[发明专利]一种自感知索内温度的智慧型桥梁缆索

说明书

本发明涉及一种自感知索内温度的智慧型桥梁缆索，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。

技术领域

本发明涉及桥梁缆索结构，尤其涉及一种温度感知型桥梁缆索。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容