CN117373219B - 一种短吊杆纵桥向偏移预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短吊杆纵桥向偏移预警装置，包括预警减振机构，预警减振机构安装于桥面板的预留孔洞内，预留孔洞内设置短吊杆并通过短吊杆与系杆拱桥拱支撑连接，当短吊杆发生晃动偏移时，触发预警减振机构进行耗能减振并发出预警信号。本发明还公开了一种短吊杆纵桥向偏移预警方法。本发明通过在桥面板的预留孔洞内安装预警减振机构，预留孔洞内设置短吊杆并通过短吊杆与系杆拱桥拱支撑连接，在短吊杆进行晃动时，预警减振机构触发预警信号，骤断风险可以进行监控，在一定程度上可以及时对短吊杆进行维护；预警减振机构对短吊杆所受弯曲应力进行一定的抵御，起到消能减振的作用，提高桥梁的安全性以及耐久性。

Description

一种短吊杆纵桥向偏移预警装置及方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种短吊杆纵桥向偏移预警装置及方法。

背景技术

吊杆作为系杆拱桥的重要组成部分，其连接了拱肋与桥面结构，在二者之间传递荷载，是影响桥梁受力的核心构件，其安全性和耐久性关系到桥梁结构的正常使用，在实际工程中，拱桥两端的吊杆最短，其与长吊杆相比刚度较大、自振频率较高，较易发生破坏，桥梁跨中作为变形基点，梁体往左右伸展，吊杆处的上下锚点会产生较大的相对偏移，短吊杆会产生较大的剪切变形和弯曲应力，反复处于弯剪状态，近些年来短吊杆骤断、拱桥局部坍塌的事故屡见不鲜。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种短吊杆纵桥向偏移预警装置及方法，通过在桥面板的预留孔洞内安装预警减振机构，预留孔洞内设置短吊杆并通过短吊杆与系杆拱桥拱支撑连接，在短吊杆进行晃动时，预警减振机构及时触发预警信号，骤断风险可以进行监控，在一定程度上可以及时对短吊杆进行维护；预警减振机构可对由短吊杆所受弯曲应力进行一定的抵御，起到消能减振的作用，防止短吊杆进一步发生更大的晃动，提高桥梁的安全性以及耐久性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种短吊杆纵桥向偏移预警装置，包括预警减振机构，所述预警减振机构安装于桥面板的预留孔洞内，所述预留孔洞内设置短吊杆并通过短吊杆与系杆拱桥拱支撑连接，当短吊杆发生晃动偏移时，触发预警减振机构进行耗能减振并发出预警信号。

进一步的，所述预警减振机构包括套筒、上活塞环、下活塞环、上滑动块、下滑动块、储能弹簧、复位弹簧、粘滞液、触发机构，所述套筒内从上到下滑动设置有上滑动块、下滑动块、上活塞环、下活塞环，所述上滑动块、下滑动块之间通过储能弹簧进行连接，所述上活塞环、下活塞环之间密封填充有粘滞液，下活塞环通过复位弹簧与套筒内底部相连，所述上滑动块上端连接有触发机构，所述触发机构的接触端设置有压力传感器以及预警灯，所述压力传感器用于控制预警灯发出灯光预警。

进一步的，所述上滑动块、下滑动块均具有同磁性，所述上活塞环具有与上滑动块、下滑动块相反的磁性。

进一步的，所述触发机构包括连接杆以及弧形橡胶接触面板，所述连接杆一端与上滑动块相连，另一端连接弧形橡胶接触面板。

进一步的，所述连接杆与弧形橡胶接触面板之间球铰接。

进一步的，所述预警减振机构设置有若干个，均匀呈周向安装于桥面板的预留孔洞内壁上。

进一步的，所述预警减振机构设置有三组，每组包括四个预警减振机构，三组分别均匀呈周向安装于桥面板的预留孔洞内壁上不同高度上；上部的一组预警减振机构、中间的一组预警减振机构、下部的一组预警减振机构的触发机构距离正常状态的短吊杆距离依次减小。

