CN114353861B - 一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置及方法，装置包括电动式激振器，用于对悬索桥吊索施加振动；电涡流位移传感器，用于检测吊索的振动位移；索夹抗滑性能检测单元，包括应变片组一、应变片组二、压敏纸和高速工业相机，其中，所述应变片组一和应变片组二分别贴附在索夹两侧的主缆表面上，用于动态检测索夹两侧主缆表层的应变值；所述压敏纸设置在索夹与主缆的接触区域，用于检测索夹与主缆之间的接触载荷；高速工业相机，其镜头对准索夹与主缆交界处。本发明能够实现对实际服役状态下的悬索桥吊索索力与索夹抗滑性能进行综合检测，获得索夹滑移对吊索索力的影响规律。

Description

一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置及方法

技术领域

本发明涉及悬索桥检测领域，具体涉及一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置及方法。

背景技术

悬索桥具有跨越能力大、受力能力好、轻盈美观等特点，是特大跨径桥梁的主要形式之一。近年来，随着我国经济的迅速发展和对交通的需求不断提高，悬索桥在我国的桥梁建设中得到了广泛的应用。悬索桥吊索和索夹是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的重要构件，吊索索力的改变，会使桥梁整体结构的静、动力等特性和线形出现相应的改变，索力变化突破极限时可能会导致桥梁垮塌；索夹与主缆之间的抗滑摩擦力不足将导致索夹发生滑移，使吊索索力发生变化，进而破坏悬索桥的结构稳定性。因此，开展实际服役状态下的悬索桥吊索索力和索夹抗滑性能的综合检测，探究索夹滑移对吊索索力的影响规律，对评估桥梁的健康状态具有重要意义。

目前已有的相关检测装置和检测方法较少，

专利号为：201510419551.6公开了悬索桥吊索索力测定方法，基于有限元方法得到吊索索力，该检测方法主要依赖理论计算，受实际工况复杂程度的影响，构建的理论模型难以完全符合实际工况。

专利号为：201910236944.1公开了一种基于频率法测定悬索桥短吊杆内力的装置，在吊杆上安装索力测试仪测定吊杆在激发后的自振频率，并通过测得的频率计算出吊杆内力，该装置中吊杆自振频率的测定依赖于环境随机激励，由于悬索桥吊索（吊杆）长度超过20m时常需设置抑振装置，且自然环境施加的随机激励不可控制，因此很难精准测定吊杆的自振频率。

专利号为：201521042700.3公开了一种悬索桥索夹抗滑移测试装置，该装置为模拟试验装置，无法应用于实际服役状态下悬索桥索夹抗滑性能的检测。目前还没有能够实现对实际服役状态下的悬索桥吊索索力和索夹抗滑性能进行综合检测的检测装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置及方法，从而实现对实际服役状态下的悬索桥吊索索力与索夹抗滑性能进行综合检测，获得索夹滑移对吊索索力的影响规律。该装置结构紧凑、操作方便、检测方法简单。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置，包括：

电动式激振器，用于对悬索桥吊索施加振动，所述电动式激振器通过连接顶杆与激振夹具连接，所述激振夹具用于夹持吊索，所述电动式激振器施加的振动通过连接顶杆及激振夹具传递到吊索；

电涡流位移传感器，用于检测吊索的振动位移；

索夹抗滑性能检测单元，包括应变片组一、应变片组二、压敏纸和高速工业相机，其中，所述应变片组一和应变片组二分别贴附在索夹两侧的主缆表面上，用于动态检测索夹两侧主缆表层的应变值；

