CN111856058A - 一种可固定于拉索的风速仪支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可固定于拉索的风速仪支架，包括固定装置、与固定装置相连的支架组件、位置测试组件和加速度测试组件，所述固定装置包括柔性金属片围成的套箍、镶嵌于金属片内表面的网格状磁体、固定金属片的高强螺栓；所述支架组件包括外伸杆、风速仪支座、与外伸杆端部螺纹配套的螺帽；所述位置测试组件包括位置传感器；所述加速度测试组件包括三向加速度传感器，本发明可固定于拉索上任意位置，且对于与水平面呈任意角度的斜拉索均可保证风速仪竖直，易于控制测点位置，便于除去拉索振动的影响同时获得测点风速与拉索振动的关系，能够更好地测试拉索周围的风场分布特性。

Description

一种可固定于拉索的风速仪支架

技术领域

本发明涉及一种可固定于拉索的风速仪支架，尤其适用于大跨索承桥梁体系的长拉索周围风场的测试，主要应用于土木结构风工程领域。

背景技术

随着土木工程领域设计手段、施工技术的快速发展，大跨索承桥梁的数量不断增多、规模不断扩大，相应结构的柔度呈增大趋势，而风荷载是大多大跨、高柔结构的控制性荷载。特别是在我国东南部，江河密布，经济发达，人口稠密，建设了大量规模庞大、意义非凡的大跨索承桥梁结构，例如，建成后将成为世界第一大跨径的斜拉桥——常泰过江通道主航道桥（主跨将达到1176米），世界上荷载和设计速度均为第一的公铁两用悬索桥——五峰山长江大桥（主跨1092米）。另一方面，由于沿海地区大多为台风多发区，容易受到强风侵袭，例如近年的台风“山竹”、“利奇马”等。在这种情况下，风的监测、研究工作显得尤为重要。而实时监测风特性是获得风荷载特征的最有效手段，准确监测风特性是发展结构风工程的必要条件，对指导设计、施工和维护大跨、高柔结构有着重要作用。

过去风特性的监测数据大多来自于气象局的数据，这些数据为结构风工程的发展提供了极大的助力。但由于专业侧重点的差异，并不能准确得到结构附近精确的风特性数据，尤其考虑到风荷载的随机性、风流场的复杂性，使得对结构关键位置附近风场的监测十分必要。现阶段，已有大量的风速仪投入到了结构附近风特性的监测。为了保证所测数据的准确性，提高所测数据的可信度，对于风速仪的安设位置、稳定性、方向等提出了较高的要求，于是，越来越多便于风速仪放置、利于提高风速仪测风数据准确性的风速仪支架已经投入了应用，例如，满足风速仪固定要求的一种风速仪支架（专利授权号：ZL200810196374.X，发明人：王浩，李爱群，王晨，谢静），用于剔除结构振动影响的一种高精度风速测试支架（专利授权号：ZL201210175818.8，发明人：王浩，周广东，邢晨曦，郭彤），用于调整风速仪高度的一种高处风速仪测量支架（专利授权号：ZL201620671217.X，发明人：王小龙）等，这些支架的应用对风特性的监测工作意义重大。

而对于大跨索承桥梁结构，拉索的风振一直是影响其设计、施工和维护的重要因素。为了更好地分析拉索的风振效应、深入探究拉索振动与其周围风场的关系，实时监测拉索周围的风特性是非常有必要的。现阶段，对于拉索周围风场风特性，往往是通过将风速仪固定在拉索周围刚性较大、稳定性较高的构件（例如大跨桥梁的主梁、主塔），根据风速仪所测数据，结合桥址区的环境与梁、索、塔的特征等因素进行一系列数值处理获得。

