CN217629423U - 一种智能索夹及悬索桥吊索受力监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能索夹，包括上半索夹和下半索夹，所述上半索夹和下半索夹的侧部连接边通过智能紧固件连接，所述智能紧固件包括紧固件和设置在所述紧固件一端用以测量紧固件的轴向形变量的测量单元。本实用新型还公开了一种悬索桥吊索受力监测系统，包括主缆和沿主缆长度方向间隔设置在所述主缆上的索夹，所述索夹为所述的智能索夹，所述智能索夹的下半索夹的下连接边与锚头连接，该悬索桥吊索受力监测系统还包括能够对所述智能紧固件所获取的轴向形变量进行处理的数据处理系统。

Description

一种智能索夹及悬索桥吊索受力监测系统

技术领域

本实用新型涉及悬索桥技术领域，特别涉及一种智能索夹及悬索桥吊索受力监测系统。

背景技术

随着我国科技与经济的发展，国内交通网已经四通八达，道路交通作为我国经济的发展命脉，是我国基础建设必不可少的一项工作。而桥梁作为道路交通的重要枢纽，其建设、发展以及后期的维护也受到越来越多的关注。特别是大型桥梁在长期的使用过程中受到自然因素以及人为因素的影响结构会发生损伤，使人们的财产以及生命安全受到严重的威胁。

合适的预紧力值可以提高悬索桥吊索的使用寿命，桥梁稳定性和安全性。大量的研究和使用经验证明：悬索桥吊索受力变化受自然风况，桥面载荷及桥面平整度，驶入桥梁大型货车的影响较大。实时监测目的在于监控各种工况下，吊索的安全性，以保证桥梁的吊索始终处于完全状态。

而目前还有没可以实时监测悬索桥吊索受力情况的部件以及系统。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种智能索夹，本实用新型的目的之二在于提供一种悬索桥吊索受力监测系统。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种智能索夹，包括上半索夹和下半索夹，所述上半索夹和下半索夹的侧部连接边通过智能紧固件连接，所述智能紧固件包括紧固件和设置在所述紧固件一端用以测量紧固件的轴向形变量的测量单元。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述紧固件包括螺栓或者双头螺柱，所述测量单元包括测量杆和位移测量装置，所述紧固件的其中一端端部向中部设置有轴向孔，所述测量杆设置在所述轴向孔内，当所述紧固件受力使得其发生轴向形变时，紧固件形进而促使所述测量杆移动生成一位移量，所述位移测量装置获取该位移量。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述位移测量装置具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量杆与所述轴向孔为固定配合。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述位移测量装置为精密位移测量仪器，所述精密位移测量仪器的测杆作为所述测量杆。

一种悬索桥吊索受力监测系统，包括主缆和沿主缆长度方向间隔设置在所述主缆上的索夹，所述索夹为如上任一技术方案所述的智能索夹，所述智能索夹的下半索夹的下连接边与锚头连接，该悬索桥吊索受力监测系统还包括能够对所述智能紧固件所获取的轴向形变量进行处理的数据处理系统。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述数据处理系统包括数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述数据接收端与所述位移测量装置连接，所述数据接收端将数据送至所述数据处理器进行处理，将所述测量单元所获取的轴向形变量数据转化为紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至所述远端服务器。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述远端服务器还与报警装置连接，当所述远端服务器接收到所述测量单元所获得的轴向形变量数据超过预设定值时，所述报警装置发出警报。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括智能锚杯，所述智能锚杯包括吊索下锚杯，所述吊索下锚杯的上部一侧设置有传感单元，所述吊索下锚杯的下部一侧设置有与所述传感单元的检测端对应的被检测部，所述传感单元与所述数据处理系统连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述吊索下锚杯的上部一侧设置有安装架，所述传感单元为设置在所述安装架上的传感器，所述传感器的测量端与所述被检测部对应，以检测吊索下锚杯的轴向形变量。

由于采用了如上的技术方案，本实用新型的智能索夹具有用以测量紧固件的轴向形变量的测量单元。另外，通过带有该智能索夹的悬索桥吊索受力监测系统，通过监测索夹的紧固件受力的变化来监测吊索的索力。还可以通过在吊索下锚杯处安装传感单元来监测吊索下锚杯的轴向形变量，通过换算得知锚杯所受的拉力即为吊索的索力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型的智能索夹的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图2的I处局部放大剖视图。