所述压敏纸设置在索夹与主缆的接触区域，用于检测索夹与主缆之间的接触载荷；

高速工业相机，其镜头对准索夹与主缆交界处。

还包括机架以及设置在所述机架与电动式激振器之间的位置调整单元，所述位置调整单元包括：

垂直移动单元，用于驱动所述电动式激振器竖向移动；

旋转台，用于驱动所述电动式激振器水平转动；

水平移动单元，用于驱动所述电动式激振器水平方向移动。

所述垂直移动单元包括：

电动缸、滑台、滑块以及直线导轨，其中，所述电动缸设置在机架底板上，其活塞杆通过连接法兰与滑台连接，所述连接法兰包括连接法兰一和连接法兰二，所述连接法兰一设置在滑台底部，所述连接法兰二与电动缸的活塞杆连接；所述滑台通过滑块安装在直线导轨上，所述直线导轨设置在机架上；

所述旋转台为安装在所述滑台上的电动旋转台；

所述水平移动单元为安装在所述电动旋转台上的丝杠直线模组；

所述电动式激振器安装在所述丝杠直线模组的螺母移动副上。

还包括传感器支架，用于对所述电涡流位移传感器的位置进行微调，包括：

磁力底座、下端连接在磁力底座上的L形杆、通过螺钉安装在L形杆上端的固定片，所述固定片上设置有定位槽和传感器安装槽，用于调节固定片在L形杆上的安装位置和电涡流位移传感器在固定片上的安装位置，所述磁力底座设置在机架底板上。

还包括移动载具，用于带动所述机架以及机架上的检测装置主体进行移动。

还包括相机支架，设置在所述移动载具上，所述高速工业相机设置在相机支架上。

一种使用所述悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置的方法，包括以下步骤：

a. 根据待测吊索的实际工况，在吊索上确定合适的施加振动的位置并标记；

b. 拧松吊索上方与吊索连接的索夹的螺栓，将压敏纸插入索夹与主缆的接触区域后拧紧螺栓，将应变片组一和应变片组二分别贴附在索夹两侧的主缆表面上，将高速工业相机的相机镜头对准索夹与主缆交界处；

c. 通过应变片组一、应变片组二测得索夹两侧主缆表层的应力差，进而间接获得索夹与主缆之间的摩擦力，同时通过高速工业相机检测索夹相对主缆的滑移情况，记录索夹发生滑移时索夹与主缆之间的摩擦力作为索夹与主缆之间的抗滑摩擦力；

d．将连接顶杆安装在电动式激振器上，使连接顶杆的轴心线与吊索标记处齐平；调节激振器与吊索的距离至合适值后，在标记处安装激振夹具，将连接顶杆与激振夹具连接并在激振器端固定连接顶杆；

e. 启动电动式激振器，将电涡流位移传感器探头对准吊索，在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过电涡流位移传感器的检测结果，根据幅值判别法确定吊索的固有频率；根据测得的吊索固有频率以及吊索的单位长度质量和长度，计算得出其索力；

f. 根据高速工业相机的检测结果，进一步检测出索夹不同滑移值对应的吊索索力值，获得索夹滑移对吊索索力的影响规律；

g. 取出压敏纸，通过压敏纸获得索夹与主缆之间的接触载荷，进而结合步骤c得到的抗滑摩擦力得出索夹与主缆之间的抗滑摩擦系数。

有益效果：

1. 本发明采用电动平板车作为载具，可实现装置主体在悬索桥上便捷地移动，对实际服役状态下的悬索桥上各个吊索的索力和索夹的抗滑性能进行实时检测；

2. 本发明采用激振器对悬索桥吊索施加振动，能够避免自然环境随机激励的不可控性，实现精准地检测吊索的固有频率；

3. 本发明能够驱动激振器进行垂直、水平方向上的运动和转动，根据吊索上标定的施加激振的位置自由地调节激振器的位置，实现激振器与激振夹具的精准连接，进而使激振器对吊索精准地施加振动；

4. 本发明将频率法理论计算与实际检测相结合，根据吊索索力与其固有频率的关系确定其索力值，能够使检测结果达到较高的精度；

5. 本发明能够同时进行悬索桥吊索索力和索夹抗滑性能的综合检测，根据检测结果可以获得索夹滑移对吊索索力的影响规律。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的右视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为图1中I部分的局部放大图

