CN114108463A - 一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，悬索桥索塔应力状态主动控制系统包括：索鞍机构，包括索鞍、滑板和主缆，索鞍设于滑板上，主缆设于索鞍上，且索鞍沿顺桥向可主实现动滑动；监测系统，包括位移监测装置(北斗或GPS位移监测系统)及索塔应力监测系统；控制系统，索鞍主动顶推系统指令发出机构，执行系统：包括液压顶推千斤顶、反力座及连接结构；本发明通过对索塔位置状态及应力状态的监测控制，驱动液压千斤顶，使索鞍始终处于设计所期待的最佳位置区域，同时兼顾位置锁定功能；从而确保索塔应力处于设计最佳状态，提高了该结构的耐久性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及到悬索桥技术领域，具体涉及到一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统。
背景技术
悬索桥索塔是以受压为主的压弯结构，其中纵向弯矩主要由主索鞍两侧的主缆的不平衡水平力产生，随着跨径及塔高的增加，纵向弯矩增大，并控制索塔尺寸及基础规模。如何有效降低索塔水平剪力，从而达到降低索塔纵向弯矩，控制索塔尺寸及基础规模是大跨径悬索桥结构中的核心技术问题。
悬索桥索塔在运营期间受结构设计(如不对称结构)载荷分布、温度变化、日照、风荷载等因素的影响，会产生位移，当位移超过一定范围时，将导致索塔局部出现拉应力超标，影响索塔结构的安全及耐久性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，包括索鞍机构、监测模块、执行模块和控制模块，所述索鞍机构包括设置在索塔顶部滑板，所述滑板上设置有索鞍，所述索鞍鞍槽内沿纵桥向设置有主缆，所述监测模块设置在索塔顶部纵桥向中心位置布置，所述监测模块用于监测索塔的纵桥向偏位以及位移后局部产生的拉应力，所述执行模块包括设置在索塔顶部且位于所述滑板一侧的反力座，所述反力座通过连接结构连接于液压顶推千斤顶的一端，所述液压顶推千斤顶的另一端连接于所述索鞍的底部一侧，所述控制模块设置在索塔顶部并靠近所述监测模块连接布置，所述控制模块用于接收所述监测模块监测的数据并进行分析处理。
通过上述技术方案，本系统通过监测索塔位移和应力的变化，主动顶推索鞍，改变其与索塔的位置关系，进而使索塔的位移与应力状态恢复到最佳值，达到确保索塔处于安全的状态，提高结构的安全性及耐久性，将有效解决悬索桥“中塔效应”及特殊结构的悬索桥(如不对称结构)存在的不平衡荷载带来的索塔规模问题与索鞍复杂结构等设计难点，该结构具有可靠、易养护、可维修、耐久性好等优点。
所述应力监测装置设置为多个且均位于索塔底部，多个所述应力监测装置位于索塔最大拉应力的截面处布置，，多个所述应力监测和所述位移监测装置均连接于所述控制模块。
通过上述技术方案，位移监测装置和多个应力传感器能够有效的对索塔偏移量以及索塔偏移后产生的拉应力进行监测，并将监测的数据传输至控制单元，便于对索塔偏移进行及时调节，有效提升了索塔的安全性以及使用寿命。
所述索鞍与所述滑板的滑移体系采用主动润滑滑移副，所述滑板设有油槽用于注入润滑油，所述索鞍的鞍体侧面设有油孔用于注入润滑油。
通过上述技术方案，主动润滑滑移副将大大降低了滑板与索鞍接触面的摩擦系数，在滑板进行滑动调节时更容易滑动，有效提高了滑板的使用寿命，确保了该结构的耐久性以及在使用时的便利性。
所述液压顶推千斤顶带有刻度标识且刻度分度值为1mm，所述液压顶推千斤顶最大行程应大于索塔的最大偏移量。
通过上述技术方案，液压顶推千斤连接索鞍既能向中跨侧也能向边跨侧双向滑动，使调节更加便利，刻度分度能够很好的显示位移量，便于精确地调整索鞍位置。
所述连接结构为液压连接杆，所述液压连接杆的一端连接于所述液压顶推千斤顶，所述液压连接杆的另一端连接于所述反力座上。
通过上述技术方案，连接结构使索鞍机构和执行模块连接更加紧密，液压连接杆承力效果更好，结构更加牢靠。
所述控制模块与所述监测模块和所述位移控制模块与所述液压顶推千斤顶的连接均为无线连接。
通过上述技术方案，无线连接使该系统的组件安装位置更加自由，便于工作人员对安装系统进行更换或维护，后期对该系统进行升级时也更为便利。
所述位移监测装置为GPS或北斗位移监测装置。
