应力检测传感器和位移检测传感器，应力检测传感器和位移检测传感器与加热控制器连接。这样，通过应力检测传感器和位移检测传感器分别对斜拉索结构200的应力应变、位移等进行检测，再结合设于斜拉索结构200上的温度传感器340，可以对斜拉索结构200的温度进行实时监测，从而可以加热控制器330对控制加热电源310对加热体进行加热，使斜拉索结构200达到合适的温度时，其应力应变及位移达到要求，以减少斜拉索结构200连接的斜拉桥的两悬臂主梁之间的合龙口高差，使合龙口合龙后的空间位置与设计无应力状态合龙位置一致，以便对合龙段实时无应力合龙。

此外，如图9所示，结合上述的斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，本发明还提出一种斜拉桥合龙施工方法，包括如下步骤：

步骤S100、通过加热机构300对斜拉索结构200进行加热使其温度升高，调整斜拉桥的两悬臂主梁之间的合龙口高差，使合龙口合龙后的空间位置与设计无应力状态合龙位置一致；

步骤S200、吊装(拼装拼接)合龙段主梁至两侧的悬臂主梁之间的合龙口处，实施无应力状态下合龙；或悬臂浇筑合龙段，待混凝土强度达到设计标号后，完成斜拉桥无应力合龙。

而且，在步骤S100中，还包括如下步骤：

步骤S110、在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构200，并设置与斜拉索结构200连接的加热机构300和拉索检测机构；

步骤S120、测量斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁的位置误差，根据测量的位置误差判断是否需要对斜拉索结构200进行调整。

进一步地，在步骤S110中，还包括如下步骤：

步骤S112、预先将加热机构300的加热体320设于斜拉索结构200上，并连接温度传感器340、应力检测传感器、位移检测传感器等检测机构于斜拉索结构200上；可预先将加热丝制作的加热体320贯穿设于斜拉索结构200的钢绞线210或平行钢丝索中，也可将一根或多根钢绞线210或平行钢丝索直接作为加热体，与加热电源310及加热控制器330连接在一起；同时，可将温度传感器340设置于斜拉索结构200外表面上，用于检测斜拉索结构200的温度；同时，还可将应力检测传感器和位移检测传感器设于斜拉索结构200上，用于检测斜拉索结构200的应力应变及位移，从而便于检测斜拉索结构200的拉索索力及斜拉桥主梁10位移；

而且，在设置加热体320于斜拉索结构200上，以及连接温度传感器340、应力检测传感器、位移检测传感器于斜拉索结构200上时，可仅在合龙口一侧的斜拉桥的悬臂主梁上设置，也可在合龙口两侧的悬臂主梁均设置；当仅在合龙口一侧的斜拉桥的悬臂主梁上设置时，可先将合龙口另一侧的悬臂主梁固定；

步骤S114、在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构200时，分别通过锚定结构100挂装斜拉索结构200的两端于斜拉桥的悬臂主梁和塔柱上，并张拉斜拉索结构200达到预定拉力，稳定挂拉住悬臂主梁。即可通过套筒结构110将锚杯120套设并连接于与斜拉桥主梁或塔柱固定的连接座20上，并使斜拉索结构200穿入锚杯120中，并利用锚定板160将斜拉索结构200的端部卡设于锚杯120中、以对斜拉索结构200进行固定；而且，在利用锚定板160对斜拉索结构200进行固定的过程中，可以对斜拉索结构200的拉力进行调整，使其达到预定拉力；此外，还可通过设于锚杯120上的螺母140对斜拉索结构200的拉力进行调整；预定拉力的设置，可将斜拉索结构200及斜拉桥主梁的悬臂主梁粗调至目标位置，减小了后续精调的时间。

同时，还可在锚杯120和套筒结构110之间设置绝缘隔离结构150对二者进行绝缘隔离，具体结构可参见上述对斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置的描述。通过设置绝缘隔离结构150，可对斜拉索结构200和斜拉桥主梁10(或塔柱)进行绝缘隔离，避免对斜拉索结构200进行加热时导致斜拉桥主梁10和塔柱导电；同时，通过设置绝缘隔离结构150，可以在斜拉索结构200和套筒结构110之间形成缓冲，可减小或避免斜拉索结构200在产生风振时对斜拉桥主梁10和塔柱直接形成冲击。

