CN110396929A - 一种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统 - Google Patents

一种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于桥梁建设安全技术领域，具体提供了一种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统，在不改变现有斜拉桥梁的基础上，在斜拉桥拉索套管表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层，并安装加热器以加热涂层。一方面，通过含有石墨烯的涂料本身疏水性可以更好的预防雨水停留在斜拉桥拉索套管表面上；另一方面，利用石墨烯的高导热性能，通过加热涂层便可达到整个涂层升温，从而防止涂层表面的积水结冰。从而避免冻雨天斜拉桥拉索套管表面结冰后融化坠落，保证桥梁上的行车及行人的安全，并有效延长了桥梁的使用寿命。

Description

一种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统
技术领域
本发明属于桥梁建设安全技术领域，具体涉及一种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统。
背景技术
近几年，我国桥梁建设快速发展，斜拉索大桥以其造型优美、建造方便等优点在现代跨江(河)大桥中应用较为普遍，但在长江中下游地区，冬季连续低温雨雪天气，近几年也陆续出现部分桥梁拉索出现结冰、冰凌吊坠等现象。2015年，武汉天兴洲大桥冰凌坠落；2018年1月，鄱阳湖大桥拉索结冰，同年2月，安庆长江大桥桥梁塔索冰层融坠，多辆汽车被砸；今年1月，武汉二七长江大桥、白沙洲大桥均出现冰凌坠落等现象。斜拉桥拉索套管结冰对通行安全造成重大隐患，严重时甚至会引发连环交通事故，造成重大人身财产损失。
桥索套管结冰是特殊气候条件下多种气象因素同时出现时发生的较低概率现象，国内外对此问题的处理仍处于试验研究阶段，没有成熟的工程技术措施用于实际工程。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中斜拉桥拉索套管易结冰的问题。
为此，本发明提供了一种斜拉桥拉索套管防结冰方法，包括：
S1：在斜拉桥拉索套管表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层；
S2：安装加热器以加热表面涂覆有涂层的斜拉桥拉索套管。
优选地，所述步骤S1具体包括：在斜拉桥拉索套管顶端安装滑轮、底端滑动连接喷涂单元以及在桥梁柱上固定牵引单元，牵引单元通过收放绕过所述滑轮的牵引绳以控制喷涂单元沿着所述斜拉桥拉索套管上下滑动；
所述喷涂单元在沿着所述斜拉桥拉索套管上下滑动的同时将含有石墨烯的涂料喷涂在所述斜拉桥拉索套管的外表面上。
优选地，所述步骤S2之后还包括：在斜拉桥拉索套管上安装温度传感器及湿度传感器，所述温度传感器及湿度传感器均与加热器的控制器电连接。
优选地，所述步骤S1之后且在步骤S2之前还包括：利用毛刷对涂层表面的积水进行清扫。
本发明还提供了一种斜拉桥拉索套管防结冰系统，包括用于对斜拉桥拉索套管的表面喷涂以形成涂层的喷涂单元以及用于对所述涂层加热的加热器；
所述喷涂单元包括用于喷涂的喷嘴及涂料盒，所述涂料盒包含混合有石墨烯的涂料，所述喷嘴与所述涂料盒连通；
所述加热器的发热件与所述喷涂连接。
优选地，所述系统还包括牵引绳、安装在斜拉桥拉索套管顶端的滑轮以及固定在桥梁柱上的牵引单元，所述牵引单元包含用于收放所述牵引绳的滚筒机构，所述喷涂单元包括滑动机构，所述喷嘴及涂料盒均安装在所述滑动机构上，所述滑动机构与所述斜拉桥拉索套管滑动连接；
绕过所述滑轮的牵引绳的两端分别与所述滑动机构及所述滚筒机构连接。
优选地，所述滑动机构包括多个万向滚珠以及扣设于所述斜拉桥拉索套管上的固定环，多个所述万向滚珠均布安装于所述固定环上，且多个所述万向滚珠与所述斜拉桥拉索套管滚动连接。
优选地，所述固定环包括至少两块半月板，所述半月板两端通过螺栓连接。
优选地，所述万向滚珠至少为3个。
优选地，所述喷涂单元还包括用于清洁所述斜拉桥拉索套管表面积水的毛刷，所述毛刷沿着所述斜拉桥拉索套管环形均布的安装在所述滑动机构上。