通过上述技术方案，通过GPS或北斗位移监测装置对索塔位移量进行检测，使检测数据更加精准，同时还能通过GPS或北斗位移监测装置将检测数据信息化传递，实用性高，使用简单。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过上述技术方案，本系统通过监测索塔位移和应力的变化，主动顶推索鞍，改变其与索塔的位置关系，进而使索塔的位移与应力状态恢复到最佳值，达到确保索塔处于安全的状态，提高结构的安全性及耐久性，将有效解决悬索桥“中塔效应”及特殊结构的悬索桥(如不对称结构)带来的索塔规模问题与索鞍复杂结构等设计难点，该结构具有可靠、易养护、可维修、耐久性好等优点，且该系统为自动调节结构，节约了大量的人力，调节也更加及时，进一步提升了索塔的使用寿命；
2、液压顶推千斤实现了索鞍既能向中跨侧也能向边跨侧双向滑动，使调节更加便利，刻度分度能够很好的显示位移量，便于对索鞍位置进行精确控制，使索塔结构应力始终处于安全范围内，结构简单，操作便捷，液压千斤顶传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定，易于实现过载保护，同时还便于借助各种控制阀实现自动化操作，降低了人力成本。
附图说明
图1为本发明一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统的结构示意图；
图2为本发明位移监测装置的结构示意图；
图3为本发明一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统的原理示意图；
图中：1、索鞍机构；2、监测模块；3、执行模块；4、控制模块；11、索鞍；12、滑板；13、主缆；21、位移监测装置；31、液压顶推千斤顶；32、连接结构；33、反力座。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1、图2和图3，一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，包括索鞍机构1、监测模块2、执行模块3和控制模块4，索鞍11机构1包括设置在索塔顶部滑板12，滑板12上设置有索鞍11，索鞍中间横向设置有主缆13，监测模块2设置在索塔顶部并靠近滑板12布置，监测模块2用于监测索塔的纵桥向偏位以及位移后局部产生的拉应力，执行模块3包括设置在索塔顶部且位于滑板12一侧的反力座32，反力座33通过连接结构32连接于液压顶推千斤顶31的一端，液压顶推千斤顶31的另一端抵接于索鞍11的底部一侧，控制模块4设置在索塔顶部并靠近监测模块2连接布置，控制模块4用于接收监测模块2检测的数据并进行分析处理，该系统通过监测索塔位移和应力的变化，主动顶推索鞍11，改变其与索塔的位置关系，进而使索塔的位移与应力状态恢复到最佳值，达到确保索塔始终处于安全的状态，提高结构的安全性及耐久性，将有效解决悬索桥“中塔效应”带来的索塔规模问题与索鞍11复杂结构等设计难点，该结构具有可靠、易养护、可维修、耐久性好等优点。
所述应力监测装置设置为多个且均位于索塔底部，多个所述应力监测装置位于索塔最大拉应力的截面处布置，多个所述应力监测装置和所述位移监测装置21均连接于所述控制模块4，位移监测装置21和多个应力传感器能够有效的对索塔偏移量以及索塔偏移后产生的拉应力进行监测，并将监测的数据传输至控制单元，便于对索塔偏移进行及时调节，有效提升了索塔的安全性以及使用寿命。
索鞍11与滑板12的滑移体系采用主动润滑滑移副，滑板12设有油槽用于注入润滑油，索鞍11的鞍体侧面设有油孔用于注入润滑油，主动润滑滑移副将大大降低了滑板12与索鞍11接触面的摩擦系数，在滑板12进行滑动调节时更容易滑动，有效提高了滑板12的使用寿命，确保了该结构的耐久性以及在使用时的便利性。
液压顶推千斤顶31带有刻度标识且刻度分度值为1mm，液压顶推千斤顶31最大行程应大于索塔的最大偏移量，液压顶推千斤连接索鞍11既能向中跨侧也能向边跨侧双向滑动，适应了索塔纵桥向双向偏位的需求，使调节更加便利，刻度分度能够很好的显示位移量，便于对索鞍位置进行精确控制。
控制模块4与监测模块2和位移控制模块4与液压顶推千斤顶31的连接均为无线连接，无线连接使该系统的组件安装位置更加自由，便于工作人员对安装系统进行更换或维护，后期对该系统进行升级时也更为便利。
位移监测装置21为GPS或北斗位移监测装置，通过GPS或北斗位移监测装置对索塔位移量进行检测，使检测数据更加精准，同时还能通过GPS或北斗位移监测装置将检测数据信息化传递，实用性高，使用简单。