而且，在上述步骤S120中，还包括如下步骤：

步骤S122、测量斜拉桥合龙段两侧的斜拉桥主梁的悬臂主梁的轴线、高程、坐标与长度误差。即可按照要求进行中跨合龙前悬臂主梁的梁段标高、偏位、温度、索力、塔柱应力、悬臂主梁应力等等信息的测量，并提前进行全桥联测，以获取合龙段两侧的斜拉桥主梁的悬臂主梁的轴线、高程、坐标与长度误差，以便后续修正标高及线形而便于进行合龙。

例如，悬臂主梁的梁段标高与偏位可采用全站仪测量，温度由梁段上所贴的温度型振弦式应变计(即温度传感器)直接读取，索力、塔柱应力、悬臂箱梁应力也可由埋设的振弦式应变计(即应力检测传感器)直接读取数值后，再进行计算。

通过测量相应的误差情况，便于合龙前根据全桥联测情况对悬臂主梁的各种误差进行适当修正，以保证合龙段顺利安装。其中，悬臂主梁标高及线形误差可通过调整索力予以调整，而悬臂主梁的轴线偏位可通过合龙口宽度纵向调整装置的不均匀顶推及合龙口焊缝锁定装置进行调整，而合龙缝两端悬臂主梁梁段平面位置偏差可通过张拉合龙缝斜向交叉拉结的钢绞线予以调整。

步骤S124、当需要对斜拉索结构200的索力进行放张以减小位置误差时，按照预设公式计算斜拉索结构200应力应变所需的升温值，并通过加热控制器330控制加热电源310对加热体320加热至所述升温值。即需要对悬臂主梁标高及线形误差进行调整时，可通过调整斜拉索结构200的拉索索力实现。而当需要对斜拉索结构200的索力进行放张以减小位置误差时，可按照需要的索力调整值对斜拉索结构200进行升温，升温前按照预设公式计算斜拉索结构200达到预定索力时的升温值。

而且，所述预设公式为：

式中α为钢绞线的线膨胀系数，为1.2×10E-5/℃，Δt为温度的变化量；Ep为斜拉索结构的钢绞线或平行钢丝索的弹性模量，取值1.95×10E5N/mm²；A为钢绞线或平行钢丝索的横截面积总和。

通过加热控制器330控制加热电源310对加热体320加热至所述升温值后，斜拉索结构200在经过加热后会伸长，并会使自身张力减小，就可以降低被斜拉索结构200拉住的悬臂主梁的高度，直至合龙口两侧的悬臂主梁高度达到设计目标值，以减小甚至消除合龙时的线形误差，便于后续实施无应力状态下合龙。这样，就可解决现有的斜拉桥悬臂浇筑或悬臂拼装(吊装)施工方法存在实施放索减小索力的方案难度大，造成合龙时较大的线形误差等问题。

此外，在上述步骤S200中，还包括如下步骤：

待斜拉索结构200受热升温至所述升温值并稳定后，并使得使合龙口合龙后的空间位置与设计无应力状态合龙位置一致后，吊装(拼装拼接)合龙段主梁至两侧的悬臂主梁之间的合龙口处，实施无应力状态下合龙；或悬臂浇筑其合龙段，待混凝土强度达到设计标号后，完成斜拉桥无应力合龙。

即可通过悬臂浇筑梁段高程和坐标的设置无应力自然合龙状态位置，可利用悬臂拼装梁段的吊车将合龙段主梁吊至合龙口附近，由于合龙口两侧的悬臂主梁的线形位置误差调至较小，此时将合龙段主梁放入合龙口，以进行合龙段主梁与悬臂主梁的合龙连接。而且，对于钢梁主梁，可通过焊接或高强螺栓连接等方式将合龙段主梁与悬臂主梁连接，在连接的过程中，不需要施加应力矫形，即实现了无应力状态下的合龙段主梁的安装，大大提高了合龙段主梁与悬臂主梁的线形精准性和施工效率；此外，对于混凝土主梁，则首先连接预埋连接钢筋或预应力筋或钢板，再通过现浇湿接缝混凝土，待混凝土达到强度后，即实现了无应力状态自然合龙。