图4是本实用新型的智能索夹的受力分析图。

图5是本实用新型的一种悬索桥吊索受力监测系统的结构示意图。

图6是本实用新型的智能锚杯的正视图。

图7是本实用新型的智能锚杯的立体图。

图8是本实用新型的智能锚杯的受到拉力时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本实用新型。

参见图1至图4所示，一种智能索夹包括上半索夹100和下半索夹200，上半索夹100和下半索夹200的侧部连接边通过智能紧固件300连接，上半索夹100和下半索夹200为现有技术，智能紧固件300包括紧固件310和设置在紧固件310一端用以测量紧固件310的轴向形变量的测量单元320。紧固件300包括螺栓或者双头螺柱。

测量单元320包括测量杆321和位移测量装置322，紧固件310的其中一端端部向中部设置有轴向孔311，测量杆321设置在轴向孔311内，测量杆 321与轴向孔311为固定配合，位移测量装置322为精密位移测量仪器，精密位移测量仪器的测杆作为测量杆321。当然，位移测量装置322也可以为高精度位移传感器。测量单元400根据位移量测量出紧固件本体的预紧力，当紧固件310受力使得其发生轴向形变时，紧固件310形进而促使测量杆321移动生成一位移量，位移测量装置322获取该位移量。位移测量装置322具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块，方便与外界通讯。

本实施例中，位移测量装置322的外围设置有防护罩323，对于位移测量装置322起到防护作用，延长其使用寿命。

本实用新型的智能紧固件300原理大致可以参考本申请人的中国专利授权公告号CN208221286U公开的一种智能紧固件。

当紧固件310紧固时，紧固件310受到外加载荷的作用，从而引起紧固件310伸长，紧固件310伸长时带动测量杆321产生相对紧固件310一端的位移，最终这个位移量被位移测量装置322感知，将该位移量转换为电信号，以无线/有线通讯的方式发送给与测量单元320配套的信号接收装置，该位移量即为紧固件310相应长度的变形量。将该位移量代入下列公式，即可获得紧固件310所受载荷的大小。

F＝E×A×△L/L (1)

其中，F为紧固件310的预紧力，E为紧固件本体材料弹性模量，A为紧固件本体的径向截面积，L为所测量部分紧固件本体的长度，E、A、L均为固定常量。

结合图4至图8所示，一种悬索桥吊索受力监测系统包括主缆500和沿主缆500长度方向间隔设置在主缆500上的索夹，该索夹为如上述的智能索夹。智能索夹的下半索夹200的下连接边210与锚头连接，该悬索桥吊索受力监测系统还包括能够对智能紧固件300所获取的轴向形变量进行处理的数据处理系统。数据处理系统对测量单元320所获取的轴向形变量以及进行处理的方式包括但不限于对该轴向形变量进行计算得出紧固件310的预紧力或对该轴向形变量直接获取显示。

本实施例中的数据处理系统包括数据接收端610、数据处理器620和远端服务器630，数据接收端610与位移测量装置322连接，数据接收端610将数据送至数据处理器620进行处理，将测量单元320所获取的轴向形变量数据转化为紧固件310的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器 630。远端服务器630还与报警装置640连接，当远端服务器630接收到测量单元320所获得的轴向形变量数据超过预设定值时，报警装置640发出警报。

悬索桥的每根吊索700通过智能索夹安装在悬索主缆500上，智能索夹的受力情况如图4所示。下半索夹200受到吊索700的垂直向下索力T以及所有索夹连接紧固件垂直于悬索主缆500的向上的总拉力F。根据受力分析，可知：

F＝T*cosθ (2)

T＝F/cosθ (3)

因此只需获得索夹连接紧固件的初始预紧力以及实际载荷就可以获得连接紧固件的拉力。根据索夹和吊索的安装顺序及施工进度，每根索夹紧固件受力工况可分为在未安装吊索的静态预紧载荷f₀和安装好吊索并连接桥梁的载荷f_n，n＝1、2、3、4.....，n为一个索夹上紧固件的个数，将f_n与f₀做差值得到Δf，Δf即为单个索夹连接紧固件的拉力。

索夹的所有紧固件总拉力F为每个索夹紧固件拉力Δf之和，关系表达式如下：

F＝∑Δf (4)