本发明的实施原理为：该系统通过位移监测模块2对索塔纵向位移实施监测，实测位移幅值为(规定位移向中跨侧为正，向边跨侧为负)，该位移值包括载荷分布、温度、日照、风荷载等因素引起的塔偏变量，通过应力传感器实测应力变化值，控制模块4接收位移变化幅值及应力变化幅值，发出判断指令，当索塔偏量(或应力幅值)小于索塔允许位移(应力)安全值，千斤顶锁定，索鞍11静止不动，当超过安全允许值时，锁定自动解开，通过液压系统驱动千斤顶顶推索鞍11至索塔偏量(方向与塔偏方向一致)，主缆13位型发生变化后达到平衡状态，索塔水平剪力减小，索塔恢复原位(即设计无位移状态)。位移监测模块2将位移或应力数值反馈给位移控制模块4，控制模块4判断发出指令，位移指令系统接收指令，此反馈调节机制使索塔结构应力始终处于安全范围内。位移控制模块4采用位移和应力双控，以位移控制为主的原则进行控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，包括索鞍机构(1)、监测模块(2)、执行模块(3)和控制模块(4)，所述索鞍机构(1)包括设置在索塔顶部的滑板(12)，所述滑板(12)上设置有索鞍(11)，所述索鞍(11)鞍槽内沿纵桥向设置主缆(13)，所述监测模块(2)由位移监测装置(21)和应力监测装置组成，所述位移监测装置(21)设置在索塔顶部纵桥向中心位置，所述应力监测装置设置在索塔根部最大拉应力的截面处，所述监测模块(2)用于监测索塔的纵桥向偏位以及位移后局部产生的拉应力，所述执行模块(3)包括设置在索塔顶部且位于所述索鞍(1)的一侧，所述反力座(33)通过连接结构(32)连接于液压顶推千斤顶(31)的一端，所述液压顶推千斤顶(31)的另一端连接于所述索鞍(11)的底部一侧，所述控制模块(4)设置在索塔顶部并靠近所述位移监测装置(21)连接布置，所述控制模块(4)用于接收所述监测模块(2)检测的数据并进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述应力监测装置设置为多个且均位于索塔底部，多个所述应力监测装置位于索塔最大拉应力的截面处布置，多个所述应力监测装置和所述位移监测装置(21)均连接于控制模块(4)。
3.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述索鞍(11)与所述滑板(12)的滑移体系采用主动润滑滑移副，所述滑板(12)设有油槽用于注入润滑油，所述索鞍(11)的鞍体侧面设有油孔用于注入润滑油。
4.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述液压顶推千斤顶(31)带有刻度标识且刻度分度值为1mm，所述液压顶推千斤顶(31)最大行程大于索塔的最大偏移量。
5.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述连接结构(32)为液压连接杆，所述液压连接杆的一端连接于所述顶推千斤顶(31)，所述液压连接杆的另一端连接于所述反力座(33)上。
6.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述控制模块(4)与所述监测模块(2)的连接以及所述位移监测装置(21)与所述液压顶推千斤顶(33)的液压控制开关的连接均为无线通讯连接。
7.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述位移监测装置(21)为GPS或北斗位移监测装置。
8.根据权利要求1所述的一种悬索桥索塔应力状态主动控制系统，其特征在于，所述控制系统的一种执行方法为：所述监测模块(2)通过所述位移监测装置(21)和所述应力传感器进行监测索塔因载荷分布、温度、日照、风荷载因素引起的纵桥向偏位以及位移后局部产生的拉应力，再将该数据传输到所述控制模块(4)进行判定，当所述监测模块(2)监测的数据未超过安全范围时，所述控制模块(4)不发出指令；当所述监测模块(2)的数据超过安全范围时，所述控制模块(4)对所述执行模块(3)发出指令，所述执行模块(3)控制所述液压顶推千斤顶(33)主动顶推所述索鞍(11)至最佳位置，使索塔恢复至原位状态后，索塔因外荷载产生的拉应力大大降低，所述监测模块(2)对索塔位移以及位移后局部产生的拉应力继续进行监测。
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