本发明的有益效果：本发明提供的这种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统，在不改变现有斜拉桥梁的基础上，在斜拉桥拉索套管表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层，并安装加热器以加热涂层。一方面，通过含有石墨烯的涂料本身疏水性可以更好的预防雨水停留在斜拉桥拉索套管表面上；另一方面，利用石墨烯的高导热性能，通过加热涂层便可达到整个涂层升温，从而防止涂层表面的积水结冰。从而避免冻雨天斜拉桥拉索套管表面结冰后融化坠落，保证桥梁上的行车及行人的安全，并有效延长了桥梁的使用寿命。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统的结构示意图；
图2是本发明斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统的喷涂单元结构示意图；
图3是本发明斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统的喷涂单元带有毛刷的结构示意图。
附图标记说明：喷涂单元1，牵引绳2，斜拉桥拉索套管3，加热器4，滑轮5，牵引单元6，毛刷7，万向滚珠8，涂料盒9，固定环10，绳孔11，喷嘴12，插杆13。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供了一种斜拉桥拉索套管防结冰方法，其特征在于，包括：
S1：在斜拉桥拉索套管3表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层；
S2：安装加热器4以加热表面涂覆有涂层的斜拉桥拉索套管3。
由此可知，在既有斜拉桥拉索套管的基础上进行喷涂以形成涂层，喷涂的涂料中包含有石墨烯，然后在安装加热器对涂层进行加热以达到斜拉桥拉索套管防结冰的目的。其中，石墨烯是纳米材料中厚度最小、强度最大的种类。由于石墨烯吸光率很低，只有2.3％，所以外观几乎是完全透明的，不影响桥梁的美观。石墨烯物理性能优异，导热性能高达5300W/(m·K)，超过比碳纳米管和金刚石。
石墨烯涂料的漆膜中含有一定数量的石墨烯，可以使漆膜散热面积大幅增加，有助于漆膜表面和内部热量的散发，使得内外温度趋于一致，通过加热器的作用便可对涂层进行加热保温的作用，防止表面结冰。由于石墨烯涂料具有很好的机械性能、耐腐蚀性和耐老化性，同时还具有表面疏水性，所以在许多条件严苛的使用环境中通常使用石墨烯涂料作为部件的散热涂料。
本发明的有益效果：本发明提供的这种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统，在不改变现有斜拉桥梁的基础上，在斜拉桥拉索套管表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层，并安装加热器以加热涂层。一方面，通过含有石墨烯的涂料本身疏水性可以更好的预防雨水停留在斜拉桥拉索套管表面上；另一方面，利用石墨烯的高导热性能，通过加热涂层便可达到整个涂层升温，从而防止涂层表面的积水结冰。从而避免冻雨天斜拉桥拉索套管表面结冰后融化坠落，保证桥梁上的行车及行人的安全，并有效延长了桥梁的使用寿命。
优选的方案，在斜拉桥拉索套管3顶端安装滑轮5、底端滑动连接喷涂单元1以及在桥梁柱上固定牵引单元6，牵引单元6通过收放绕过所述滑轮5的牵引绳2以控制喷涂单元1沿着所述斜拉桥拉索套管3上下滑动；
所述喷涂单元1在沿着所述斜拉桥拉索套管3上下滑动的同时将含有石墨烯的涂料喷涂在所述斜拉桥拉索套管3的外表面上。
由此可知，如图1所示，喷涂单元1滑动安装在斜拉桥拉索套管3上，牵引绳2在牵引单元6的带动下，将喷涂单元1从斜拉桥拉索套管3的底端拉直顶端，与此同时，喷涂单元1对斜拉桥拉索套管3的表面进行喷涂。
优选的方案，所述步骤S2之后还包括：在斜拉桥拉索套管3上安装温度传感器及湿度传感器，所述温度传感器及湿度传感器均与加热器4的控制器电连接。由此可知，控制器通过传感器的信息来控制加热器4的加热时间及温度。
优选的方案，所述步骤S1之后且在步骤S2之前还包括：利用毛刷7对涂层表面的积水进行清扫。喷涂完成后，再利用毛刷进行清扫，有利于更好的去除表面积水。
本发明实施例还提供了一种斜拉桥拉索套管防结冰系统，包括用于对斜拉桥拉索套管3的表面喷涂以形成涂层的喷涂单元1以及用于对所述涂层加热的加热器4；
所述喷涂单元1包括用于喷涂的喷嘴12及涂料盒9，所述涂料盒9包含混合有石墨烯的涂料，所述喷嘴12与所述涂料盒9连通；
所述加热器4的发热件与所述喷涂连接。
