CN2801876Y - 用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于该装置包括节点器、锚具和两根具有寿命差的缆索，锚具为三副，其中两副连接于两根具有寿命差的缆索一端，并通过其使两根具有寿命差的缆索与节点器相连，另一副锚具反方向连接于节点器上。本实用新型还可设置一根安全索，该安全索通过一端连接的锚具与节点器相连，另一端与桥道相连。本实用新型不仅能产生破断－预警，还能进行拉索或吊杆拆换修复的在线作业，且修复时间短，速度快，成本低，可用于中、下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥的新桥设计建造，也可用于现有桥梁的修复和改造。

Description

用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置

一、技术领域

本实用新型属于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换技术领域，具体涉及一种用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，该装置可用于现代公路桥梁、铁路桥梁、城市桥梁以及管道桥梁工程中的中承式拱桥和下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥的吊杆、斜缆的破断预警及在线拆换。

二、背景技术

对于现代公路桥梁、铁路桥梁、城市桥梁以及管道桥梁工程中的下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥，在我国数以百座计，不仅建设投资大，且其中跨径规模居世界前列乃至第一者，也不只一二。虽然这些桥的设计寿命一般都为75至100年以上，而这些桥梁上受力的关键部件吊杆和拉索的寿命则仅为桥梁寿命的1/5左右，因此，在桥梁的服役期内，吊杆和拉索都将提前失效，造成破断，这是不可避免的。再加上吊杆和拉索在实际使用中，受环境可变因素影响较大，故其实际寿命比设计寿命还要短，通常只有3年、6年、11年、13年、16年左右不等，最长也不超过20年(唐寰澄：“桥梁拉索隐患剖析”，《桥梁》，2005/5期)。吊杆和拉索的破断，轻者影响交通畅通，重者会使桥道垮塌，而垮塌后的修复费用高，大致为原桥总造价的1～2倍，修复工期长，以致于因交通中断带来的社会影响及损失，更是难以数计。

按说，解决吊杆和拉索破断的最简单、最经济的办法，应是在不中断交通的情况下，对破断的吊杆或拉索进行在线的逐一拆换，但是，根据现有技术文献报道的情况来看，迄今为止设计和建造的桥梁，以及相关的规程、规范等，均未对吊杆和拉索的拆换作构造和设计考虑，因此，已有桥梁上的吊杆和拉索多不便拆换。甚至，在吊杆或拉索破断，桥道垮塌后的修复中，仍然没有考虑新换的吊杆或拉索会再度破断，桥道会再度垮塌，而且还不只一、两次，因而应对吊杆或拉索进行拆换方面的构造设计，从最经济、最简单的角度上根本解决问题。这种状况，对于使用中的中、下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥来说，不能不说是一个非同小可的隐患，急待解决。

三、发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种适用于现代公路桥梁、铁路桥梁、城市桥梁以及管道桥梁工程中的中、下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥的吊杆、斜缆的破断预警及在线拆换装置。

本实用新型提供的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，是基于破损安全理论，将现行的吊杆或拉索的单元受力，改造为多元受力的思想设计的，该装置包括节点器、锚具和两根具有寿命差的缆索，锚具为三副，其中两副连接于两根具有寿命差的缆索一端，并通过其使两根具有寿命差的缆索与节点器相连，另一副锚具反方向连接于节点器上。

其中节点器的形状可设计成为一个带锥度的圆台盘，中部开有一通孔，上盘面沿边缘向盘面中部倾斜内凹至通孔处，反方向连接的锚具通过可固连的缆索的一端穿过通孔而位于节点器的下盘面，节点器两侧面各开有一个对称的固连槽口，槽口的截面形状呈“U”形，两根具有寿命差的缆索可活动插入该槽口，并通过端头各自连接的锚具与节点器相连。