图6为图1中的传感器支架的结构示意图；

附图标记：1、电动平板车；2、机架底板；3、侧支板；4、电动缸；5、滑台；6、电动旋转台；7、电动式激振器；8、主缆；9、相机支架；10、高速工业相机；11、索夹；12、吊索；13、直线导轨；14、连接顶杆；15、激振夹具；16、滑块；17、电涡流位移传感器；18、丝杠直线模组；19、传感器支架；20、桥面；21、连接法兰一；22、连接法兰二；23、应变片组一；24、应变片组二；25、压敏纸；26、磁力底座；27、L形杆；28、固定片；29、螺钉；30、传感器安装槽；31、定位槽；32、夹持块一；33、夹持块二；34、螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。

实施例1

如图1至图4所示，本发明的悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置包括激振单元、检测单元构成。

所述激振单元包括电动式激振器7、连接顶杆14、激振夹具15，用于对悬索桥吊索施加振动；所述电动式激振器7设置在丝杠直线模组18上，通过连接顶杆14与激振夹具15连接，所述连接顶杆14与激振夹具15通过螺纹连接；吊索12一端与桥面22连接，激振夹具15用于夹持吊索12，将电动式激振器7施加的振动通过连接顶杆14传递到吊索12。

激振夹具15包括前夹持块33和后夹持块32，前夹持块33上设置有螺纹孔34，连接顶杆14通过螺纹孔34与激振夹具15连接。

所述检测单元包括吊索索力检测单元和索夹抗滑性能检测单元。

所述吊索索力检测单元包括传感器支架19、电涡流位移传感器18，用于检测吊索12的振动位移，依据幅值判别法确定吊索12的固有频率，根据弦振动理论通过吊索12的固有频率计算出吊索12的索力；所述电涡流位移传感器18安装在传感器支架19上。

所述吊索索力检测装置依据幅值判别法确定吊索12的固有频率的原理如下：在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节电动式激振器7的激振频率，通过电涡流位移传感器18，可以观察到在某一激振频率下，吊索12的位移幅值迅速增加，此时的激振频率即为吊索12的固有频率。

基于频率法，根据弦振动理论，吊索12的索力F与固有频率f的关系式为

式中，m为吊索12的单位长度质量，l为吊索12的长度。

如图5所示，所述索夹抗滑性能检测单元包括应变片组一23、应变片组二24、压敏纸25、相机支架9、高速工业相机10，其中，所述应变片组一23和应变片组二24分别贴附在索夹11两侧的主缆8表面上，用于动态检测索夹11两侧主缆8表层的应变值，通过测得的应变值计算出两侧的应力差，间接获得索夹11与主缆8之间的摩擦力；所述压敏纸25设置在索夹11与主缆8的接触区域，用于检测索夹11与主缆8之间的接触载荷；所述相机支架9设置在电动平板车1上，所述高速工业相机10设置在相机支架9上，镜头对准索夹11与主缆8交界处，使用配套的分析系统可以在拍摄画面上标定参考点并追踪参考点的位置，实现检测索夹11相对主缆8的滑移。

实施例2

还包括机架以及设置在所述机架与电动式激振器7之间的位置调整单元，参见说明书附图图1~图3，该实施例是在上述实施例1的基础上实现的，对检测装置的特征作进一步限定，所述机架包括机架底板2、对称竖直设置在机架底板2上的两个侧支板3，机架底板2与侧支板3材料均采用灰铸铁。

所述位置调整单元包括：

垂直移动单元，用于驱动所述电动式激振器竖向移动；

旋转台，用于驱动所述电动式激振器水平转动；

水平移动单元，用于驱动所述电动式激振器7水平方向移动。

所述垂直移动单元包括：

电动缸4、滑台5、滑块16以及直线导轨13，其中，所述电动缸4设置在机架底板2上，其活塞杆通过连接法兰与滑台5连接，所述连接法兰包括连接法兰一21和连接法兰二22，所述连接法兰一21设置在滑台5底部，所述连接法兰二22与电动缸的活塞杆连接；所述滑台5通过滑块16安装在直线导轨13上，所述直线导轨13设置在机架上；