然而，随着桥梁的跨径不断增大，斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆、边缆、吊杆的长度也在不断攀升，以苏通长江公路大桥为例，作为主跨1088米的世界第三大跨径斜拉桥，其最长的斜拉索长度达到了577米。考虑到拉索分布范围之广大、风特性分布之随机，传统的方法所得结果的精度较差，可信度不高，严重制约了对于拉索风振的相关研究工作。因此，急需一种在拉索附近安装风速仪实时监测其周围风特性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够将风速仪固定于拉索上的支架，测量拉索周围风场分布规律，且满足测量的精度要求。此外，该支架不仅能够基本保证风速仪迎风面法线方向水平，还能实时监测风速仪的位置，同时提供拉索振动的相关信息以修正测量结果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述支架包括固定装置、与固定装置相连的支架组件、位置测试组件和加速度测试组件，其特征在于：所述固定装置包括柔性金属片围成的套箍、镶嵌于金属片内表面的网格状磁体以及固定金属片的高强螺栓；所述支架组件包括外伸杆、风速仪支座、与外伸杆端部螺纹配套的螺帽；所述位置测试组件包括位置传感器；所述加速度测试组件包括三向加速度传感器，其中，

高强螺栓约束使柔性金属片形成能够绑扎在拉索上的套箍；

网格状磁体镶嵌于金属片内表面；

外伸杆、位置传感器、三向加速度传感器固定于金属片外侧，且垂直于套箍径向；

风速仪底座与外伸杆通过卡口、卡槽，以一定角度咬合；

螺帽为一限位器，通过外伸杆外端螺纹与外伸杆相连。

作为本发明的一种改进，所述金属套箍采用刚度较低的金属制作,例如，铝等材料，柔性金属片围成的套箍可根据拉索外径自适应拉索的外表面。

作为本发明的一种改进，镶嵌于金属片内表面的网格状磁体与拉索中的钢绞线产生吸附力，其中，磁体的厚度、大小根据实际情况自行选择。

作为本发明的一种改进，所述外伸杆在径向分为三种截面；与金属套箍固结组件，采用圆形截面，该组件长度较长，刚度较大，使得风速仪的固定点距离拉索有一定的距离，防止风速仪距离拉索过近导致测试数据不准确。中间为卡槽组件，采用十字形截面，且该十字形截面外径小于前述圆形截面，卡槽的径向长度与风速仪底座卡口径向长度相同；外端为螺纹截面，配以螺帽，能够限制风速仪向外伸杆外侧移动。

作为本发明的一种改进，所述风速仪底座分为上部的底座和下部的卡槽，上部底座与风速仪通过螺栓相连，下部开设星形放射状卡口，使其能够以不同角度与外伸杆上的十字形的卡槽咬合。达到固定风速仪、保证风速仪迎风面法线水平的目的。本发明所绘制的示意图提供0°、22.5°、45°、67.5°、90°五种选择，实际制作过程中可包括但不仅限于示意图所示角度。

作为本发明的一种改进，所述位置传感器实时监测该支架在拉索上的相对位置。实现了对风速仪位置的实时监控，保证了测点位置在监测过程中不会发生变更，从测试位置上保证了风速仪所测数据的准确性。

作为本发明的一种改进，所述三向加速度传感器实时监测拉索在测点的振动加速度。通过数据处理能够除去拉索振动对风速仪所测结果的影响，从力学原理的角度大大提高了结果的准确性和可信度。

相对于现有技术，本发明的技术效果如下：（1）该支架通过金属套箍和镶嵌在套箍内部的磁体能固定在拉索上的任意点，实现了对拉索任意点周围风场的监测；

（2）通过外伸杆与风速仪支座的相对转动关系，在保证了风速仪迎风面法线方向水平的情况下，能与倾斜任意角度的拉索稳定连接，从测试方向上保证了风速仪所测数据的准确性；

（3）通过位置传感器装置，实现了对风速仪位置的实时监控，保证了测点位置在监测过程中不会发生变更，从测试位置上保证了风速仪所测数据的准确性；

（4）通过三向加速度传感器，监测了拉索的振动情况，通过数据处理能够除去拉索振动对风速仪所测结果的影响，从力学原理的角度大大提高了结果的准确性和可信度；

（5）三向加速度传感器所测得振动结果还可应用于探究拉索振动加速度与所测风特性的修正结果的关系；

该设计通过实现对拉索周围风场的直接测定，开创了获取拉索周围风特性数据的新思路，对描绘拉索周围风特性分布情况，研究风特性分布规律，指导大跨索承桥梁结构的设计和施工实践，有着极为重大的意义，具有广泛的工程应用前景。

