一种自感知索内温度的桥梁智慧型缆索的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁缆索结构，尤其涉及一种温度感知型桥梁缆索。

背景技术：

2.为适应国民经济发展对交通量不断扩大的要求，现代桥梁正向“大跨、轻质"的方向发展。而悬索桥以其巨大的跨越能力和优美的造型，愈来愈为人们所重视。由于悬索桥是以主缆为主要承重结构的桥型，其几何非线性的表现尤为明显。在各种因素作用中，温度对悬索桥主缆线形的影响表现得十分突出。悬索桥在施工或运营中受到环境因素不断变化的影响，其温度场也不断改变，而主缆索股的线形和内力对温度变化十分敏感；除此之外，温度的变化还将引起索力的改变，而索力改变又会引起主缆线形的改变；同时温度变化还会引起索塔塔顶的高程与偏位的改变，这些改变反过来也影响了主缆的线形与内力。悬索桥主缆的温度效应是非线性的变化过程。
3.缆温度变化的直接效应包括：1)悬索桥在各阶段主缆线形、内力及锚跨张力等会随着温度的变化产生变化，而这些变化与悬索桥其他结构构件相互协调后，形成了当前温度场作用下新的主缆线形、内力和锚跨张力等。施工时，应根据实际温度按设计目标进行参数修正以指导施工；设计评估时，还需要分析成桥后悬索桥在温度变化下的主缆线形和内力大小等情况。2)温度变化导致的主缆形状变化会使主缆在鞍座处的倾角发生变化，在该处引起局部弯曲次应力，形成周而复始的变幅弯曲应力循环，其大小和危害程度需要进一步研究。3)主缆横截面温度的不均匀性将影响主缆钢丝之间受力的均匀性，造成温度次应力，过大的不均匀局部温度场可能导致主缆索股之间的滑移变形，对结构中的其他部位也会产生不利影响，影响到主缆和桥梁运营的耐久性。4)温度改变引起主缆线形和内力改变的同时，也会引起悬索桥各结构部件的受力和变形。由于边跨垂度较小，索力对垂度变化更敏感，导致边跨水平分力的变化量大于中跨水平分力的变化量，当索股架设数量足够多时，不平衡水平力还将使塔顶产生偏位。这样，温度改变除影响主缆伸长量导致主缆线形变化外，还将进一步引起索力变化，同时温度变化还引起索塔塔顶的高程与偏位的改变，这些改变也将影响悬索桥各结构部件的受力和变形。5)对于一般均匀线形的温度变化而言，当温度升高时，由于主缆伸长，吊索索力会有所下降；此外，吊索自身也受到温度影响而伸长，会使加劲梁内力加大，增大了加劲梁挠度。当温度下降时，情况刚好相反。对于局部不均匀温度变化，其效应非常复杂。
4.目前，行业内主要通过试验模型结合理论分析计算确定主缆的温度场参数，存在以下问题：首先，通过试验手段推定主缆热物性参数。主缆横截面是由钢丝和钢丝间的空隙组成的，由于空隙的影响，截面内的热扩散系数远远比钢丝的热扩散系数要小。有学者曾设计试验分别测量了位于室内和室外模型主缆的热物性参数，但由于桥梁所处环境的复杂性，某一地点进行的主缆热物性参数的研究成果应用到其他地域的悬索桥主缆温度场及其作用效应的分计算中存在较大的误差；其次主缆温度效应所采用的温度场是基于简化了的温度模型，而这些温度模型相对于主缆真实的温度场，特别是横截面较大的主缆温度场，这
些简化温度模型与实际情况相差较大。实际上，主缆在太阳辐射、环境温度、风等因素的作用下其截面内的温度分布呈现出明显的非均匀性。目前，主缆紧缆后一般只能测得其表面各点温度值，其截面温度分布需要通过模型推算。另外，主缆温度效应计算时，总是将主缆沿桥纵向布置的各测点的平均温度值作为主缆的温度荷载，然后计算主缆在该荷载作用下的线形。然而，悬索桥由于其跨度较大，在其主缆索股长度范围内环境因素可能出现比较大的差别，因此可能会在主缆的不同位置出现温差较大的检测温度，这种沿桥梁纵向温度的不均匀性所带来的影响也需要进行相应的研究。为准确获得主缆截面温度场，指导施工和评估成桥后的主缆温度效应，迫切需要开发一种可以布置在主缆内部，可以全长、全截面测定主缆温度场的方法以反应主缆截面温度场的真实情况。