如果将本实用新型上述的结构形式用于修复改造现有竖向单吊杆的拱桥中，可取代原设计中的吊杆，具体取代的方法是：在每一根原吊杆的上下安装位置，即拱肋和桥面处，将本实用新型中反方向连接的锚具，即位于节点器的下盘面的锚具固连上缆索，并将固连的缆索一端穿过通孔后的另一端也冷铸上锚具，然后安装在原有吊杆安装位置的拱肋和桥面中，这样就使得与该缆索相连的节点器，在位于拱肋下的一组和桥面上的一组是反向的，即节点器倾斜内凹的上盘面的朝向相反。而位于拱肋下的每一个节点器中，活动插入其盘面两侧槽口内的两根具有寿命差的缆索，分别向下张拉至原相邻吊杆的桥面安装位置处的反向节点器的侧面槽口内，并通过各自端头的锚具张紧固定。这样就把现行吊杆的单元受力，改造为多元受力，因此更安全。由于每一个节点器上张拉的两根缆索都具有寿命差，因而在使用过程中，其破断就会形成时间差。如当某个节点器中寿命短的一根缆索出现破断，即产生预警，这时就应对拉索系统作全面的检测、诊断，确定拆换对象，进行修复设计，然后根据设计拆换有关的拉索，确保安全服役。拆换时只要将破断的有关拉索取下，将按照寿命设计制造的连接有锚具的新索两端挂入节点器的槽口内，张拉调整即可，因而可实现快速的在线拆换。

如果将本实用新型用于新建的斜拉桥中，本实用新型还包括一根安全索和一个联接螺杆，安全索的一端也连接有一锚具，联接螺杆的两端分别与安全索一端的锚具和节点器下盘面的锚具相连。具体使用时，原设计的斜拉桥的主缆下端头不直接斜拉固连于桥面上，而是在距桥面一定高度时其端头就从节点器倾斜内凹的上盘面中部的通孔中穿过，冷铸位于节点器下盘面的锚具内并与节点器相连；而活动插入节点器两侧面槽口内的两根具有寿命差的缆索，则分别向下张拉至与原相邻两根斜拉主缆的桥面安装位置之间的1/2桥面处固连，这样就把现行拉索的单元受力，改造为多元受力，以实现破损预警。本实用新型设计的安全索下端固连在桥面原主缆的安装位置，其上端头连接的锚具因通过其上连接的联接螺杆与节点器下盘面的锚具相连，故安全索与主缆就处于同一斜拉线上，但此时，并不承载。由于每一个节点器上活动插入张拉的两根缆索具有寿命差，因而在使用过程中，其破断就会形成时间差。如当某个节点器中寿命短的一根缆索出现破断，一方面产生预警，提醒应对拉索系统作全面的检测、诊断，确定拆换对象了，另一方面它会使节点器出现些微偏转，导致另一根缆索松弛，但由于有安全索与节点器相连，故当节点器上活动插入张拉的两根缆索破断和松弛后，安全索即刻会自动接替上来产生承载作用，也就不会出现因拉索破断，桥道垮塌而中断交通的事故。拆换时只要将破断的有关拉索取下，将按照同寿命设计制造的冷铸有锚具的新索一端挂入节点器的槽口内，另一端固定在桥面上经张拉调整即可，因而可实现快速的在线拆换。

其中节点器的形状还可设计成为一个带锥度的平板，平板的两斜边端面各垂直焊接有一镶边，该镶边为一长条板，平板的短边一侧的端部开有一销孔，平板的长边一侧的端部开有二个销孔，每个锚具镦头板一侧的锚杯端边两侧向轴线方向收缩延伸至与平板厚度匹配的距离时，再平行延伸形成鸭嘴形的销接扣，销接扣的端头为半圆形，其上开有销孔，两根具有寿命差的缆索通过锚具销接扣用销钉连接于节点器平板的长边一侧，另一锚具通过销接扣用销钉连接于节点器平板的短边一侧。

本实用新型中两根具有寿命差的缆索，考虑使用过程中各种可预见和不可预见因素的影响，和保证其能产生预警作用，其设计的寿命差为2～4年。

本实用新型具有以下优点：

1、由于本实用新型设计了节点器和两根具有寿命差的缆索，因而不仅具有拉索先后破断的预警效果，使桥梁在临近破断或未受损伤的情况时，产生破损预警，以及即时修复，避免了桥梁垮塌的重大事故产生。

2、借助本实用新型设计的节点器，不仅可实现破断拉索受力的自动转移-分流，在一定程度上增加了换索修复前的安全性，而且还可在几乎不中断交通的情况下，进行拉索的逐一拆换，实现在线作业。