如图1及图2所示，既有斜拉桥具有斜拉桥拉索套管3及支撑柱，斜拉桥拉索套管3顶端连接支撑柱顶端，斜拉桥拉索套管3底端与桥面连接。喷涂单元1贯穿于斜拉桥拉索套管3上，且可以在斜拉桥拉索套管3上下滑动，滑轮5安装在斜拉桥拉索套管3的顶端，牵引绳2绕过滑轮5并分别连接在牵引单元6及喷涂单元1上，牵引单元6包含滚筒机构，滚筒机构正反向旋转便可对牵引绳2进行收放，牵引绳2一般是钢丝绳。具体地，喷涂单元1位于斜拉桥拉索套管3的底端，此时滚筒机构开始旋转将牵引绳2收纳，牵引绳2带动喷涂单元1沿着斜拉桥拉索套管3向上滑动，同时，喷涂单元1上的喷嘴12开始对斜拉桥拉索套管3的表面进行喷涂，直至喷涂单元1运动至斜拉桥拉索套管3的顶端停止喷涂，喷涂的原料是混合有一定比例的石墨烯的涂料。由于石墨烯具有非常好的超疏水性，喷涂完成后的斜拉桥拉索套管3的表面通过一层带有石墨烯的涂料进行保护，雨水难以在喷涂的表面进行停留，从而避免了结冰，起到了很好的预防结冰的作用。
石墨烯的导热系数高达5300W/(m·K)，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯改性散热涂料使其具有高的热导率，同时石墨烯的高比表面积使其充分填充在涂层中，增大了涂层散热表面积。石墨烯改性散热涂料能够长期在高温下工作，耐磨抗冲击性强，具有很好的耐候性、耐盐雾、耐酸碱、耐光照老化等性能。
其中，牵引单元6安装在桥面上或者支撑柱的底端，其一般是滚筒结构，属于现有技术，在此不再赘述。
优选的方案，所述滑动机构包括多个万向滚珠8以及扣设于所述斜拉桥拉索套管3上的固定环10，多个所述万向滚珠8均布安装于所述固定环10上，且多个所述万向滚珠8与所述斜拉桥拉索套管3滚动连接。由此可知，如图2所示，固定环10成圆形结构，斜拉桥拉索套管3穿过固定环10中心，固定环10上安装有三个万向滚珠8，三个万向滚珠8沿着斜拉桥拉索套管3周向均匀布置，通过三角稳定结构将固定环10可滑动的抵接在斜拉桥拉索套管3上，喷涂单元1通过万向滚珠8滚动便可实现相对于斜拉桥拉索套管3的上下运动，其中，向上运动通过滚筒收线，向下运动可以通过喷涂单元1的重力作用自动下滑，此时滚筒相应的放线即可。其中，万向滚珠8安装在插杆13的一端，插杆13插接于固定环10上，插杆13的另一端设有绳孔11，牵引绳2穿过绳孔11并打结进行固定即可。
优选的方案，所述固定环10包括至少两块半月板，所述半月板两端通过螺栓连接。由此可知，半月板可拆卸连接方便固定环10的拆装于所述斜拉桥拉索套管3上。
优选的方案，万向滚珠8至少为3个。多个万向滚珠8可以更好的稳定喷涂单元1。
优选的方案，多个所述喷嘴12均布安装于所述固定环10上。多个喷嘴12均布形式一方面可以全面的将斜拉桥拉索套管3的表面进行喷涂，避免遗漏区域，另一方面，均布形式可以保证斜拉桥拉索套管3的表面的喷涂均匀。
优选的方案，所述自动喷涂机构包括与所述喷嘴12一一对应的涂料盒9，各所述涂料盒9与所述喷嘴12之间通过电控阀门连接。由此可知，如图2所示，每个喷嘴12对应一个涂料盒9，涂料盒9里填充有含有石墨烯的涂料，喷嘴12上的电控阀门自动控制喷嘴12的开度即可对斜拉桥拉索套管3的表面进行喷涂。通过控制器控制阀门的开度即阀门开闭的时间长度均属于现有技术，在此不再赘述。
优选的方案，所述防结冰系统还包括两个加热器4，两个所述加热器4固定安装在所述斜拉桥拉索套管3的两端，所述喷涂单元1位于两个所述加热器4之间。由此可知，如图1和图2所示，加热器4连接于斜拉桥拉索套管3的两端，具体连接方式可以是焊接或螺栓连接等等，由于斜拉桥拉索套管3一般为金属，具有导热性，且石墨烯也具有很好的导热性，当喷涂完毕后，安装加热器4，由于石墨烯具有非常好的热传导热性能，加热器4的热量便可通过含有石墨烯的涂料传热防止表面结冰，达到预防结冰的效果。
在其他实施场景中，还可以在喷涂完成后的斜拉桥拉索套管的表面上贴装温、湿度传感器，通过温湿度传感器来检测斜拉桥拉索套管附近的温度及湿度，以此判断是否需要开启加热模式。即能够根据外部气候变化实现对拉索套管的自动除湿、除冰、防冰，保证桥梁结构的安全运营和桥梁车辆的正常通行。
优选的方案，所述喷涂单元1还包括用于清洁所述斜拉桥拉索套管3表面积水的毛刷7，所述毛刷7沿着所述斜拉桥拉索套管3环形均布的安装在所述滑动机构上。由此可知，如图3所示，当喷涂完成后，将喷嘴12拆下，将毛刷7安装上去即可。
优选的方案，所述石墨烯为改性石墨烯，所述改性石墨烯。由此可知，改性石墨烯具有更好的融合特性，防止自身团聚，能更好的融入涂料中。
