一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统及实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统，包括太阳能电池、控制与无线数据传输系统、振动传感器、磁流变阻尼器、剪力与预紧力传感器；所述剪力与预紧力传感器和振动传感器将监测的信号传输给控制与无线数据传输系统；控制与无线数据传输系统根据振动传感器所监测的加速度，控制磁流变阻尼器的工作状态，同时控制与无线数据传输系统将磁流变阻尼器的工作状态传输给后台PC端。本发明专利技术的实现方法利用剪力与预紧力传感器监测螺栓的剪力与预紧力，利用磁流变阻尼器控制塔柱振动，避免横梁螺栓承受过大剪力和钢桥塔过大的异常振动导致横梁螺栓剪切破坏。本发明专利技术实现对钢桥塔横梁上螺栓的监测与塔柱异常振动控制，延长螺栓的使用寿命。栓的使用寿命。栓的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统及实现方法


[0001]本专利技术涉及桥梁工程结构健康监测系统，尤其涉及一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统及实现方法。

技术介绍

[0002]由于钢结构具有强度高、重量轻、安装施工速度快、材料可重复利用等诸多优点，钢结构在桥梁中的应用越来越广。目前斜拉桥、悬索桥的桥塔也较多采用钢桥塔形式，高耸钢桥塔上的高强螺栓应用也比较普遍，特别是桥塔上部横向连接部分，由于所在位置较高，且塔柱受风荷载、车辆荷载的影响，容易产生相对振动，此部分螺栓会承受剪切力。当钢桥塔两塔柱振动时的相对位移较大时，横梁上的螺栓剪切力会增大，不仅会让螺栓松动，而且会由于剪切力过大将螺栓剪断，使其失效，如果不能及时发现和保护，将会给桥塔其他部位带来严重的损害，甚至使桥塔产生异常变形。
[0003]因此高强螺栓的监测与保护对于高耸钢桥塔保护特别重要，高强螺栓在工作时一旦发生松动、断裂情况，将直接改变螺栓群的受力模式，从而整个结构的强度也将发生改变，所以能够实时监测螺栓并且避免高耸钢桥塔的振动将螺栓剪断十分重要，而目前对高耸钢桥塔上螺栓监测系统研究的主要难点在于：
[0004](1)螺栓剪力监测困难：螺栓在螺母与被连接板件部分属于抵抗剪力比较薄弱的部分，在钢桥塔的两塔柱上会因为剪力过大而将螺栓在此部分剪断，目前没有适合监测高耸钢桥塔上的螺栓剪力监测系统。
[0005](2)缺乏针对钢桥塔螺栓的保护措施：对于高耸钢桥塔两塔柱之间的横梁螺栓最容易出现的问题是由于两塔柱振动产生相对位移较大，从而使横梁上的螺栓受剪切力较大将螺栓剪断，目前针对于此没有预防保护措施。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能对螺栓所受剪力与预紧力进行监测、保护钢桥塔的结构安全的高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统及实现方法。
[0007]技术方案：本专利技术的高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统，包括太阳能电池、控制与无线数据传输系统、振动传感器、磁流变阻尼器和剪力与预紧力传感器；
[0008]所述剪力与预紧力传感器和振动传感器均与控制与无线数据传输系统连接；所述控制与无线数据传输系统与磁流变阻尼器和后台PC端连接；
[0009]所述太阳能电池为振动传感器、剪力与预紧力传感器、磁流变阻尼器、控制与无线数据传输系统提供电源；
[0010]所述剪力与预紧力传感器和振动传感器将监测的信号传输给控制与无线数据传输系统；控制与无线数据传输系统根据振动传感器所监测的加速度，控制磁流变阻尼器的工作状态，同时控制与无线数据传输系统将磁流变阻尼器的工作状态传输给后台PC端；
[0011]所述太阳能电池安装在钢桥塔塔柱顶部；两个振动传感器分别固定在钢桥塔两塔
柱内侧、在钢桥塔上横梁处；控制与无线数据传输系统固定在上横梁上部；剪力与预紧力传感器安装在上横梁上的螺母与螺栓连接板件之间，螺栓连接板件由螺母和螺栓固定；磁流变阻尼器固定在上横梁的上方。
[0012]进一步，所述剪力与预紧力传感器包括圆环上盖层、剪力测量层、圆环外壳、小型钢珠、侧压力传感器和正压力传感器；所述圆环上盖层和剪力测量层置于圆环外壳内；所述圆环外壳内圈一端设有凹槽，小型钢珠放置在凹槽内；所述剪力测量层设于小型钢珠上，所述正压力传感器安装在圆环上盖层与剪力测量层之间，侧压力传感器安装在剪力测量层侧面的四个相互垂直方位处；所述侧压力传感器与剪力测量层侧面、圆环外壳内侧紧密接触。
[0013]进一步，小型钢珠之间涂有润滑油。
[0014]一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统的实现方法，包括以下步骤：
[0015]S1，完成高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统的安装；
[0016]S2，剪力与预紧力传感器对螺栓的剪力和预紧力进行实时监测：