3、由于本实用新型的拉索至少有一端是活动挂在节点器上，因而就拆换单索而言，数小时至一天即可完成，修复时间短，速度快。

4、由于使用本实用新型是出现预警后就开始主动进行拆换的，因此拆换时，桥梁还未受损伤，更不会垮塌，因而与桥梁突然受损甚至垮塌的修复费用相比，大大降低，仅有新换拉索和拆换的施工费用。

5、将本实用新型进行适当的组合、连接，可实现不同的破损预警及在线拆换，因而既可用于中、下承式拱桥、斜拉桥和悬索桥的新桥设计建造，也可用于现有桥梁的修复和改造。

四、附图说明

图1为本实用新型的一种结构形式的主视结构的半剖示意图；

图2为本实用新型的另一种结构形式的主视结构的半剖示意图；

图3为本实用新型第一、二两种结构形式中节点器的仰、俯各1/2的结构示意图；

图4为本实用新型的第三种结构形式的主视结构的示意图；

图5为本实用新型的第四种结构形式的主视结构的示意图；

图6为本实用新型第三、四两种结构形式中带销接扣的锚具与节点器平板的连接部位中轴剖视示意图；

图7为本实用新型第一种结构形式应用于改造拱桥中的连接构造示意图；

图8为图7中位于拱肋下的本实用新型一个单元安装朝向的局部放大图；

图9为图7中位于桥面上的本实用新型一个单元安装朝向的局部放大图；

图10为本实用新型第二种结构形式应用于斜拉桥中的连接构造示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图给出实施例和应用例，以对本实用新型作进一步说明。但所给出的实施例不能理解为对本实用新型保护范围的限制，因而本专业的技术人员根据上述本实用新型的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1、3所示，本实施例所给出的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置包括节点器1、锚具4和两根具有寿命差的缆索5，锚具4为三副，其中两副连接于两根具有寿命差的缆索5一端，并通过其使两根具有寿命差的缆索5与节点器1相连，另一副锚具4反方向连接于节点器1上。本实施例的节点器1为一个带锥度的圆台盘，中部开有一通孔2，上盘面沿边缘向盘面中部倾斜内凹至通孔2处，反方向连接的锚具4通过可固连的缆索6的一端穿过通孔2而位于节点器1的下盘面，节点器1两侧面各开有一个对称的固连槽口3，槽口3的截面形状呈“U”形，两根具有寿命差的缆索5可活动插入该槽口3，并通过端头各自连接的锚具4与节点器1相连。两根具有寿命差的缆索5的寿命差为2～4年。为了减轻节点器的重量和用材，本实施例的节点器1盘面的截面形状设计呈椭圆形，见图3。另外，考虑到本实用新型在使用过程中，由于两根具有寿命差的缆索5是活动插入节点器1的槽口3内，因而在外界条件的影响下会有一定的转动，同时也会影响反方向连接的锚具4相对于接触的节点器1下盘面转动，为了便于转动，且又能使各自的安装位置相对固定，节点器1盘面两侧开的固连槽口3与两根具有寿命差的缆索5一端的锚具4的接触面设计为凹球面，而锚具4与之的接触面则为凸球面；反方向连接的锚具4与节点器1中部通孔2的接触面设计为凸球面，而节点器1中部通孔2与反方向连接的锚具4的接触面为凹球面。

实施例2

如图2、3所示，本实施例所给出的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置包括节点器1、锚具4、两根具有寿命差的缆索5、一根安全索7和一个联接螺杆8。因节点器1、锚具4和两根具有寿命差的缆索5的形状、结构、连接关系和作用与实施例1完全相同，故略去不述。而本实施例的安全索7也是一根缆索，其一端也连接有一锚具4，联接螺杆8的两端分别与安全索7一端的锚具4和节点器1下盘面的锚具4相连。