本发明的有益效果：本发明提供的这种斜拉桥拉索套管防结冰方法及系统，在不改变现有斜拉桥梁的基础上，在斜拉桥拉索套管顶端安装滑轮，在桥上安装滚筒机构，滚筒机构带动牵引绳运动，牵引绳绕过滑轮并带动喷涂单元沿着斜拉桥拉索套管运动，喷涂单元沿着斜拉桥运动的同时对斜拉桥拉索套管表面进行喷涂含有石墨烯的涂料，通过含有石墨烯的涂料本身疏水性可以更好的预防雨水停留在斜拉桥拉索套管表面上，从而避免冻雨天斜拉桥拉索套管表面结冰后融化坠落，保证桥梁上的行车及行人的安全；另一方面，斜拉桥拉索套管不易结冰有效延长了桥梁的使用寿命。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种斜拉桥拉索套管防结冰方法，其特征在于，包括：
S1：在斜拉桥拉索套管(3)表面喷涂含有石墨烯的涂料以形成涂层；
S2：安装加热器(4)以加热表面涂覆有涂层的斜拉桥拉索套管(3)。
2.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索套管防结冰方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：在斜拉桥拉索套管(3)顶端安装滑轮(5)、底端滑动连接喷涂单元(1)以及在桥梁柱上固定牵引单元(6)，牵引单元(6)通过收放绕过所述滑轮(5)的牵引绳(2)以控制喷涂单元(1)沿着所述斜拉桥拉索套管(3)上下滑动；
所述喷涂单元(1)在沿着所述斜拉桥拉索套管(3)上下滑动的同时将含有石墨烯的涂料喷涂在所述斜拉桥拉索套管(3)的外表面上。
3.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索套管防结冰方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括：在斜拉桥拉索套管(3)上安装温度传感器及湿度传感器，所述温度传感器及湿度传感器均与加热器(4)的控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索套管防结冰方法，其特征在于，所述步骤S1之后且在步骤S2之前还包括：利用毛刷(7)对涂层表面的积水进行清扫。
5.一种斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：包括用于对斜拉桥拉索套管(3)的表面喷涂以形成涂层的喷涂单元(1)以及用于对所述涂层加热的加热器(4)；
所述喷涂单元(1)包括用于喷涂的喷嘴(12)及涂料盒(9)，所述涂料盒(9)包含混合有石墨烯的涂料，所述喷嘴(12)与所述涂料盒(9)连通；
所述加热器(4)的发热件与所述喷涂连接。
6.根据权利要求5所述的斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：所述系统还包括牵引绳(2)、安装在斜拉桥拉索套管(3)顶端的滑轮(5)以及固定在桥梁柱上的牵引单元(6)，所述牵引单元(6)包含用于收放所述牵引绳(2)的滚筒机构，所述喷涂单元(1)包括滑动机构，所述喷嘴(12)及涂料盒(9)均安装在所述滑动机构上，所述滑动机构与所述斜拉桥拉索套管(3)滑动连接；
绕过所述滑轮(5)的牵引绳(2)的两端分别与所述滑动机构及所述滚筒机构连接。
7.根据权利要求6所述的斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：所述滑动机构包括多个万向滚珠(8)以及扣设于所述斜拉桥拉索套管(3)上的固定环(10)，多个所述万向滚珠(8)均布安装于所述固定环(10)上，且多个所述万向滚珠(8)与所述斜拉桥拉索套管(3)滚动连接。
8.根据权利要求7所述的斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：所述固定环(10)包括至少两块半月板，所述半月板两端通过螺栓连接。
9.根据权利要求7所述的斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：所述万向滚珠(8)至少为3个。
10.根据权利要求5所述的斜拉桥拉索套管防结冰系统，其特征在于：所述喷涂单元(1)还包括用于清洁所述斜拉桥拉索套管(3)表面积水的毛刷(7)，所述毛刷(7)沿着所述斜拉桥拉索套管(3)环形均布的安装在所述滑动机构上。
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