而且，在上述斜拉桥合龙施工方法中，还包括如下步骤：

步骤S300、在对两端的悬臂主梁实施无应力状态下进行合龙时和完成合龙后，通过温度传感器、应力检测传感器、位移检测传感器对斜拉索结构的温度、应力应变和索力、位移进行监测。通过设置与斜拉索结构连接的拉索检测机构和加热控制器，可实现斜拉桥悬臂施工张拉应力数据测量、传导和控制作用，使施工监控数据控制和传导更加精准；实现斜拉桥悬臂施工的精准安全线形调整与精准安全无应力自然状态下的合龙；实现斜拉桥长期健康观测数据测量和传导，精准掌握斜拉桥使用阶段结构应力应变、温度、加速度、以及性能衰变情况，以便制定预防性养护应对和应急方案，确保斜拉桥结构长期安全。

下面以某斜拉大桥为例进行说明，该斜拉大桥最大悬臂阶段中跨侧共17对斜拉索结构，分别对16对斜拉索结构升温10℃及对17#索(斜拉索结构)升温1℃、10℃、20℃进行分析，斜拉索结构的索力变化及斜拉桥主梁位移计算结果如下表1-1：

表1-1斜拉索结构升温静力工况分析结果统计表

由上表可以看出，斜拉索结构随温度上升，越靠近塔柱预应力损失越大，而斜拉桥主梁位移变化越不明显。通过对17#索不同升温的计算分析可以看出，斜拉桥主梁位移变化随温度变化为线性变化。综合上述分析，选取17#索升温对合龙口进行调节最为合适。

通过静力分析可得出等效17#斜拉索结构升温10℃的配重荷载为17#索(斜拉索结构)位置配重80kN，其主梁悬臂最前端位移为27mm。按80kN对合龙口进行配重，配重等效加载中心为17#索对应的主梁位置，可通过计算分析得出合龙后解除80kN配重主梁位移变化及解除配重前后索力变化。详见下表1-2两种方式合龙后索力对比表。

表1-2两种方式调整合龙口合龙前后索力对比表(单位：kN)

从以上分析可以看出，斜拉索结构升温可以达到常规配重方式精确合龙的效果，其合龙后解除临时升温与解除配重的主梁位移变化基本一致；而且，还可以看出，两种方式过程中索力虽有不同，但是合龙后解除临时升温与解除配重后的索力基本一致，除16#、17#索相差4kN左右外，其余索力均在1kN以内。综上所述，利用斜拉索升温方式调整合龙口相对高差进行斜拉桥主梁合龙方案可行，其达到的效果与利用常规配重方式合龙基本一致。

本发明提出的技术方案中，根据斜拉索结构在温度变化时可实现热胀冷缩的原理特性，在斜拉桥悬臂浇筑或悬臂拼装节段的斜拉索结构上设置加热机构，以电热力转换原理，实现与斜拉桥合龙温度的精准控制配合，解决合龙中无法解决的正误差放索减小拉力的问题，解决了低于最佳合龙温度的自然合龙温度的协调配合问题。此外，可以以张拉方式调整负误差和高温合龙问题，基本上可以实现最佳合龙温度补偿无应力状态下精准合龙，确保斜拉桥合龙施工质量和安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，其特征在于，包括设于斜拉桥主梁或塔柱上的锚定结构，设于所述锚定结构上的斜拉索结构，与所述斜拉索结构连接的加热机构，以及与所述斜拉索结构连接的拉索检测机构；

