一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测桥梁索夹预紧力技术的改进，属于桥梁索夹领域，尤其涉及一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法。

背景技术

在悬索桥结构中，索夹是主缆和桥面吊索之间的连接件，其用于将桥面的载重传递给主缆并夹紧主缆。作为悬索桥结构中的重要受力结构之一，索夹是连接主缆与钢梁及桥面的重要构件，索夹一般分为上、下两半或左右两半锁合的结构，两半索夹本体通过锁合螺杆组件锁紧而夹紧主缆，保证索夹在钢梁及桥面的拉力载荷作用下不与主缆发生滑移；目前索夹锁合螺杆组件一般采用螺杆、螺母、球面垫圈等组成，其中索夹螺杆采用合金钢材料制造，采用螺纹连接形式与螺母配合。索夹在大桥现场安装索夹时采用液压拉伸器预紧，因一个索夹上配备有多套螺杆组件，大型索夹一个索夹多达40多套螺杆，在大桥现场安装索夹时，较难保证索夹所有螺杆均能同时达到设计要求预紧力，同时在大桥运行时，主缆受载荷作用，会出现主缆直径减小和主缆索股钢丝重新排列现象，也会导致索夹螺杆预紧力损失，以上螺杆预紧力下降问题如不及时发现并及时补足螺杆预紧力，会造成索夹与主缆出现滑移问题，目前国内已建成通车的多座大桥已发现索夹有螺杆预紧力不足及索夹滑移现象。

目前对索夹的轴力检测主要依靠人工操作，进行单个螺杆独立检测的方法，如“拔出法”采用千斤顶对螺杆进行张拉，单千斤顶的张拉 与螺杆轴力相等时，认为螺母已经卸载可以松动，此时千斤顶的张拉力对于螺杆轴力，实际上在千斤顶张拉力与螺杆轴力相等时，螺母的内侧与索夹接触面并不能完全脱离，检测的准确性和及时性无法保证，同时人工检测在大桥主缆上进行高空操作，存在受天气影响，效率较低，发生伤害的风险较高，安全性和稳定性不足。

申请号为CN202211281858.0，申请日为2022年10月19日的中国专利申请揭示了一种大跨径悬索桥索夹螺杆有效预紧力检测系统及方法，螺母夹具套设于悬索桥索夹的索夹螺母上，螺母夹具上设有用于检测索夹螺母的接触状态的传感器；液压螺杆拉拔器能够与悬索桥索夹的索夹螺杆的外露段相连并与悬索桥索夹的上索夹表面相抵。本发明通过液压螺杆拉拔器能够对索夹螺杆的外露段施加拉力，实现对索夹螺杆拉拔，利用螺母夹具上设置的传感器的检测结果能够判断索夹螺母是否脱离上索夹表面，以判断索夹螺母与上索夹表面脱离的时机，当判断索夹螺母与上索夹表面脱离时，根据此时液压螺杆拉拔器施加的拉力值确定悬索桥索夹有效预紧力值，但是对比文件依旧没有解决安全性和稳定性不足的问题。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在安全性和稳定性不足的问题，提供了安全性和稳定性较强的一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种螺杆预紧力智能监测索夹，所述螺杆预紧力智能监测索夹包括上半索夹、下半索夹、主缆、螺杆与压力传感器；

所述上半索夹的底部与下半索夹的顶部贴合形成放置腔，主缆轴向贯穿设置与于放置腔内，上半索夹的上耳板顶部前后两端开设有上插接孔，下半索夹的下耳板的底部前后两端开设有下插接孔，前侧的上插接孔、下插接孔连通，后侧的上插接孔、下插接孔连通，两个上插接孔位于放置腔的前后两侧，插接孔内插接有螺杆，每个螺杆的底端依次贯穿上半索夹、下半索夹后延伸至下半索夹的下方；