进一步的，三组预警减振机构的复位弹簧以及储能弹簧的设计原则如下：

S1、以轴向断裂力F_a为基础指标，短吊杆的索外保护套开始破损、索外保护套完全破损，短吊杆的拉索完全断裂为三级界限；

S2、在有限元模拟的基础上，索外保护套开始破损轴向断裂力F_a1、索外保护套完全破损轴向断裂力F_a2、拉索完全断裂轴向断裂力F_a3；

S3、根据减振弹簧整体装置所选粘滞液的类型，从下到上记三组预警减振机构所受粘滞力分别为R₁、R₂、R₃；

S4、在有限元模拟的基础上得出轴向断裂力F_a与横向断裂力F_c的比例系数λ，

S5、由有限元模拟所得比例系数，可根据实际工程中索外保护套材料的断裂力以及拉索的断裂力推出横向断裂力，建立与弹簧力之间的平衡，平衡方程仅考虑横向断裂力与储能弹簧及粘滞力之间的平衡；

S6、从下到上三组预警弹簧劲度系数设置基本原则，要求k₁＜k₂＜k₃；

S7、针对不同工程的短吊杆，按照短吊杆外壁与桥面板孔洞内壁距离L，从上到下的三级预警减振机构长度分别设置为L，预警减振机构的连接杆的长度占预警减振机构整体长度一半，预警减振机构的可伸缩部分占预警减振机构整体长度一半，三级弹簧长度设置分别为/>复位弹簧设置长度与对应储能弹簧长度相同；

即，一级弹簧劲度系数为：

即，二级弹簧劲度系数为：

即，三级弹簧劲度系数为：

为了实现上述目的，本发明还提供了一种短吊杆纵桥向偏移预警方法，包括以下步骤：

S1、系杆拱桥拱肋及桥面板施工完成后，于短吊杆安装位点的桥面板预留孔洞内腔沿高度方向从上至下周向均匀安置含有三、二、一级预警弹簧的预警减振机构，套筒尾部焊接于桥面板内部；

S2、进行系杆拱桥的短吊杆安装工作，桥梁进入使用状态；

S3、桥梁在受到相对较小的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生轻度偏移，短吊杆的索外保护套与下部的预警减振机构的储能弹簧-即一级弹簧发生接触，一级弹簧与装配粘滞液进行一级消能减振，一级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁发出蓝色预警灯光；

S4、桥梁在受到相对较大的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生中度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级弹簧同时发生接触，一级、二级弹簧与装配粘滞液进行二级消能减振，一级、二级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色及橙色预警灯光；

S5、桥梁在受到剧烈车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生重度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部以及上部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级、三级弹簧同时发生接触，一级、二级、三级弹簧与装配粘滞液进行三级消能减振，一级、二级、三级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力出发预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色、橙色、红色预警灯光，三种预警灯光沿橡胶面板长度方向错位设置，避免灯光互相遮挡；

S6、当短吊杆长时间处于三级预警时，短吊杆存在骤断风险，三级弹簧头部弧形橡胶面板内置报警系统，与桥梁监控系统互联，由内置报警系统反馈桥梁监控系统，需要对短吊杆进行维护。

有益效果：本发明通过在桥面板的预留孔洞内安装预警减振机构，预留孔洞内设置短吊杆并通过短吊杆与系杆拱桥拱支撑连接，在短吊杆进行晃动时，预警减振机构及时触发预警信号，骤断风险可以进行监控，在一定程度上可以及时对短吊杆进行维护；预警减振机构可对由短吊杆所受弯曲应力进行一定的抵御，起到消能减振的作用，防止短吊杆进一步发生更大的晃动，提高桥梁的安全性以及耐久性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置在正常状态下的示意图；

图3为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的在轻度偏移状态下的示意图及局部放大图；

图4为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的在中度偏移状态下的示意图及局部放大图；

图5为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的在重度偏移状态下的示意图及局部放大图；

图6为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的预留孔洞俯视图；

图7为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的预警减振机构示意图及局部放大图；

图8为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的预警减振机构的触发机构示意图；

图9为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的预警减振机构的三级预警灯带示意图；

图10为本发明实施例所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的三组预警减振机构的单个对应示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

参见图1-10：一种短吊杆纵桥向偏移预警装置，包括预警减振机构1，所述预警减振机构1安装于桥面板2的预留孔洞201内，所述预留孔洞201内设置短吊杆3并通过短吊杆3与系杆拱桥拱4支撑连接，当短吊杆3发生晃动偏移时，触发预警减振机构1进行耗能减振并发出预警信号。