技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可实现索内温度自感知智慧型桥梁索股，顾名思义，就是一种能够准确检测缆索内部温度的缆索。
6.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，是由测温索股和普通索股构成的，缆索截面上所述测温索股位于中心位置、次中心位置和外边缘位置中的至少一处，所述次中心位置是指接近所述中心位置与所述外边缘位置中间的位置；所述测温索股主要由若干平行钢丝或经扭绞的若干平行钢丝构成，若干平行钢丝中的至少一根替换为测温光缆或具有测温功能的钢丝，由此实现测温索股的温度感知功能。
7.优选地，所述测温索股在缆索中通长布置，用于感知缆索全长温度。
8.优选地，所述测温光缆后具有测温功能的钢丝位于所述测温索股的中心。
9.优选地，所述测温光缆的直径与钢丝直径一致，测温光缆采用金属铠装结构，包括测温光纤、保护管和加强件，所述测温光纤通过油膏埋在所述保护管内，所述测温光纤不与所述保护管接触，所述加强件是扭绞在所述保护管外的金属丝。
10.由于测温光缆布置在索股内层，光缆外层采用不锈钢钢丝或者铝包钢丝扭绞形成光纤加强保护结构，从而确保了该测温光纤光缆在索股制作、盘卷、运输、架设中不受到损伤，确保了测温光纤的成活率。
11.优选地，所述金属丝是指铝包钢丝、不锈钢钢丝，所述保护管为不锈钢无缝管。
12.优选地，所述测温光纤采用分布式光纤，测温取样间隔0.5m以上，即测温光纤上的测温光栅间隔为0.5m以上。
13.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
14.本技术能够对缆索截面的温度场准确测量，指导施工和评估成桥后的主缆温度效应，可以全长、全截面测定主缆温度场的方法以反应主缆截面温度场的真实情况。
附图说明
15.图1为悬索桥主缆受力示意图；
16.图2为悬索桥主缆截面结构示意图；
17.图3为普通索股截面示意图；
18.图4为测温索股截面示意图；
19.图5为测温光纤的铠装结构；
20.图6为智慧型主缆的锚固结构；
21.图7为感知所内温度的桥梁主缆的作业示意图；
22.图中，1普通索股、2基准丝、3标志丝、4钢丝、5定型缠包带、6测温光缆、7不锈钢空心管、8锚具、9测温索股。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本实用新型作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
24.以悬索桥主缆为例，内部温度自感知智慧型主缆设计如下
25.1)根据主缆的设计图纸，至少在主缆截面的中心位置、次中心位置选取1～2根索股，制作成智慧型主缆索股，用于主缆全长、全截面测定主缆温度场的测定，具体示意图如图2所示。
26.2)可实现温度感知的悬索桥智慧型温度自感知主缆索股是在原来普通索股的基础上，将主缆索股的中心钢丝更换为测温光缆或，实现主缆索股内的温度感知功能。
27.3)该温度自感知光缆直径可与主缆索股钢丝直径一致，在索股制作中直接代替钢丝，该测温光缆采用铠装结构或者其他类似抗挤压结构，保护中心为不锈钢无缝管等材料，不锈钢钢管内填充油膏及测温光纤，钢管外采用铝包钢丝、不锈钢钢丝经过扭绞形成加强件组成测温光缆。
28.由于测温光缆布置在索股内层，光缆外层采用不锈钢钢丝或者铝包钢丝扭绞形成光纤加强保护结构，从而确保了该测温光纤光缆在索股制作、盘卷、运输、架设中不受到损伤，确保了测温光纤的成活率，如图5所示。
29.另外，在以上结构中的温度自感知光缆是采用分布式光纤测温技术，在该系统中光纤既是传感介质也是传输媒体。利用光纤的拉曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后实时地显示光纤所在空间的温度值；利用光时域反射技术，由光纤中的光传播速度和背向光回波时间，可对所测温度点定位。
30.该测温光纤光缆既是传输媒体又是传感媒体，主要由光纤测温主机及感温光缆组成。依据不同的监测环境选用不同类型的感温光缆。测温控制主机可通过pc机在windows环境下由工程师调试编程完成，设定区域长度及报警点以及系统校定等均可采用windows软件来完成。测温主机可在显示器上实时显示主缆索股内光缆的温度轨迹，报警信号能突出显示，并能确定及显示光缆显示温度的实际位置，根据以上数据，可确定主缆的温度场。
31.该智能化测温主缆索股的温度显示取样间隔0.5m，温度分辨率0.1℃，温度精度
±
1℃；定位精度达
±
1m。其中测温光缆工作寿命大于30年。
32.采用该智慧型温度自感知主缆索股实时在线探测主缆内部不用区域沿线每一点温度值和变化趋势，在pc上显示出温度和距离的对应曲线，便于精确掌握悬索桥主缆的温度场，以指导施工和评估成桥后的主缆温度效应。
33.4)智慧型温度自感知主缆索股的制作过程
34.步骤1、定制直径与索股内钢丝直径基本一致的测温光缆；
35.步骤2、以上测温光缆代替主缆索股的中心钢丝(或者靠近中心)与主缆钢丝一起
放置到放丝架上；
36.步骤3、进行主缆索股成型、牵引及盘卷；
37.步骤4、索股两端灌锚时，牵引出索股两端，散开索股端部锚固区域的钢丝，在锚固区的测温光缆外面套上隔离套，测温光缆穿过锚具的锚固区，在隔离套的保护下避免锚固时高温锚固填料破坏测温光缆。
38.步骤5、完成以上工作后，组装锚具，进行灌锚。灌锚时为了保护中心的测温光纤光缆，采用一根外缠两层耐高温胶带不锈钢空心管，为了防止锚固料进入不锈钢空心管，不锈钢空心管的内管口超出灌锚液面50mm～100mm，外管口伸出锚杯端面100mm～200mm。用于连接测温光缆的传感器导线从外管口引出。
39.步骤6、灌锚后测温光缆的传感器导线盘绕在锚具内，然后安装锚具盖板避免传感器导线外露。
40.除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：