所述螺杆与上半索夹之间通过上螺母锁紧、螺杆与下半索夹之间通过下螺母锁紧，每个螺杆的侧围位于上螺母与上半索夹之间均安装有压力传感器。

所述上半索夹的底部与下半索夹的顶部之间设置有间隙区，间隙区内设置有卡合部；

所述卡合部包括卡槽与卡块，所述上半索夹的底部开设有多个均匀排列的卡槽，下半索夹的顶部设置有多个卡块，每个卡块与每个卡槽一一对应卡接。

所述卡块与卡槽之间的间隙区的宽度处于主缆空隙率正负百分之三的范围。

所述上插接孔的数量为多个，每两个上插接孔为一组，每组的两个上插接孔分别位于上半索夹顶部的前后两端，多组上插接孔从左至右依次等距离分布于上半索夹、下半索夹上；

每个所述螺杆的顶部设置有半球形的防水螺母，防水螺母的球面直径不大于上螺母的内径。

所述螺杆侧围位于上螺母与上半索夹之间依次设置有上内球面垫圈、上外球面垫圈；

所述螺杆侧围位于下螺母与下半索夹之间依次设置有下内球面垫圈、下外球面垫圈。

所述螺杆的底端依次贯穿上半索夹、卡槽、卡块、下半索夹后延伸至下半索夹的下方通过上螺母、下螺母固定。

所述上内球面垫圈、上外球面垫圈、下内球面垫圈、下外球面垫圈均采用不锈钢或合金钢材料。

所述上半索夹的前后两侧均安装有主缆检修道立柱，两个主缆检修道立柱外侧均安装有太阳能电池板，上半索夹的顶部两端安装有两个电源箱，电源箱分别与压力传感器、太阳能电池板电连接。

所述主缆的侧围位于上半索夹、下半索夹的侧面套设有钢丝圈，所述下半索夹的一端开设有空槽，空槽的内壁与固定条滑动配合，固定条沿轴向与钢丝圈接触。

一种螺杆预紧力智能监测索夹的监测方法，所述监测方法包括无线监测方法，所述无线监测方法包括数据采集单元、通讯单元、信号单元与数据处理服务器：

所述数据采集单元与压力传感器信号连接，数据采集单元通过通讯单元与信号单元信号连接，数据采集单元通过无线信号与数据处理服务器信号连接，

所述数据处理服务器、监控室数据接收单元、信号单元之间通过通讯单元信号连接；

所述数据处理服务器、监控室数据接收单元、信号单元之间通过线路单元电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法中，螺杆与上半索夹之间通过上螺母锁紧、螺杆与下半索夹之间通过下螺母锁紧，每个螺杆的侧围位于上螺母与上半索夹之间均安装有压力传感器，将索夹分组划分为多个子节点，在索夹上设置压力传感器，通过压力传感器的压力变化来监测整个螺杆的压力变化，压力传感器实时在线检测螺杆预紧力，使得本螺杆预紧力智能监测索夹安全性和稳定性更强，更具有智能化、实时性的优点，可在索夹预紧力下降时立即进行补足。因此，本设计安全性和稳定性更强，监测方便。

2、本发明一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法中，所述上半索夹的底部与下半索夹的顶部之间设置有间隙区，间隙区内设置有卡合部；卡合部包括卡槽与卡块，所述上半索夹的底部开设有多个均匀排列的卡槽，下半索夹的顶部设置有多个卡块，每个卡块与每个卡槽一一对应卡接，间隙区的设置留出了预设的空隙，使得主缆可以进行一定的直径变化，避免对主缆造成损坏，而间隙区的高度变化，会造成内球面垫圈压力产生变化，从而可以得知螺杆的预紧力，钢丝圈与固定条的设置可以对主缆进行固定，防止主缆松散影响使用。因此，本设计使用安全，安装稳固。

3、本发明一种螺杆预紧力智能监测索夹及其监测方法中，监测方法包括无线监测方法与有线监测方法，将信号通过采集、传输、处理，并实时显示，实现数据采集单元及监控室数据接收单元之间的数据交互，并由工控机进行进一步的数据处理及显示，避免人工检测漏检、误检现象。因此，本设计实时监控，操作简单。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明中螺杆的结构示意图。

图4是本发明无线监测方法的连接示意图。

图5是本发明有线监测方法的连接示意图。

图中：上半索夹1、卡槽101、放置腔102、上插接孔103、下插接孔104、上耳板105、下耳板106、下半索夹2、主缆3、螺杆4、压力传感器5、上内球面垫圈6、下内球面垫圈61、上外球面垫圈7、下外球面垫圈71、上螺母8、下螺母81、防水螺母9、主缆检修道立柱10、电源箱11、数据采集单元12、通讯单元13、线路单元14、工控机15、信号单元16、数据库17、监控室数据接收单元18、钢丝圈19、固定条20、卡块21、空槽22、间隙区23、太阳能电池板24。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图5，一种螺杆预紧力智能监测索夹，所述螺杆预紧力智能监测索夹包括上半索夹1、下半索夹2、主缆3、螺杆4与压力传感器5；

所述上半索夹1的底部与下半索夹2的顶部贴合形成放置腔102，主缆3轴向贯穿设置与于放置腔102内，上半索夹1的上耳板105顶部前后两端开设有上插接孔103，下半索夹2的下耳板106的底部前后两端开设有下插接孔104，前侧的上插接孔103、下插接孔104连通，后侧的上插接孔103、下插接孔104连通，两个上插接孔103位于放置腔102的前后两侧，插接孔103内插接有螺杆4，每个螺杆4的底端依次贯穿上半索夹1、下半索夹2后延伸至下半索夹2的下方；