在短吊杆进行晃动时，本实施例的预警减振机构及时触发预警信号，骤断风险可以进行监控，在一定程度上可以及时对短吊杆进行维护。

本实施例的预警减振机构可对由短吊杆所受弯曲应力进行一定的抵御，起到消能减振的作用，防止短吊杆进一步发生更大的晃动，提高桥梁的安全性以及耐久性。

在一具体的实例中，所述预警减振机构1包括套筒101、上活塞环102、下活塞环103、上滑动块104、下滑动块105、储能弹簧106、复位弹簧107、粘滞液108、触发机构109，所述套筒101内从上到下滑动设置有上滑动块104、下滑动块105、上活塞环102、下活塞环103，所述上滑动块104、下滑动块105之间通过储能弹簧106进行连接，所述上活塞环102、下活塞环103之间密封填充有粘滞液108，下活塞环103通过复位弹簧107与套筒101内底部相连，所述上滑动块107上端连接有触发机构109，所述触发机构109的接触端设置有压力传感器1091以及预警灯1092，所述压力传感器1091用于控制预警灯1092发出灯光预警。

当短吊杆发生晃动偏移时，对触发机构的接触端形成抵压，触发压力传感器控制预警灯发出灯光预警，骤断风险可以进行监控，在一定程度上可以及时对短吊杆进行维护；

另外，短吊杆通过对触发机构进行的挤压会使得上滑动块进行下移，并通过储能弹簧将晃动产生的能量进行储存，储能弹簧的弹性势能驱动下滑动块下移并带动上活塞环、粘滞液、下活塞环组成的耗能机构同步往下运动进行消能减振，另外，通过下部的复位弹簧也能使得耗能机构来回往复运动进行持续耗能减振，减振效果好。

在一具体的实例中，所述上滑动块104、下滑动块105均具有同磁性，所述上活塞环102具有与上滑动块104、下滑动块105相反的磁性。

本实施例的上滑动块、下滑动块具有同磁性可以使得上滑动块、下滑动块之间产生相斥力，从而使得上滑动块、下滑动块之间的储能弹簧能够缓冲储存更多的能量，提高减振能力；另外，上活塞环与下滑动块因为相反的磁性而相互吸引，使得上滑动块与下滑动块始终在套筒内进行上下滑动，防止上滑动块、下滑动块脱离套筒外。

在具体实现中，本实施例的上滑动块以及下滑动块可以设置为密度较大的材料，提高储能能力，从而提高减振效果。

在一具体的实例中，所述触发机构109包括连接杆1093以及弧形橡胶接触面板1094，所述连接杆1093一端与上滑动块104相连，另一端连接弧形橡胶接触面板1094。

当短吊杆发生晃动偏移时，本实施例的弧形橡胶接触面板的弧形端与短吊杆发生碰撞接触，触发安装于弧形橡胶接触面板内的压力传感器并控制预警灯发出灯光预警，还可以将预警信息通过相应的控制电路发送到桥梁监控系统互联，通知及时对短吊杆进行维护。

本实施例的弧形橡胶接触面板能够对短吊杆的晃动进行很好的缓冲，并将碰撞能量通过连接杆传递到下方的套筒内的耗能机构中进行充分减振释能，减小晃动幅度。

在一具体的实例中，所述连接杆1093与弧形橡胶接触面板1094之间球铰接。

由于短吊杆发生晃动偏移时，产生的偏移力并非与连接杆的方向完全一致，另外，为了防止偏移碰撞力损坏弧形橡胶接触面板，因此，通过球铰接的方式能够提高弧形橡胶接触面板与短吊杆之间碰撞的适应性。

在一具体的实例中，所述预警减振机构1设置有若干个，均匀呈周向安装于桥面板2的预留孔洞201内壁上。

本实施例通过均匀呈周向设置于桥面板的预留孔洞内壁上的预警减振机构，能够对短吊杆的各个方向上的碰撞力进行预警减振。

在一具体的实例中，所述预警减振机构1设置有三组，每组包括四个预警减振机构1，三组分别均匀呈周向安装于桥面板2的预留孔洞201内壁上不同高度上；上部的一组预警减振机构1、中间的一组预警减振机构1、下部的一组预警减振机构1的触发机构109距离正常状态的短吊杆3距离依次减小。

当短吊杆发生轻微晃动偏移时，只触发下部的一组预警减振机构进行一级预警减振；当短吊杆发生中度晃动偏移时，会同时触发中部的一组预警减振机构进行二级预警减振；当短吊杆发生重度晃动偏移时，会同时触发上部的一组预警减振机构进行三级预警减振；实现了短吊杆纵桥向偏移的三级预警。

