三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置及控制方法 |
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| 申请号 | CN202311643479.6 | 申请日 | 2023-12-04 | 公开(公告)号 | CN117845743A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 广西容梧高速公路有限公司; 中交第二航务工程局有限公司; | 发明人 | 张毅; 田唯; 游新鹏; 彭成明; 颜兆福; 李冕; 王大伟; 韦志铝; 王志鹏; 汪仁威; 张鹏; 黄文龙; 罗庆生; 蓝雄; 裴甘鹏; 晏泽伟; 蒋才明; 顾家昌; 张成威; 王涛; 周湘广; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及悬索桥结构技术领域，具体地指一种三 自由度 可控式悬索桥主缆锚固装置及控制方法。包括 支架 、 水 平滑轨、竖向滑轨和锚板，支架一侧设置有用于将主缆分成多根主缆索股的散索套；水平滑轨固定在支架一侧，并沿水平方向布置；竖向滑轨是通过水平调节结构水平 位置 可调的连接于水平滑轨的板状结构；锚板是通过竖向调节结构竖向位置可调的连接于竖向滑轨的板状结构，锚板上开设有与主缆索股一一对应的锚固孔，锚板上设置有用于驱动锚板绕垂直锚板轴线转动的扭转调节结构本 申请 的装置结构简单，操作使用方便，构筑出主缆平移及扭转三向自由度可调的试验模型，可作为探究空间缆主缆架设模拟及扭转性能研究的重要控制手段。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，其特征在于：包括， |
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| 说明书全文 | 三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置及控制方法技术领域[0001] 本发明涉及悬索桥结构技术领域，具体地指一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置及控制方法。 背景技术[0002] 空间缆悬索桥主缆在横向荷载作用下(顶撑力或吊索横向分力)呈空间状态，可提高桥梁的横向刚度及抗风性能，同时增加了桥梁的空间美感，使得空间缆悬索桥在实际工 程中得到越来越广泛的应用。与平行缆悬索桥主缆不同，空间缆悬索桥主缆在施工阶段将 出现横移、纵移及扭转，其受力机理复杂，且影响因素较多，是空间缆悬索桥主缆施工的关 键点及难点。国内外学者对空间缆悬索桥主缆进行了大量的理论分析及试验研究。 [0003] 由于难以准确模拟主缆在跨中的约束情况，既有空间缆试验主要采用全桥模型，试验比例小受尺寸效应影响，对空间缆的扭转特性模拟效果一般。目前对于空间缆试验主 要是通过夹片夹具锚具、墩头锚、铸造锚头等对钢丝、索股进行锚固，这些锚固装置位置均 为固定模式，无法移动，难以模拟空间缆在跨中的横向、竖向、扭转位移状态。 发明内容[0004] 本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置及控制方法。 [0005] 本发明的技术方案为：一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，包括， [0006] 支架，所述支架一侧设置有用于将主缆分成多根主缆索股的散索套； [0007] 水平滑轨，所述水平滑轨固定在支架一侧，并沿水平方向布置； [0008] 竖向滑轨，所述竖向滑轨是通过水平调节结构水平位置可调的连接于水平滑轨的板状结构； [0009] 锚板，所述锚板是通过竖向调节结构竖向位置可调的连接于竖向滑轨的板状结构，锚板上开设有与主缆索股一一对应的锚固孔，锚板上设置有用于驱动锚板绕垂直锚板 轴线转动的扭转调节结构。 [0010] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述扭转调节结构包括， [0011] 扭转杆，所述扭转杆一端固定在锚板的中心，另一端沿垂直锚板的方向向背离主缆一侧延伸。 [0012] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述锚板是与主缆同轴布置的圆形板状结构，锚板外侧设置有方形外框；所述外框与锚板在平面竖向方向和 水平方向上固定连接；所述锚板可绕轴线转动的连接于外框，锚板在位于锚固孔的外侧设 置有圆形筋条；所述圆形筋条内设置有若干条径向筋条；所述径向筋条穿过锚板中心，两端 与圆形筋条固定。 [0013] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述水平调节结构包括， [0014] 两组水平手拉葫芦，所述两组水平手拉葫芦分置于水平滑轨的两端，水平手拉葫芦通过水平拉绳与竖向滑轨的水平两端连接。 [0016] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述竖向调节结构包括， [0017] 两组竖向手拉葫芦，所述两组竖向手拉葫芦分置于竖向滑轨的两端，竖向手拉葫芦通过竖向拉绳与锚板外侧的外框的竖向两端连接。 [0018] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述竖向滑轨在靠近端部的位置设置有限制外框竖向脱出的竖向挡板。 [0019] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，所述水平滑轨有两组，且分置于支架的上下两端；所述竖向滑轨面向支架一侧的上下两端设置有分别卡合在 两组水平滑轨上的限位滑槽。 [0020] 本申请还提供一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固控制方法，所述控制方法采用上述的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置对悬索桥主缆进行锚固，按照以下步骤进 行： [0021] S1、将主缆穿过散索套拆分为多根主缆索股，将每根主缆索股穿过锚板上的锚固孔使主缆索股与锚板固定连接； [0022] S2、通过竖向调节结构调节锚板的竖向位置，使锚板竖向移动到设定位置； [0023] S3、通过水平调节结构调节竖向滑轨的水平位置，使主缆由竖直平面线形变成空间线形，同时可释放锚板扭转约束，观测主缆水平移动时出现的扭转变形； [0024] S4、通过扭转调节结构调节锚板至设定扭转角度，观测主缆的扭转弯矩。 [0025] 根据本申请提供的一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固控制方法，所述步骤S4中，通过扭转调节结构调节锚板至设定扭转角度的方法包括：利用扭转施加装置对安装在 锚板上的扭转杆进行扭转，旋转锚板至设定扭转角度。 [0026] 本申请的优点有：1、本申请通过构建一套锚固装置，能够对分散后的主缆进行水平、竖向和扭转的调节，构筑出主缆平移及扭转三向自由度可调的试验模型，可作为探究空 间缆主缆架设模拟及扭转性能研究的重要控制手段，该装置不仅结构合理、安装应用方便， 而且解决了传统空间缆实验跨中主缆位移状态无法准确模拟，扭转刚度无法测量等难题， 使试验模型在相同条件下大幅提高试验比例，对研究主缆的扭转特性、保证空间缆悬索桥 的施工质量与安全十分重要； [0027] 2、本申请的扭转调节结构包括设置在锚板中心的扭转杆，通过扭转施加装置即可对扭转杆施加扭转作用力，驱使锚板绕扭转杆轴线旋转，从而改变锚板以及固定在锚板上 的主缆索股的扭转角度，对主缆的扭转特性的试验变得更加简单； [0028] 3、本申请在锚板上设置圆形筋条和径向筋条，筋条结构能够有效增加整个锚板的结构强度，锚板在使用过程中不容易损坏，对扭转作用力的传导更为平顺； [0029] 4、本申请的水平调节结构极为简单，通过两组水平手拉葫芦就可以对竖向滑轨进行水平位置的调节，这种调节模式方便，调节程度容易控制，方便试验进行； [0030] 5、本申请在水平滑轨上设置水平挡板，避免在调节竖向滑轨水平位置时从水平滑轨上脱出，提高竖向滑轨调节过程的安全性； [0031] 6、本申请的竖向调节结构极为简单，通过两组竖向手拉葫芦就可以对锚板和外框进行竖向位置的调节，这种调节模式方便，调节程度容易控制，方便试验进行； [0032] 7、本申请在竖向滑轨上设置竖向挡板，避免在调节锚板竖向位置时从竖向滑轨上脱出，提高锚板调节过程的安全性； [0033] 8、本申请的水平滑轨有两组，结构简单，方便竖向滑轨的固定安装，整个装置的结构稳定性更好； [0034] 9、本申请的控制方法极为简单，对主缆的平移和扭转调节极为方便，极大程度方便了对主缆的试验，整体操控极为方便； [0035] 10、本申请对锚板的扭转方式非常的方便，能够极大程度方便对主缆扭转特性的研究。 [0037] 图1：本申请的锚固装置的侧视图； [0038] 图2：本申请的锚固装置的主视图； [0039] 图3：本申请的水平滑轨与竖向滑轨的连接的结构示意图； [0040] 图4：本申请的锚板结构示意图； [0041] 其中：1—支架；2—水平滑轨；3—竖向滑轨；4—锚板；5—扭转杆；6—锚固孔；7—圆形筋条；8—径向筋条；9—水平手拉葫芦；10—水平挡板；11—竖向手拉葫芦；12—竖向挡 板；13—限位滑槽；14—散索套。 具体实施方式[0042] 下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在 用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0043] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不 能理解为对本发明的限制。 [0044] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两 个，三个等，除非另有明确具体的限定。 [0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0046] 本申请涉及到一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置，主要用于对悬索桥主缆锚固进行试验研究，通过构建出主缆平移及扭转三向自由度可调的试验模型，可作为探究 空间缆主缆架设模拟及扭转性能研究的重要控制手段，方便试验人员对悬索桥主缆锚固进 行试验研究，为悬索桥的锚固提供良好的理论基础。 [0047] 如图1～4所示，本申请的锚固装置包括支架1、水平滑轨2、竖向滑轨3和锚板4，支架1一侧设置有用于将主缆分成多根主缆索股的散索套，支架1是连接待试验主缆一端的结 构，也是整个锚固装置的支撑结构，支架1本身为三角支架结构，当然也并不限于三角支架 这一形态，也可以是其他形态的支架结构，只要能够对主缆一端进行锚固固定即可，支架1 上连接散索套，散索套的目的是将主缆分成多根主缆索股，方便后续对主缆另一端的连接。 [0048] 水平滑轨2固定在支架1一侧，并沿水平方向布置，竖向滑轨3是通过水平调节结构水平位置可调的连接于水平滑轨2的板状结构。水平滑轨2和竖向滑轨3构成了整个装置的 水平移动和竖向移动的直线移动结构，通过驱动竖向滑轨3在水平滑轨2上沿水平方向移 动，可以对主缆的另一端进行水平方向的调节。锚板4是通过竖向调节结构竖向位置可调的 连接于竖向滑轨3的板状结构，锚板4是竖向可调的安装在竖向滑轨3上，通过调节锚板4在 竖向滑轨3上的位置可以对主缆另一端进行竖向直线调节，锚板4上开设有与主缆索股一一 对应的锚固孔6，锚板4上设置有用于驱动锚板4绕垂直锚板4轴线转动的扭转调节结构。 [0049] 锚板4是圆形的板状结构，锚板4的圆周外侧设置有外框，外框是内圆外方的板状结构，锚板4嵌合在外框中间，锚板4与外框之间的在平面移动方向即竖向和水平移动方向 上是相对固定的，锚板4可相对于外框绕锚板4轴线转动。实际上就是外框中间开设有一个 卡接锚板4的圆形槽孔，锚板4卡接在槽孔内，可以进行绕轴线的转动，平面移动时与外框之 间是同步的。 [0050] 使用时，将主缆的一端穿过支架1，将主缆的另一端拆分为多个主缆索股，然后将拆分开来的主缆索股一一穿过散索套上的通孔，拆分开来的主缆索股穿过散索套后延伸到 锚板4一侧，将这些主缆索股的端部锚头穿过锚板4上的锚固孔6，并将锚头与锚固孔6进行 固定连接，至此完成主缆索股与锚板4的连接。进行试验时，通过驱动竖向滑轨3在水平滑轨 2上水平滑移调节整个锚板4以及固定在锚板4上的主缆端部的水平位置，通过驱动锚板4在 竖向滑轨3上竖向移动调节锚板4以及固定在锚板4上的主缆端部的竖向位置，通过旋转锚 板4，调节主缆端部的扭转角度，通过上述的调节方式，达到所需的试验条件，方便试验人员 的操作。 [0051] 在本申请的一些实施例中，本实施例对上述的扭转调节结构进行了优化，具体的，如图1、2和4所示，本实施例的扭转调节结构包括扭转杆5，扭转杆5一端固定在锚板4的中 心，另一端沿垂直锚板4的方向向背离主缆一侧延伸。扭转杆5可以直接连接扭转电机，扭转 电机由控制系统进行控制，控制系统向扭转电机发送扭转指令，扭转电机驱动扭转杆5绕自 身轴线转动，从而驱动锚板4的旋转，锚板4旋转的角度可以完全通过控制系统进行调节控 制，这样在试验过程中，就可以通过控制系统对锚板4的旋转角度进行精确的调控。 [0052] 在本申请的另一些实施例中，本实施例对上述的锚板4结构进行了优化，具体的，如图1、2和4所示，本实施例的锚板4是与主缆同轴布置的圆形板状结构，锚板4在位于锚固 孔6的外侧设置有圆形筋条7；圆形筋条7内设置有若干条径向筋条8；径向筋条8穿过锚板4 中心，两端与圆形筋条7固定。 [0053] 圆形筋条7和径向筋条8形成框架式结构，是为了增强整个锚板4的结构强度，锚板4在试验过程中是与主缆直接连接的结构，承受主缆的拉力，锚板4还要进行竖移和扭转，因 此锚板4需要具有足够的强度才能承担主缆的拉力。圆形筋条7和径向筋条8与锚板4板体形 成的框架是结构，能够对主缆对其的作用力进行很好的消散，确保主缆在试验过程中不会 轻易的将模板4破坏掉。 [0054] 在本申请的另一些实施例中，本实施例对上述的水平调节结构进行了优化，具体的，如图1和3所示，水平调节结构包括两组水平手拉葫芦9，两组水平手拉葫芦9分置于水平 滑轨2的两端，水平手拉葫芦9通过水平拉绳与竖向滑轨3的水平两端连接。 [0055] 本实施例的水平调节结构非常的简单，在需要对竖向滑轨3进行水平调节时，只需要实验人员通过对应侧的水平手拉葫芦9牵引竖向滑轨3即可，随着水平手拉葫芦9的牵引， 竖向滑轨3就可以方便的在水平滑轨2上沿水平方向移动，达到所需的水平位置。 [0056] 为了避免在竖向滑轨3水平移动过程中从水平滑轨2上脱出，本实施例在水平滑轨2在靠近端部的位置设置有限制竖向滑轨3脱出的水平挡板10。当竖向滑轨3水平移动到水 平滑轨2的两端时，就会被水平挡板10给挡住，避免竖向滑轨3的进一步移动，避免竖向滑轨 3脱出，提高了试验的安全性。 [0057] 在本申请的进一步的实施例中，本实施例对上述的竖向调节结构进行了优化，具体的，本实施例的竖向调节结构包括两组竖向手拉葫芦11，两组竖向手拉葫芦11分置于竖 向滑轨3的两端，竖向手拉葫芦11通过竖向拉绳与锚板4的竖向两端连接，实际连接方式为， 竖向手拉葫芦11通过竖向拉绳与外框的竖向两端连接。 [0058] 本实施例的竖向调节结构非常的简单，在需要对锚板4进行竖向调节时，只需要实验人员通过对应侧的竖向手拉葫芦11牵引外框即可，随着竖向手拉葫芦11的牵引，锚板4就 可以跟随外框方便的在竖向滑轨3上沿竖向方向移动，达到所需的竖向位置。 [0059] 为了避免在锚板4竖向移动过程中从竖向滑轨3上脱出，本实施例在竖向滑轨3在靠近端部的位置设置有限制锚板4(实际上是限制外框)竖向脱出的竖向挡板12。当外框竖 向移动到竖向滑轨3的上下两端时，就会被竖向挡板12给挡住，避免锚板4的进一步移动，避 免锚板4脱出，提高了试验的安全性。 [0060] 在本申请的优选的实施例中，本实施例对上述的水平滑轨2布置结构进行了优化，具体的，如图1～3所示，本实施例的水平滑轨2有两组，且分置于支架1的上下两端；竖向滑 轨3面向支架1一侧的上下两端设置有分别卡合在两组水平滑轨2上的限位滑槽13。 [0061] 设置两组水平滑轨2一方面是增加了整个结构的稳定性，方便竖向滑轨3与水平滑轨2的布置，竖向滑轨3的上下两端滑动连接于水平滑轨2，其稳定性得到了极大的增强，同 时竖向滑轨3的上下两端都是滑动连接，竖向滑轨3水平移动的平顺性和稳定性都能够得到 保障。另一方面，设置两组水平滑轨2方便布置，节省材料，方便拆卸和安装。 [0063] 本申请还提供一种三自由度可控式悬索桥主缆锚固控制方法，本申请的控制方法就是针对上述的三自由度可控式悬索桥主缆锚固装置进行操作控制，具体方法按照以下步 骤进行： [0064] S1、将主缆穿过散索套拆分为多根主缆索股，将每根主缆索股穿过锚板4上的锚固孔6使主缆索股与锚板4固定连接； [0065] S2、通过竖向调节结构调节锚板4的竖向位置，使锚板4竖向移动到设定位置； [0066] 实际上就是通过水平滑轨2两侧的水平手拉葫芦9牵引竖向滑轨3沿水平方向移动，以此达到调节锚板4的水平位置的目的； [0067] S3、通过水平调节结构调节竖向滑轨3的水平位置，使主缆由竖直平面线形变成空间线形，同时可释放锚板4扭转约束，观测主缆水平移动时出现的扭转变形； [0068] 竖向调节实际上就是通过竖向手拉葫芦11对外框进行竖向的牵引，使锚板4的竖向位置达到设计点； [0069] S4、通过扭转调节结构调节锚板4至设定扭转角度，观测主缆的扭转弯矩； [0070] 通过扭转调节结构调节锚板4至设定扭转角度的方法实际上就是利用扭转施加装置对安装在锚板4上的扭转杆5进行扭转，旋转锚板4至设定扭转角度。 [0071] 如图1所示，本申请的水平方向为图1中的左右方向，本申请的竖直方向和竖向为图1中的上下方向，本申请的扭转方向指图1中扭转杆5绕其轴线转动的方向。 |
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