所述螺杆4与上半索夹1之间通过上螺母8锁紧、螺杆4与下半索夹2之间通过下螺母81锁紧，每个螺杆4的侧围位于上螺母8与上半索夹1之间均安装有压力传感器5。

所述上半索夹1的底部与下半索夹2的顶部之间设置有间隙区23，间隙区23内设置有卡合部B；

所述卡合部B包括卡槽101与卡块21，所述上半索夹1的底部开设有多个均匀排列的卡槽101，下半索夹2的顶部设置有多个卡块21，每个卡块21与每个卡槽101一一对应卡接。

所述卡块21与卡槽101之间的间隙区101的宽度处于主缆3空隙率正负百分之三的范围。

所述上插接孔103的数量为多个，每两个上插接孔103为一组，每组的两个上插接孔103分别位于上半索夹1顶部的前后两端，多组上插接孔103从左至右依次等距离分布于上半索夹1、下半索夹2上；

每个所述螺杆4的顶部设置有半球形的防水螺母9，防水螺母9的球面直径不大于上螺母8的内径。

所述螺杆4侧围位于上螺母8与上半索夹1之间依次设置有上内球面垫圈6、上外球面垫圈7；

所述螺杆4侧围位于下螺母81与下半索夹2之间依次设置有下内球面垫圈61、下外球面垫圈71。

所述螺杆4的底端依次贯穿上半索夹1、卡槽101、卡块21、下半索夹2后延伸至下半索夹2的下方通过上螺母8、下螺母81固定。

所述上内球面垫圈6、上外球面垫圈7、下内球面垫圈61、下外球面垫圈71均采用不锈钢或合金钢材料。

所述上半索夹1的前后两侧均安装有主缆检修道立柱10，两个主缆检修道立柱10外侧均安装有太阳能电池板24，上半索夹1的顶部两端安装有两个电源箱11，电源箱11分别与压力传感器5、太阳能电池板24电连接。

所述主缆3的侧围位于上半索夹1、下半索夹2的侧面套设有钢丝圈19，所述下半索夹2的一端开设有空槽22，空槽22的内壁与固定条22滑动配合，固定条22沿轴向与钢丝圈19接触。

所述监测方法包括无线监测方法，所述无线监测方法包括数据采集单元12、通讯单元13、信号单元16与数据处理服务器A：

所述数据采集单元12与压力传感器5信号连接，数据采集单元12通过通讯单元13与信号单元16信号连接，数据采集单元12通过无线信号与数据处理服务器A信号连接，

所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过通讯单元13信号连接；

所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过线路单元14电连接。

本发明的原理说明如下：为便于信号收集管理，将全桥索夹进行分组，以多个索夹为一组，每组设置多个监测点，一共可以分为n组子节点，进行数据采集，数据采集单元12布置在索夹上方立柱预留孔位置，可以一个索夹一个数据采集单元12，也可以多个索夹共一个数据采集单元12，通过实时测量内球面垫圈6压力，从而得知螺杆的预紧力。

实施例1：

一种螺杆预紧力智能监测索夹，所述螺杆预紧力智能监测索夹包括上半索夹1、下半索夹2、主缆3、螺杆4与压力传感器5；所述上半索夹1的底部与下半索夹2的顶部贴合形成放置腔102，主缆3轴向贯穿设置与于放置腔102内，上半索夹1的上耳板105顶部前后两端开设有上插接孔103，下半索夹2的下耳板106的底部前后两端开设有下插接孔104，前侧的上插接孔103、下插接孔104连通，后侧的上插接孔103、下插接孔104连通，两个上插接孔103位于放置腔102的前后两侧，插接孔103内插接有螺杆4，每个螺杆4的底端依次贯穿上半索夹1、下半索夹2后延伸至下半索夹2的下方；所述螺杆4与上半索夹1之间通过上螺母8锁紧、螺杆4与下半索夹2之间通过下螺母81锁紧，每个螺杆4的侧围位于上螺母8与上半索夹1之间均安装有压力传感器5。

一种螺杆预紧力智能监测索夹的监测方法，所述监测方法包括无线监测方法与有线监测方法；具体如下：

所述无线监测方法包括数据采集单元12、通讯单元13、信号单元16与数据处理服务器A：所述数据采集单元12与压力传感器5信号连接，数据采集单元12通过通讯单元13与信号单元16信号连接，数据采集单元12通过无线信号与数据处理服务器A信号连接，所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过通讯单元13信号连接；所述太阳能电池板24通过线路单元14与电控箱11电连接，电控箱11分别与压力传感器5、数据采集单元12、信号单元16电连接；所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过线路单元14电连接；