在一具体的实例中，三组预警减振机构1的复位弹簧107以及储能弹簧106的设计原则如下：

S1、以轴向断裂力F_a为基础指标，短吊杆3的索外保护套开始破损、索外保护套完全破损，短吊杆3的拉索完全断裂为三级界限；

S2、在有限元模拟的基础上，索外保护套开始破损轴向断裂力F_a1、索外保护套完全破损轴向断裂力F_a2、拉索完全断裂轴向断裂力F_a3；

S3、根据减振弹簧整体装置所选粘滞液108的类型，从下到上记三组预警减振机构1所受粘滞力分别为R₁、R₂、R₃；

S4、在有限元模拟的基础上得出轴向断裂力F_a与横向断裂力F_c的比例系数λ，

S5、由有限元模拟所得比例系数，可根据实际工程中索外保护套材料的断裂力以及拉索的断裂力推出横向断裂力，建立与弹簧力之间的平衡，平衡方程仅考虑横向断裂力与储能弹簧106及粘滞力之间的平衡；

S6、从下到上三组预警弹簧劲度系数设置基本原则，要求k₁＜k₂＜k₃；

S7、针对不同工程的短吊杆3，按照短吊杆3外壁与桥面板2的预留孔洞201内壁距离L，从上到下的三级预警减振机构1长度分别设置为L，预警减振机构1的连接杆1093的长度占预警减振机构1整体长度一半，预警减振机构1的可伸缩部分占预警减振机构1整体长度一半，三级弹簧长度设置分别为/>复位弹簧设置长度与对应储能弹簧长度相同；

即，一级弹簧劲度系数为：

即，二级弹簧劲度系数为：

即，三级弹簧劲度系数为：

为了实现上述目的，本实施例还提供了一种短吊杆纵桥向偏移预警方法，包括以下步骤：

S1、系杆拱桥拱肋及桥面板施工完成后，于短吊杆安装位点的桥面板预留孔洞内腔沿高度方向从上至下周向均匀安置含有三、二、一级预警弹簧的预警减振机构，套筒尾部焊接于桥面板内部；

S2、进行系杆拱桥的短吊杆安装工作，桥梁进入使用状态；

S3、桥梁在受到相对较小的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生轻度偏移，短吊杆的索外保护套与下部的预警减振机构的储能弹簧-即一级弹簧发生接触，一级弹簧与装配粘滞液进行一级消能减振，一级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁发出蓝色预警灯光；

S4、桥梁在受到相对较大的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生中度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级弹簧同时发生接触，一级、二级弹簧与装配粘滞液进行二级消能减振，一级、二级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色及橙色预警灯光；

S5、桥梁在受到剧烈车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生重度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部以及上部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级、三级弹簧同时发生接触，一级、二级、三级弹簧与装配粘滞液进行三级消能减振，一级、二级、三级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力出发预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色、橙色、红色预警灯光；

S6、当短吊杆长时间处于三级预警时，短吊杆存在骤断风险，三级弹簧头部弧形橡胶面板内置报警系统，与桥梁监控系统互联，由内置报警系统反馈桥梁监控系统，需要对短吊杆进行维护。

需要说明的是，本实施例从上到下的预警减振机构的预警灯相互错开，发出的蓝色、橙色、红色预警灯光相互错位，不互相阻挡，防止发生干扰，预警功能更加直观。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种短吊杆纵桥向偏移预警装置，其特征在于，包括预警减振机构（1），所述预警减振机构（1）安装于桥面板（2）的预留孔洞（201）内，所述预留孔洞（201）内设置短吊杆（3）并通过短吊杆（3）与系杆拱桥拱肋（4）支撑连接，当短吊杆（3）发生晃动偏移时，触发预警减振机构（1）进行耗能减振并发出预警信号，所述预警减振机构（1）包括套筒（101）、上活塞环（102）、下活塞环（103）、上滑动块（104）、下滑动块（105）、储能弹簧（106）、复位弹簧（107）、粘滞液（108）、触发机构（109），所述套筒（101）内从上到下滑动设置有上滑动块（104）、下滑动块（105）、上活塞环（102）、下活塞环（103），所述上滑动块（104）、下滑动块（105）之间通过储能弹簧（106）进行连接，所述上活塞环（102）、下活塞环（103）之间密封填充有粘滞液（108），下活塞环（103）通过复位弹簧（107）与套筒（101）内底部相连，所述上滑动块（104）上端连接有触发机构（109），所述触发机构（109）的接触端设置有压力传感器（1091）以及预警灯（1092），所述压力传感器（1091）用于控制预警灯（1092）发出灯光预警，所述预警减振机构（1）设置有若干个，均匀呈周向安装于桥面板（2）的预留孔洞（201）内壁上，所述预警减振机构（1）设置有三组，每组包括四个预警减振机构（1），三组分别均匀呈周向安装于桥面板（2）的预留孔洞（201）内壁上不同高度上；上部的一组预警减振机构（1）、中间的一组预警减振机构（1）、下部的一组预警减振机构（1）的触发机构（109）距离正常状态的短吊杆（3）距离依次减小，三组预警减振机构（1）的复位弹簧（107）以及储能弹簧（106）的基本设计原则如下：