因此可以根据索夹所用智能紧固件的受力情况监测吊索索力的状态。

本实用新型优点是可以在监测索夹连接紧固件预紧力状态的情况下，进一步获得索力的绝对值及其变化。

为了能够进一步监测吊索索力，本实用新型还可以包括智能锚杯800，智能锚杯800包括吊索下锚杯810，吊索下锚杯810的上部一侧设置有传感单元 820，吊索下锚杯810的下部一侧设置有与传感单元820的检测端对应的被检测部830，传感单元820与数据处理系统连接。优选的，吊索下锚杯810的上部一侧设置有安装架840，传感单元820为设置在安装架840上的传感器，传感器的测量端821与被检测部830对应，以检测吊索下锚杯810的轴向形变量。

数据处理系统包括数据接收端610、数据处理器620和远端服务器630，数据接收端610与传感单元820连接，数据接收端610将数据送至数据处理器620进行处理，将传感单元820所获取的轴向形变量数据转化为吊索下锚杯810的轴向形变量或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器630。远端服务器630还与报警装置640连接，当远端服务器630接收到传感单元820 所获得的轴向形变量数据超过预设定值时，报警装置640发出警报。

当吊索下锚杯810在受到桥梁和吊索的拉力时，会引起吊索下锚杯810 的伸长。吊索下锚杯810伸长时，在吊索下锚杯810上端的传感单元820和下端被检测部830之间将产生形变位移，最终这个位移量被被检测部830感知，将该位移量转换为电信号，以有线通讯的方式发送给与智能锚杯800配套的数据处理系统，该位移量即为吊索下锚杯810相应长度的变形量。将该位移量代入下列公式，即可获得吊索下锚杯810所受拉的大小。

F＝E×A×△L/L (5)

其中，F为吊索下锚杯所受拉力，E为吊索下锚杯本体材料弹性模量，A 为吊索下锚杯本体的等效径向截面积，L为所测量部分吊索下锚杯本体的长度，E、A、L均为固定常量。吊索下锚杯所受的拉力即为吊索的索力。

带上智能锚杯800的方案的优点是可以在已建成的悬索桥安装实施，无需更换吊索的任何部件，仅需在现有的下锚杯上安装传感单元820以及对应的被检测部830即可实现相应的索力监测。

本实用新型可以利用智能索夹和智能锚杯双重监测索力，而且两者监测结果可以作分析比较，保证了悬索桥上部和下部的索力都能受到监测，保证监测准确性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智能索夹，包括上半索夹和下半索夹，其特征在于，所述上半索夹和下半索夹的侧部连接边通过智能紧固件连接，所述智能紧固件包括紧固件和设置在所述紧固件一端用以测量紧固件的轴向形变量的测量单元。

2.如权利要求1所述的一种智能索夹，其特征在于，所述紧固件包括螺栓或者双头螺柱，所述测量单元包括测量杆和位移测量装置，所述紧固件的其中一端端部向中部设置有轴向孔，所述测量杆设置在所述轴向孔内。

3.如权利要求2所述的一种智能索夹，其特征在于，所述位移测量装置具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块。

4.如权利要求2所述的一种智能索夹，其特征在于，所述测量杆与所述轴向孔为固定配合。

5.如权利要求2所述的一种智能索夹，其特征在于，所述位移测量装置为精密位移测量仪器，所述精密位移测量仪器的测杆作为所述测量杆。

6.一种悬索桥吊索受力监测系统，包括主缆和沿主缆长度方向间隔设置在所述主缆上的索夹，其特征在于，所述索夹为如权利要求1至5任一权利要求所述的智能索夹，所述智能索夹的下半索夹的下连接边与锚头连接，该悬索桥吊索受力监测系统还包括能够对所述智能紧固件所获取的轴向形变量进行处理的数据处理系统。

7.如权利要求6所述的一种悬索桥吊索受力监测系统，其特征在于，所述数据处理系统包括数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述数据接收端与位移测量装置连接。

8.如权利要求7所述的一种悬索桥吊索受力监测系统，其特征在于，所述远端服务器还与报警装置连接。

9.如权利要求6或7或8所述的一种悬索桥吊索受力监测系统，其特征在于，还包括智能锚杯，所述智能锚杯包括吊索下锚杯，所述吊索下锚杯的上部一侧设置有传感单元，所述吊索下锚杯的下部一侧设置有与所述传感单元的检测端对应的被检测部，所述传感单元与所述数据处理系统连接。

10.如权利要求9所述的一种悬索桥吊索受力监测系统，其特征在于，所述吊索下锚杯的上部一侧设置有安装架，所述传感单元为设置在所述安装架上的传感器，所述传感器的测量端与所述被检测部对应，以检测吊索下锚杯的轴向形变量。

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