所述旋转台为安装在所述滑台上的电动旋转台6；

所述水平移动单元为安装在所述电动旋转台上的丝杠直线模组18；

所述电动式激振器7安装在所述丝杠直线模组18的螺母移动副上。

实施例3

还包括传感器支架，用于对所述电涡流位移传感器的位置进行微调，参见说明书附图图6，该实施例是在上述实施例1和实施例2的基础上实现的，对检测装置的特征作进一步限定，包括：

磁力底座26、下端连接在磁力底座上的L形杆27、通过螺钉安装在L形杆27上端的固定片28，所述固定片28上设置有定位槽31和传感器安装槽30，用于调节固定片28在L形杆27上的安装位置和电涡流位移传感器在固定片上的安装位置，所述磁力底座设置在机架底板2上。

实施例4

还包括移动载具，用于带动所述机架以及机架上的检测装置主体进行移动。参见说明书附图图1~图4，该实施例是在上述实施例1~实施例3的基础上实现的，对检测装置的特征作进一步限定。

实施例5

还包括相机支架，设置在所述移动载具上，参见说明书附图图1~图5，该实施例是在上述实施例4的基础上实现的，对检测装置的特征作进一步限定。所述高速工业相机设置在相机支架上。

使用上述悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置的方法，具体步骤如下：

a. 驾驶电动平板车1将悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置运送到待测吊索12处，根据待测吊索12的实际工况，在吊索12上确定合适的施加振动的位置并标记；

b. 拧松吊索12上方与吊索12连接的索夹11的螺栓，将压敏纸25插入索夹11与主缆8的接触区域后拧紧螺栓，将应变片组一23和应变片组二24分别贴附在索夹11两侧的主缆8表面上，将安装好高速工业相机10的相机支架9放置在电动平板车1上，使高速工业相机10镜头对准索夹11与主缆8交界处；

c. 通过左、应变片组二测得索夹11两侧主缆8表层的应力差，进而间接获得索夹11与主缆8之间的摩擦力，同时通过高速工业相机10检测索夹11相对主缆8的滑移情况，记录索夹11发生滑移时索夹11与主缆8之间的摩擦力作为索夹11与主缆8之间的抗滑摩擦力；

d. 将连接顶杆14安装在电动式激振器7上，控制电动缸4带动电动式激振器7竖直移动，使连接顶杆14的轴心线与吊索12标记处齐平；控制电动旋转台6带动电动式激振器7转动，使连接顶杆14端部与吊索12标记处对齐；控制丝杠直线模组18带动电动式激振器7水平直线移动，调节电动式激振器7与吊索12的距离至合适值后，在标记处安装激振夹具15，将连接顶杆14与激振夹具15连接并在电动式激振器7端固定连接顶杆14；

e. 启动电动式激振器7，将安装好电涡流位移传感器18的传感器支架19放置在机架底板2上，电涡流位移传感器18探头对准吊索12，在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节电动式激振器7的激振频率，通过电涡流位移传感器18的检测结果，根据幅值判别法确定吊索12的固有频率；根据测得的吊索12的固有频率以及吊索12的单位长度质量和长度，计算得出其索力；

f. 根据高速工业相机10的检测结果，进一步检测出索夹11不同滑移值对应的吊索12索力值，获得索夹滑移对吊索索力的影响规律；

g. 取出压敏纸25，通过压敏纸25获得索夹11与主缆8之间的接触载荷，进而结合步骤c得到的抗滑摩擦力得出索夹11与主缆8之间的抗滑摩擦系数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进与润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置，包括：

电动式激振器，用于对悬索桥吊索施加振动，所述电动式激振器通过连接顶杆与激振夹具连接，所述激振夹具用于夹持吊索，所述电动式激振器施加的振动通过连接顶杆及激振夹具传递到吊索；