所述有线监测方法包括电控箱11、数据采集单元12、通讯单元13与数据处理服务器A：所述数据采集单元12与压力传感器5信号连接，数据采集单元12通过通讯单元13与监控室数据接收单元18信号连接，所述监控室数据接收单元18通过通讯单元13与数据处理服务器A信号连接；所述电控箱11通过线路单元14与数据采集单元12电连接；所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18之间通过线路单元14与市电电连接。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

一种螺杆预紧力智能监测索夹，所述上半索夹1的底部与下半索夹2的顶部之间设置有间隙区23，间隙区23内设置有卡合部B；所述卡合部B包括卡槽101与卡块21，所述上半索夹1的底部开设有多个均匀排列的卡槽101，下半索夹2的顶部设置有多个卡块21，每个卡块21与每个卡槽101一一对应卡接；所述卡块21与卡槽101之间的间隙区101的宽度处于主缆3空隙率正负百分之三的范围，由于主缆3由多个细线缆组合而成，而线缆之间存在一定的空隙，即为空隙率，主缆3的索股架设法（PPWS）空隙率是16%-18%，空中纺织法空隙率（AS法）是17%-20%；所述上插接孔103的数量为多个，每两个上插接孔103为一组，每组的两个上插接孔103分别位于上半索夹1顶部的前后两端，多组上插接孔103从左至右依次等距离分布于上半索夹1、下半索夹2上；每个所述螺杆4的顶部设置有半球形的防水螺母9，防水螺母9的球面直径不大于上螺母8的内径；所述螺杆4侧围位于上螺母8与上半索夹1之间依次设置有上内球面垫圈6、上外球面垫圈7；所述螺杆4侧围位于下螺母81与下半索夹2之间依次设置有下内球面垫圈61、下外球面垫圈71；所述螺杆4的底端依次贯穿上半索夹1、卡槽101、卡块21、下半索夹2后延伸至下半索夹2的下方通过上螺母8、下螺母81固定；所述上内球面垫圈6、上外球面垫圈7、下内球面垫圈61、下外球面垫圈71均采用不锈钢或合金钢材料。

应用时：正常使用的过程中，主缆3会随着温度以及环境的变化出现一定的膨胀与压缩，而间隙区23的设置留出了预设的空隙，使得主缆3可以进行一定的直径变化，避免对主缆3造成损坏，而间隙区23的高度变化，会造成内球面垫圈6压力产生变化，从而可以得知螺杆4的预紧力，钢丝圈19与固定条20的设置可以对主缆3进行固定，防止主缆3松散影响使用。

实施例3：

实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：

一种螺杆预紧力智能监测索夹的监测方法，所述无线监测方法包括数据采集单元12、通讯单元13、信号单元16与数据处理服务器A：所述数据采集单元12与压力传感器5信号连接，数据采集单元12通过通讯单元13与信号单元16信号连接，数据采集单元12通过无线信号与数据处理服务器A信号连接，所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过通讯单元13信号连接；所述太阳能电池板24通过线路单元14与电控箱11电连接，电控箱11分别与压力传感器5、数据采集单元12、信号单元16电连接；所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18、信号单元16之间通过线路单元14电连接；所述数据处理服务器A包括工控机15与数据库17，所述工控机15与数据库17之间信号连接；所述工控机15与监控室数据接收单元18之间电连接。

应用时：整个系统信号传输采用无线方式进行传输，各子节数据采集单元12均配置一套太阳能电池板10和电源箱11内置蓄电池，为数据采集单元12供电；数据采集单元12及监控室数据接收单元18均配置一套无线通讯模块16，可通过4G、5G信号实现数据采集单元12及监控室数据接收单元18之间的数据交互，并由工控机进行进一步的数据处理及显示。

实施例4：

实施例4与实施例3基本相同，其不同之处在于：

一种螺杆预紧力智能监测索夹的监测方法，所述有线监测方法包括电控箱11、数据采集单元12、通讯单元13与数据处理服务器A：所述数据采集单元12与压力传感器5信号连接，数据采集单元12通过通讯单元13与监控室数据接收单元18信号连接，所述监控室数据接收单元18通过通讯单元13与数据处理服务器A信号连接；所述电控箱11通过线路单元14与数据采集单元12电连接；所述数据处理服务器A、监控室数据接收单元18之间通过线路单元14与市电电连接。

应用时：用有线传输方式进行数据传输，实时采集压力传感器5数据，压力传感器5将压力信号转换成标准的4-20mA电信号，输入对应的子节点的数据采集单元12中，各个数据采集单元12通过交换机、光纤组成环网，将压力传感器5数据传输给监控室数据接收单元18，并通过工控机15处理所有螺栓压力传感器5的数据，监控并显示传感器数据，并对螺栓4及索夹的受力进行综合分析处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。