S1、以轴向断裂力为基础指标，短吊杆（3）的索外保护套开始破损、索外保护套完全破损，短吊杆（3）的拉索完全断裂为三级界限；

S2、在有限元模拟的基础上，索外保护套开始破损轴向断裂力、索外保护套完全破损轴向断裂力/>、拉索完全断裂轴向断裂力/>；

S3、根据减振弹簧整体装置所选粘滞液（108）的类型，从下到上记三组预警减振机构（1）所受粘滞力分别为、/>、/>；

S4、在有限元模拟的基础上得出轴向断裂力与横向断裂力/>的比例系数λ，

；

S5、由有限元模拟所得比例系数，可根据实际工程中索外保护套材料的断裂力以及拉索的断裂力推出横向断裂力，建立与弹簧力之间的平衡，平衡方程仅考虑横向断裂力与储能弹簧（106）及粘滞力之间的平衡；

S6、从下到上三组预警弹簧劲度系数设置基本原则，要求；

S7、针对不同工程的短吊杆（3），按照短吊杆（3）外壁与桥面板（2）的预留孔洞（201）内壁距离L，从上到下的三级预警减振机构（1）长度分别设置为，预警减振机构（1）的连接杆（1093）的长度占预警减振机构（1）整体长度一半，预警减振机构（1）的可伸缩部分占预警减振机构（1）整体长度一半，三级弹簧长度设置分别为/>，复位弹簧设置长度与对应储能弹簧长度相同；

即，一级弹簧劲度系数为：

即，二级弹簧劲度系数为：

即，三级弹簧劲度系数为：

。

2.根据权利要求1所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置，其特征在于，所述上滑动块（104）、下滑动块（105）均具有同磁性，所述上活塞环（102）具有与上滑动块（104）、下滑动块（105）相反的磁性。

3.根据权利要求1所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置，其特征在于，所述触发机构（109）包括连接杆（1093）以及弧形橡胶接触面板（1094），所述连接杆（1093）一端与上滑动块（104）相连，另一端连接弧形橡胶接触面板（1094）。

4.根据权利要求3所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置，其特征在于，所述连接杆（1093）与弧形橡胶接触面板（1094）之间球铰接。

5.一种采用如权利要求1-4任一所述的短吊杆纵桥向偏移预警装置的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、系杆拱桥拱肋及桥面板施工完成后，于短吊杆安装位点的桥面板预留孔洞内腔沿高度方向从上至下周向均匀安置含有三、二、一级预警弹簧的预警减振机构，套筒尾部焊接于桥面板内部；

S2、进行系杆拱桥的短吊杆安装工作，桥梁进入使用状态；

S3、桥梁在受到相对较小的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生轻度偏移，短吊杆的索外保护套与下部的预警减振机构的储能弹簧-即一级弹簧发生接触，一级弹簧与装配粘滞液进行一级消能减振，一级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁发出蓝色预警灯光；

S4、桥梁在受到相对较大的车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生中度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级弹簧同时发生接触，一级、二级弹簧与装配粘滞液进行二级消能减振，一级、二级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力触发压力传感器控制预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色及橙色预警灯光；

S5、桥梁在受到剧烈车辆冲击荷载作用时，短吊杆发生重度偏移，短吊杆索外保护套与下部、中部以及上部的预警减振机构的储能弹簧-即一级、二级、三级弹簧同时发生接触，一级、二级、三级弹簧与装配粘滞液进行三级消能减振，一级、二级、三级弹簧头部弧形橡胶面板由接触力出发预警灯，沿短吊杆外壁平行发出蓝色、橙色、红色预警灯光；

S6、当短吊杆长时间处于三级预警时，短吊杆存在骤断风险，三级弹簧头部弧形橡胶面板内置报警系统，与桥梁监控系统互联，由内置报警系统反馈桥梁监控系统，需要对短吊杆进行维护。