1.一种自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：是由测温索股和普通索股构成的，缆索截面上所述测温索股位于中心位置、次中心位置和外边缘位置中的至少一处，所述次中心位置是指接近所述中心位置与所述外边缘位置中间的位置；所述测温索股主要由若干平行钢丝或经扭绞的若干平行钢丝构成，若干平行钢丝中的至少一根替换为测温光缆或具有测温功能的钢丝，由此实现测温索股的温度感知功能。2.根据权利要求1所述的自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：所述测温索股在缆索中通长布置，用于感知缆索全长温度。3.根据权利要求1所述的自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：所述测温光缆或具有测温功能的钢丝位于所述测温索股的中心。4.根据权利要求1所述的自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：所述测温光缆的直径与钢丝直径一致，测温光缆采用金属铠装结构，包括测温光纤、保护管和加强件，所述测温光纤通过油膏埋在所述保护管内，所述测温光纤不与所述保护管接触，所述加强件是扭绞在所述保护管外的金属丝。5.根据权利要求4所述的自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：所述金属丝是指铝包钢丝、不锈钢钢丝，所述保护管为不锈钢无缝管。6.根据权利要求4所述的自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，其特征在于：所述测温光纤采用分布式光纤，测温取样间隔0.5m以上。

技术总结

本实用新型涉及一种自感知索内温度的桥梁智慧型缆索，是由测温索股和普通索股构成的，缆索截面上所述测温索股位于中心位置、次中心位置和外边缘位置中的至少一处，所述次中心位置是指接近所述中心位置与所述外边缘位置中间的位置；所述测温索股主要由若干平行钢丝或经扭绞的若干平行钢丝构成，若干平行钢丝中的至少一根替换为测温光缆或具有测温功能的钢丝，由此实现测温索股的温度感知功能。本申请可以全长、全截面测定主缆温度场的方法以反应主缆截面温度场的真实情况。反应主缆截面温度场的真实情况。反应主缆截面温度场的真实情况。