[0017]当监测到螺栓的剪切力或预紧力不在阈值范围内时，在后台PC端进行预警；
[0018]两个振动传感器实时监测钢桥塔两塔柱的振动响应，当监测到两塔柱振动的相对位移超过设定阈值时，在PC端进行预警同时控制与无线数据传输系统调取两个振动传感器的加速度数据；
[0019]S3,控制与无线数据传输系统启动磁流变阻尼器，根据连个振动传感器的加速度数据，控制与无线数据传输系统通过控制磁流变阻尼器上的电磁铁电流大小调整磁流变阻尼器的阻尼，控制两塔柱的相对振动；
[0020]S4，当两个振动传感器测得的两塔柱振动产生相对位移小于等于设定阈值时，控制与无线数据传输系统发出指令，停止磁流变阻尼器工作；
[0021]当两个振动传感器监测到两塔柱振动产生相对位移超出设定阈值时，控制与无线数据传输系统便启动磁流变传感器，并且控制与无线数据传输系统根据振动传感器所监测的加速度调节磁流变阻尼器的阻尼。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：1、本专利技术的监测系统中设有剪力与预紧力传感器，能够实时监测高耸钢桥塔横梁上螺栓的剪力和预紧力；2、本专利技术的保护系统，在剪力或预紧力不在设置的阈值范围便进行预警，能够实时监测螺栓的剪力以及预紧力大小；同时利用振动传感器实时监测两塔柱的振动状态，当两塔柱振动的相对位移超出阈值范围时便启动桥塔上的磁流变阻尼器进行工作，从而对横梁上的螺栓进行根本的保护。
附图说明
[0023]图1为本专利技术系统各部分连接示意图；
[0024]图2为本专利技术系统的工作流程图；
[0025]图3为本专利技术系统各部分在钢桥塔上的安装示意图；
[0026]图4为本专利技术剪力与预紧力传感器安装示意图；
[0027]图5(a)为本专利技术剪力与预紧力传感器正视图；
[0028](b)为本专利技术剪力与预紧力传感器圆环上盖层俯视图；
[0029](c)为本专利技术剪力与预紧力传感器剪力测量层俯视图；
[0030](d)为本专利技术剪力与预紧力传感器圆环外壳俯视图；
[0031]图6(a)为本专利技术剪力与预紧力传感器的圆环外壳俯视图；
[0032](b)为本专利技术剪力与预紧力传感器的圆环外壳正视图；
[0033]图7(a)为本专利技术剪力与预紧力传感器的剪力测量层俯视图；
[0034](b)为本专利技术剪力与预紧力传感器的剪力测量层正视图；
[0035]图8(a)为本专利技术剪力与预紧力传感器圆环上盖层俯视图；
[0036](b)本专利技术剪力与预紧力传感器圆环上盖层正视图；
[0037]图9为本专利技术剪力与预紧力传感器测量剪力示意图；
[0038]图10(a)为本专利技术磁流变阻尼器的正视图，
[0039](b)为本专利技术磁流变阻尼器的侧视图；
[0040](c)为本专利技术磁流变阻尼器的俯视图。
具体实施方式
[0041]下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。
[0042]如图1所示为本专利技术的在线监测与保护系统总示意图，3所示为本专利技术的在线监测与保护系统的安装示意图。本专利技术的在线监测与保护系统包括太阳能电池3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统，其特征在于：包括太阳能电池(3)、控制与无线数据传输系统(4)、振动传感器(5)、磁流变阻尼器(6)和剪力与预紧力传感器(7)；所述剪力与预紧力传感器(7)和振动传感器(5)均与控制与无线数据传输系统(4)连接；所述控制与无线数据传输系统(4)与磁流变阻尼器(6)和后台PC端连接；所述太阳能电池(3)为振动传感器(5)、剪力与预紧力传感器(7)、磁流变阻尼器(6)、控制与无线数据传输系统(4)提供电源；所述剪力与预紧力传感器(7)和振动传感器(5)将监测的信号传输给控制与无线数据传输系统(4)；控制与无线数据传输系统(4)根据振动传感器(5)所监测的加速度，控制磁流变阻尼器(6)的工作状态，同时控制与无线数据传输系统(4)将磁流变阻尼器(6)的工作状态传输给后台PC端；所述太阳能电池(3)安装在钢桥塔塔柱(1)顶部；两个振动传感器(5)分别固定在钢桥塔两塔柱内侧、设于钢桥塔上横梁(2)上；控制与无线数据传输系统(4)固定在上横梁(2)上部；剪力与预紧力传感器(7)安装在上横梁(2)上的螺母(8)与螺栓连接板件(9)之间，螺栓连接板件(9)由螺母(8)和螺栓(10)固定；磁流变阻尼器(6)固定在上横梁(2)的上方。2.根据权利要求1所述的高耸钢桥塔螺栓在线监测与保护系统，其特征在于，所述剪力与预紧力传感器(7)包括圆环上盖层(17)、剪力测量层(18)、圆环外壳(19)、小型钢珠(20)、侧压力传感器(21)和正压力传感器(22)；所述圆环上盖层(17)和剪力测量层(18)置于圆环外壳(19)内；所述圆环外壳(19)内圈一端设有凹槽，小型钢珠(20)放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，桂桂，刘耀东，宗海，倪大志，杨娟，茅建校，郜辉，朗天翼，张一鸣，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：