实施例3

如图4、6所示，本实施例所给出的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置包括节点器1、锚具4和两根具有寿命差的缆索5，锚具4为三副，其中两副连接于两根具有寿命差的缆索5一端，并通过其使两根具有寿命差的缆索5与节点器1相连，另一副锚具4反方向连接于节点器1上。本实施例的节点器1为一个带锥度的平板，为增加平板的强度和保证平板的平直，平板1的两斜边端面各垂直焊接有一镶边9，该镶边9为一长条板，平板1的短边一侧的端部开有一销孔，平板1的长边一侧的端部开有二个销孔。本实施例的每个锚具4锚板一侧的锚杯端边两侧向轴线方向收缩延伸至与平板1厚度匹配的距离时，再平行延伸形成鸭嘴形的销接扣10，销接扣10的端头为半圆形，其上开有销孔，两根具有寿命差的缆索5通过锚具销接扣10用销钉11连接于节点器平板1的长边一侧，另一锚具4通过销接扣10用销钉11连接于节点器平板1的短边一侧。两根具有寿命差的缆索5的寿命差为2～4年。

实施例4

如图4、6所示，本实施例所给出的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置包括节点器1、锚具4、两根具有寿命差的缆索5和一根安全索7。因节点器1、锚具4和两根具有寿命差的缆索5的形状、结构、连接关系和作用与实施例3基本相同，故略去不述。而本实施例的安全索7也是一根缆索，其一端也连接有一带销接扣10的锚具4，安全索7通过锚具销接扣10用销钉11连接于两根具有寿命差的缆索5之间的节点器平板1上，而安全索7相邻的其中一根具有寿命差的缆索5所连接的平板1部位短于安全索7和另一根具有寿命差的缆索5所连接的平板1部位。

应用例1

本应用例是将本实用新型应用于改造的拱桥中，以替换原来设计的吊杆，使之既具有破损安全和预警作用，又能实现在线拆换。

先将本实用新型实施例1的结构形式中位于节点器1下盘面锚具4固连一根缆索6，在固连的缆索6的另一端也冷铸上锚具，然后将冷铸上的锚具浇注固定在原每一根吊杆14安装的拱肋12和桥面13位置，这样就使得与该缆索相连的节点器1，在位于拱肋12下的一组和桥面13上的一组是反向的，即节点器1倾斜内凹的上盘面的朝向相反，如图7、8、9所示。而活动插入拱肋12下的节点器1两侧面槽口2内的两根具有寿命差的缆索5，则分别向下张拉至原相邻吊杆的桥面13安装位置处的反向节点器1两侧面槽口2内，并通过各自端头的锚具4张紧固定。这样就把现行吊杆的单元受力，改造为多元受力，因此更安全。由于每一个节点器1上张拉的两根缆索5都具有寿命差，因而在使用过程中，其破断就会形成时间差。如当某个节点器1中寿命短的一根缆索5出现破断，即产生预警，这时就应对拉索系统作全面的检测、诊断，确定拆换对象，进行修复设计，然后根据设计拆换有关的拉索，确保安全服役。拆换时只要将破断的有关拉索取下，将按照寿命设计制造的冷铸有锚具4的新索5两端挂入节点器1的槽口2内，张拉调整即可，因而可实现快速的在线拆换。

应用例2

本应用例是将本实用新型实施例2的结构形式应用于新建的斜拉桥中，使之既具有破损安全和预警作用，也能实现在线拆换。

将原设计的斜拉桥的主缆下端头不直接斜拉固连于桥面13上，而是在距桥面13一定高度时就作为本实用新型中可固连于节点器1下盘面锚具4中的缆索6，从本实用新型中节点器1倾斜内凹的上盘面中部的通孔2中穿过，冷铸位于节点器1下盘面的锚具4内并与节点器1相连；而活动插入节点器两侧面槽口2内的两根具有寿命差的缆索5，则分别向下张拉至与原相邻两根斜拉主缆的桥面安装位置之间的1/2桥面13处固连，这样就把现行拉索的单元受力，改造为多元受力，见图10。本实用新型设计的安全索7下端固连在桥面13原主缆的安装位置，其上端头连接的锚具4，通过其上连接的联接螺杆8与节点器1下盘面的锚具4相连，这时安全索7与主缆6就处于同一斜拉线上，但不承载。由于每一个节点器1上活动插入张拉的两根缆索5具有寿命差，因而在使用过程中，其破断就会形成时间差。如当某个节点器1中寿命短的一根缆索5出现破断，一方面产生预警，提醒应对拉索系统作全面的检测、诊断，确定拆换对象了，另一方面它会使节点器1出现些微偏转，导致另一根寿命长的缆索5松弛，但由于有安全索7与节点器1相连，故当节点器1上活动插入张拉的两根缆索5破断和松弛后，安全索7即刻会自动接替上来产生承载作用，也就不会出现因拉索破断，桥道垮塌而中断交通的事故。拆换时只要将破断的有关拉索取下，将按照同寿命设计制造的冷铸有锚具4的新索5一端挂入节点器1的槽口2内，另一端铸在桥面13上经张拉调整即可，因而可实现快速的在线拆换。