所述加热机构包括设于所述斜拉索结构上的加热体，与所述加热体连接的加热电源，以及与所述加热电源连接的加热控制器；

所述锚定结构包括与斜拉桥主梁或塔柱连接的筒状的套筒结构，以及套设于所述套筒结构中的锚定主体结构，所述斜拉索结构端部穿过所述套筒结构、并固设于所述锚定主体结构上；

所述拉索检测机构包括与所述斜拉索结构连接的应力检测传感器和位移检测传感器，所述应力检测传感器和所述位移检测传感器与所述加热控制器连接；

所述锚定结构包括设于所述套筒结构和锚定主体结构之间的绝缘隔离结构；

所述锚定主体结构包括套设于所述套筒结构一端的筒状的锚杯，以及设于所述锚杯内部的锚定板；所述绝缘隔离结构隔设于所述锚杯与所述套筒结构之间，所述斜拉索结构一端穿设于所述锚杯中、并固定于所述锚定板上。

2.根据权利要求1所述的斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，其特征在于，所述斜拉索结构包括多根绞合成束的钢绞线或平行钢丝索，多根所述钢绞线或所述平行钢丝索均穿设于所述锚杯中、并固定于所述锚定板上，所述加热体与所述钢绞线或所述平行钢丝索导热设置。

3.根据权利要求2所述的斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，其特征在于，所述加热体包括全长贯通所述斜拉索结构、并与所述钢绞线或所述平行钢丝索导热接触的至少一根加热丝，所述加热丝均与所述加热电源连接。

4.根据权利要求3所述的斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，其特征在于，所述加热机构还包括设于所述斜拉索结构上的温度传感器，所述温度传感器与所述加热控制器连接。

5.一种斜拉桥合龙施工方法，涉及如权利要求1至4中所述的斜拉索索力传感与温度线形控制补偿装置，其特征在于，包括如下步骤：

通过加热机构对斜拉索结构进行加热使其温度升高，调整斜拉桥的两悬臂主梁之间的合龙口高差，使合龙口合龙后的空间位置与设计无应力状态合龙位置一致；

吊装合龙段主梁至两侧的悬臂主梁之间的合龙口处，实施无应力状态下合龙；或悬臂浇筑合龙段，待混凝土强度达到设计标号后，完成斜拉桥无应力合龙。

6.如权利要求5所述的斜拉桥合龙施工方法，其特征在于，在通过加热机构对斜拉索结构进行加热使其温度升高前，还包括如下步骤：

在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构，并设置与斜拉索结构连接的加热机构和拉索检测机构；

测量斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁的位置误差，根据测量的位置误差判断是否需要对斜拉索结构进行调整。

7.如权利要求6所述的斜拉桥合龙施工方法，其特征在于，在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构，并设置与斜拉索结构连接的加热机构和拉索检测机构时，还包括如下步骤：

预先将加热机构的加热体设于斜拉索结构上，并连接温度传感器、应力检测传感器、位移检测传感器于斜拉索结构上；

在斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁上安装斜拉索结构时，分别通过锚定结构挂装斜拉索结构的两端于悬臂主梁和塔柱上，并张拉斜拉索结构达到预定拉力，稳定挂拉住悬臂主梁。

8.如权利要求6所述的斜拉桥合龙施工方法，其特征在于，在测量斜拉桥合龙口两侧的悬臂主梁的位置误差，根据测量的位置误差判断是否需要对斜拉索结构进行调整时，还包括如下步骤：

测量斜拉桥合龙段两侧的悬臂主梁的轴线、高程、坐标与长度误差；

当需要对斜拉索结构的索力进行放张以减小位置误差时，按照预设公式计算斜拉索结构应力应变所需的升温值，并通过加热控制器控制加热电源对加热体加热至所述升温值；

所述预设公式为：

式中α为钢绞线的线膨胀系数，为1.2×10E-5/℃，Δt为温度的变化量；Ep为斜拉索结构的钢绞线或平行钢丝索的弹性模量，取值1.95×10E5N/mm²；A为钢绞线或平行钢丝索的横截面积总和；N为斜拉索结构的放张后索力与原索力的差值。

9.如权利要求7所述的斜拉桥合龙施工方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在对两端的悬臂主梁实施无应力状态下进行合龙时和完成合龙后，通过温度传感器、应力检测传感器、位移检测传感器对斜拉索结构的温度、应力应变和索力、位移进行监测。

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