附图说明

图1为支架俯视图；

图2为支架侧视图；

图3为支架主视图；

图4为外伸杆的三维立体图；

图5为风速仪底座的侧视图；

图6为风速仪底座的俯视图。

附图标记：

1、柔性金属片；2、网格状磁体；3、高强螺栓；4、外伸杆；5、风速仪支座；6、螺帽；7、位置传感器；8、三向加速度传感器。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，如图1、2、3示，本发明的可固定于拉索的风速仪支架包括柔性金属片1围成的套箍；镶嵌于金属片内表面的网格状磁体2；固定金属片的高强螺栓3；外伸杆4；风速仪支座5；与外伸杆端部螺纹配套的螺帽6；位置传感器7；三向加速度传感器8。

高强螺栓3约束使柔性金属片1形成绑扎在拉索上的套箍；网格状磁体2镶嵌于金属片1内表面；外伸杆4、位置传感器7、三向加速度传感器8固定于金属片1外侧，且垂直于套箍径向；风速仪底座5与外伸杆4通过卡口、卡槽，以一定角度咬合；螺帽6为一限位器，通过外伸杆4外端螺纹与外伸杆4相连。

如图1、2、3示，为了使得该支架适用于多种外径的拉索，本发明中的金属套箍采用刚度较低的金属制作，例如，铝等材料，可根据拉索的外壁形状、大小调整套箍的形状、大小。金属套箍与拉索外表面紧密贴合，在一侧用高强螺栓3固定。通过增大螺栓约束面积、增大螺栓约束力，能够提高套箍和拉索的贴合度，增大二者之间的摩擦力，使套箍的固定更加稳定。

如图1、2、3示，由于磁体多数由刚性较大的物质制作，为了将磁体应用于本发明，使套箍与拉索之间产生吸附力，将体积小而薄的磁体2呈网格状镶嵌在金属片1内表面，避免了由于磁体刚度较大导致套箍不能变形的情况。

如图4示，外伸杆4在径向分为三种截面。与金属套箍固结组件，采用圆形截面，该组件长度较长，刚度较大，使得风速仪的固定点距离拉索有一定的距离，防止风速仪距离拉索过近导致测试数据不准确。中间为卡槽组件，采用十字形截面，且该十字形截面外径小于前述圆形截面，卡槽的径向长度与风速仪底座5卡口径向长度相同。外端为螺纹截面，配以螺帽6，能够限制风速仪向外伸杆外侧移动。

如图5、6示，风速仪底座5分为上部的底座和下部的卡槽，上部底座与风速仪通过螺栓相连，下部开设星形放射状卡口，能够与外伸杆上的十字形卡槽以不同角度紧密咬合，达到固定风速仪、保证风速仪迎风面法线水平的目的。本发明所绘制的示意图提供0°、22.5°、45°、67.5°、90°五种选择，实际制作过程中可包括但不仅限于示意图所示角度。

安装该支架前首先要明确拉索上测点位置、明确测点处拉索外径，利用螺栓3固定金属套箍。根据拉索与水平面的夹角，调整风速仪底座5的角度，与外伸杆上的十字形卡槽相连，旋紧螺帽6。调试位置传感器7，使其能够反映该支架的位置信息。调试三向加速度传感器8，使其能够反映该测点的振动信息。

所述三向加速度传感器8测得的加速度数据，一方面要用于对风速仪所测风特性数据的修正，除去由于拉索振动对于所测风特性数据的影响。另一方面，通过该加速度数据可以了解拉索实际振动情况，与修正后的风特性数据联系，能够进一步探究拉索振动与其周围风场分布的关系。