如果需要拆换节点器1以上部分主缆6时，可在该主缆6的主梁上栓两根临时缆，将节点器1向上提起，然后拆除主缆6，换上新主缆6并使之与节点器1相连，最后拆除临时缆即可。

Claims (10)

1、一种用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于该装置包括节点器(1)、锚具(4)和两根具有寿命差的缆索(5)，锚具(4)为三副，其中两副连接于两根具有寿命差的缆索(5)一端，并通过其使两根具有寿命差的缆索(5)与节点器(1)相连，另一副锚具(4)反方向连接于节点器(1)上。

2、根据权利要求1所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于节点器(1)形如一个带锥度的圆台盘，中部开有一通孔(2)，上盘面沿边缘向盘面中部倾斜内凹至通孔(2)处，反方向连接的锚具(4)通过固连缆索(6)的一端穿过通孔(2)而位于节点器(1)的下盘面，节点器(1)两侧面各开有一个对称的固连槽口(3)，槽口(3)的截面形状呈“U”形，两根具有寿命差的缆索(5)可活动插入该槽口(3)，并通过端头各自连接的锚具(4)与节点器(1)相连。

3、根据权利要求2所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于该装置还包括一根安全索(7)和一个联接螺杆(8)，安全索(7)的一端也连接有一锚具(4)，联接螺杆(8)的两端分别与安全索(7)一端的锚具(4)和节点器(1)下盘面的锚具(4)相连。

4、根据权利要求2或3所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于节点器(1)盘面两侧开的固连槽口(3)与两根具有寿命差的缆索(5)一端的锚具(4)的接触面为凹球面，而锚具(4)与之的接触面则为凸球面；反方向连接的锚具(4)与节点器(1)中部通孔(2)的接触面为凸球面，而节点器(1)中部通孔(2)与反方向连接的锚具(4)的接触面为凹球面。

5、根据权利要求2或3所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于节点器(1)盘面的截面形状呈椭圆形。

6、根据权利要求4所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于节点器(1)盘面的截面形状呈椭圆形。

7、根据权利要求1所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于节点器(1)为一个带锥度的平板，平板(1)的两斜边端面各垂直焊接有一镶边(9)，该镶边(9)为一长条板，平板(1)的短边一侧的端部开有一销孔，平板(1)的长边一侧的端部开有二个销孔，每个锚具(4)锚板一侧的锚杯端边两侧向轴线方向收缩延伸至与平板(1)厚度匹配的距离时，再平行延伸形成鸭嘴形的销接扣(10)，销接扣(10)的端头为半圆形，其上开有销孔，两根具有寿命差的缆索(5)通过锚具销接扣(10)用销钉(11)连接于节点器平板(1)的长边一侧，另一锚具(4)通过销接扣(10)用销钉(11)连接于节点器平板(1)的短边一侧。

8、根据权利要求7所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于该装置还包括一根安全索(7)，安全索(7)的一端也连接有一带销接扣(10)的锚具(4)，安全索(7)通过锚具销接扣(10)用销钉(11)连接于两根具有寿命差的缆索(5)之间的节点器平板(1)上，而安全索(7)相邻的其中一根具有寿命差的缆索(5)所连接的平板(1)部位短于安全索(7)和另一根具有寿命差的缆索(5)所连接的平板(1)部位。

9、根据权利要求1或2或3所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于两根具有寿命差的缆索(5)的寿命差为2～4年。

10、根据权利要求7或8所述的用于桥梁吊杆和拉索的破断预警及在线拆换装置，其特征在于两根具有寿命差的缆索(5)的寿命差为2～4年。

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