电涡流位移传感器，用于检测吊索的振动位移；

索夹抗滑性能检测单元，包括应变片组一、应变片组二、压敏纸和高速工业相机，其中，所述应变片组一和应变片组二分别贴附在索夹两侧的主缆表面上，用于动态检测索夹两侧主缆表层的应变值；

所述压敏纸设置在索夹与主缆的接触区域，用于检测索夹与主缆之间的接触载荷；

高速工业相机，其镜头对准索夹与主缆交界处;

还包括机架以及设置在所述机架与电动式激振器之间的位置调整单元，所述位置调整单元包括：垂直移动单元，用于驱动所述电动式激振器竖向移动；

旋转台，用于驱动所述电动式激振器水平转动；

水平移动单元，用于驱动所述电动式激振器水平方向移动；

所述垂直移动单元包括：电动缸、滑台、滑块以及直线导轨，其中，所述电动缸设置在机架底板上，其活塞杆通过连接法兰与滑台连接，所述连接法兰包括连接法兰一和连接法兰二，所述连接法兰一设置在滑台底部，所述连接法兰二与电动缸的活塞杆连接；所述滑台通过滑块安装在直线导轨上，所述直线导轨设置在机架上；

所述旋转台为安装在所述滑台上的电动旋转台；

所述水平移动单元为安装在所述电动旋转台上的丝杠直线模组；

所述电动式激振器安装在所述丝杠直线模组的螺母移动副上。

2.根据权利要求1所述的悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置，其特征在于，还包括传感器支架，用于对所述电涡流位移传感器的位置进行微调，包括：磁力底座、下端连接在磁力底座上的L形杆、通过螺钉安装在L形杆上端的固定片，所述固定片上设置有定位槽和传感器安装槽，用于调节固定片在L形杆上的安装位置和电涡流位移传感器在固定片上的安装位置，所述磁力底座设置在机架底板上。

3.根据权利要求1所述的悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置，其特征在于，还包括移动载具，用于带动所述机架以及机架上的检测装置主体进行移动。

4.根据权利要求3所述的悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置，其特征在于，还包括相机支架，设置在所述移动载具上，所述高速工业相机设置在相机支架上。

5.一种使用权利要求1~4中任一所述悬索桥吊索与索夹状态综合检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.根据待测吊索的实际工况，在吊索上确定合适的施加振动的位置并标记；

b.拧松吊索上方与吊索连接的索夹的螺栓，将压敏纸插入索夹与主缆的接触区域后拧紧螺栓，将应变片组一和应变片组二分别贴附在索夹两侧的主缆表面上，将高速工业相机的相机镜头对准索夹与主缆交界处；

c.通过应变片组一、应变片组二测得索夹两侧主缆表层的应力差，进而间接获得索夹与主缆之间的摩擦力，同时通过高速工业相机检测索夹相对主缆的滑移情况，记录索夹发生滑移时索夹与主缆之间的摩擦力作为索夹与主缆之间的抗滑摩擦力；

d．将连接顶杆安装在电动式激振器上，使连接顶杆的轴心线与吊索标记处齐平；调节激振器与吊索的距离至合适值后，在标记处安装激振夹具，将连接顶杆与激振夹具连接并在激振器端固定连接顶杆；

e.启动电动式激振器，将电涡流位移传感器探头对准吊索，在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过电涡流位移传感器的检测结果，根据幅值判别法确定吊索的固有频率；根据测得的吊索固有频率以及吊索的单位长度质量和长度，计算得出其索力；

f.根据高速工业相机的检测结果，进一步检测出索夹不同滑移值对应的吊索索力值，获得索夹滑移对吊索索力的影响规律；

g.取出压敏纸，通过压敏纸获得索夹与主缆之间的接触载荷，进而结合步骤c得到的抗滑摩擦力得出索夹与主缆之间的抗滑摩擦系数。