上述方案为了将风速仪安装在拉索上待测点附近，本专利利用拉索内部钢绞线的磁性以及拉索外侧防锈层的摩擦，设计了镶嵌有磁体并可根据拉索外径调整大小的套箍，在套箍上设置风速仪的支撑架，实现了风速仪与拉索的绑定。为了确保风速仪测点的准确性，利用激光等位置检测装置和信息传输装置，在套箍上固定了位置传感器，从而获得套箍的位置信息，便于在该支架由于极端天气条件或其他特殊原因偏移测点时，能够及时发现并修正。

对于大跨索承桥梁结构，拉索（包括斜拉桥的斜拉索，悬索桥的主缆、边缆、吊索）与水平面的角度不定，但为了保证测风数据的准确性，风速仪的迎风面法线方向应尽量保持水平，这要求在固定风速仪的同时，风速仪迎风面法线与拉索轴线的夹角是可调整的。

拉索作为极柔的构件，在受到荷载时产生的振动幅度大，规律复杂，对风速仪所测结果影响大。为了使得风速仪所测结果更具应用价值，在套箍上固定了一个三向加速度传感器，利用传感器测得的拉索振动数据对风速仪所测结果进行修正，同时加速度数据可用于探究修正后风特性数据与拉索振动的关系。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但应当指出，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式，本领域普通技术人员可以根据本发明所依据的原理、做出的设计，结合实际工程情况做出适当的改变和修正，这些改变和修正皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (8)

1.一种可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述支架包括固定装置、与固定装置相连的支架组件、位置测试组件和加速度测试组件，所述固定装置包括柔性金属片（1）围成的套箍、镶嵌于金属片内表面的网格状磁体（2）以及固定金属片的高强螺栓（3）；所述支架组件包括外伸杆（4）、风速仪支座（5）、与外伸杆端部螺纹配套的螺帽（6）；所述位置测试组件包括位置传感器（7）；所述加速度测试组件包括三向加速度传感器（8），其中，高强螺栓（3）约束使柔性金属片（1）形成能够绑扎在拉索上的套箍；网格状磁体（2）镶嵌于金属片（1）内表面；外伸杆（4）、位置传感器（7）、三向加速度传感器（8）固定于金属片（1）外侧，且垂直于套箍径向；风速仪底座（5）与外伸杆（4）通过卡口、卡槽，以一定角度咬合；螺帽（6）为一限位器，通过外伸杆（4）外端螺纹与外伸杆（4）相连。

2.根据权利要求1所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述金属套箍采用刚度较低的金属制作，柔性金属片（1）围成的套箍可根据拉索外径自适应拉索的外表面。

3.根据权利要求2所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，镶嵌于金属片内表面的网格状磁体（2）与拉索中的钢绞线产生吸附力。

4.根据权利要求3所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述外伸杆（4）在径向分为三种截面；与金属套箍固结组件，采用圆形截面，中间为卡槽组件，采用十字形截面，且该十字形截面外径小于前述圆形截面，卡槽的径向长度与风速仪底座（5）卡口径向长度相同；外端为螺纹截面，配以螺帽（6），能够限制风速仪向外伸杆外侧移动。

5.根据权利要求2或3或4所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述风速仪底座（5）分为上部的底座和下部的卡槽，上部底座与风速仪通过螺栓相连，下部开设星形放射状卡口，使其能够以不同角度与外伸杆（4）上的十字形的卡槽咬合。

6.根据权利要求2或3或4所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述位置传感器（7）实时监测该支架在拉索上的相对位置。

7.根据权利要求2或3或4所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述三向加速度传感器（8）实时监测拉索在测点的振动加速度。

8.根据权利要求1所述的可固定于拉索的风速仪支架，其特征在于，所述风速仪底座（5）与外伸杆（4）通过卡口、卡槽，以一定角度咬合，该角度选择为0°、22.5°、45°、67.5°、90°中的一种。

Images