斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法
【专利摘要】本发明公开了一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法，包括桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索的监测，在斜拉桥换索工程施工中，采用经纬仪监测斜拉桥桥面的中心线，采用水准仪监测斜拉桥桥面、桥台顶面的标高，采用索塔摆动测试激光发射装置、索塔摆动靶点装置监测索塔的倾斜度与摆动，采用拉线式光电位移传感器监测主梁的线位移，采用光电式建筑构件挠度测试仪监测主梁的挠度，采用连通管式构件倾斜传感器监测主梁的横向扭转度，采用臂式角位移传感器监测主梁结构的角位移，采用三维摆动传感器监测主梁的摆动。该些在斜拉桥换索工程中所用的监测仪器设备，能系统、连续、实时地对斜拉桥进行监测，为斜拉桥换索工程施工提供技术保障。
【专利说明】斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在斜拉桥换索工程施工时对其桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索进行监测的仪器设备与方法，具体的说是一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法。
【背景技术】
[0002]目前，有些斜拉桥在运行过程中，由于荷载、材质、维护、施工、设计、环境等因素的影响，使得斜拉桥的拉索发生锈蚀、断裂、掉落等质量问题，涉及到了斜拉桥的安全与功能，须及时进行换索和调整主梁、索塔、拉索的受力状态。但现有斜拉桥换索工程施工时使用的监测仪器设备与方法，均不能系统、连续、实时地对主梁、索塔、拉索等进行监测，无法快速、及时地反映出斜拉桥在换索中的受力、变位、摆动等的情况，无法及时对换索工序、索力等的调整提供技术依据，无法有效控制斜拉桥换索工程施工的风险。
【发明内容】
[0003]针对目前斜拉桥换索监测仪器设备的不足，本发明提出了一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法，它能系统、连续、实时地对斜拉桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索进行监测，为斜拉桥换索工程施工提供技术保障。
[0004]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备，包括有所述斜拉桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索，采用经纬仪、水准仪、索塔摆动测试激光发射装置1、索塔摆动测试激光发射装置I1、索塔摆动靶点装置1、索塔摆动靶点装置I1、风速风向风频率仪、拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器C、拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f、拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器h、拉线式光电位移传感器1、光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a、测点器a、测点器b、测点器C、光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b、测点器d、测点器e、测点器f、光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器C、测点器g、测点器h、测点器1、测点器j、连通管式构件倾斜传感器a的水位传感装置a和连通管、连通管式构件倾斜传感器b的水位传感装置b和连通管、连通管式构件倾斜传感器c的水位传感装置c和连通管、连通管式构件倾斜传感器d的水位传感装置d和连通管、连通管式构件倾斜传感器e的水位传感装置e和连通管、连通管式构件倾斜传感器f的水位传感装置f和连通管、臂式角位移传感器、三维摆动传感器a、三维摆动传感器b、三维摆动传感器C、三维摆动传感器d、三维摆动传感器e、三维摆动传感器f、应变片、拾振器、频率传感器的仪器设备进行监测，所述斜拉桥引用大地的测量网和水准点，对其桥面中心线、桥面标高、桥台标高进行监测，在所述斜拉桥左半桥与右半桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索上的监测仪器设备，及其该些仪器设备的安装位置均相同。
[0005]在所述索塔底部的上游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置I，在所述索塔顶部的上游侧面上安装有索塔摆动靶点装置I，在所述索塔底部的下游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置II，在所述索塔中部的下游侧面上安装有索塔摆动靶点装置II，所述索塔摆动测试激光发射装置I对准索塔摆动靶点装置I发射激光，监测所述索塔顶部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动；所述索塔摆动测试激光发射装置II对准索塔摆动靶点装置II发射激光，监测所述索塔中部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动，另外，在两岸所述斜拉桥的观测点，采用经纬仪校核监测所述索塔的倾斜度，在所述索塔的顶部安装有风速风向风频率仪，监测所述斜拉桥所受的风速、风向、风频率。
[0006]在所述桥台的台帽上安装有拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器C，所述拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器c的拉线挂钩，分别挂在所述桥台处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述桥墩的墩身上安装有拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f，所述拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f的拉线挂钩，分别挂在所述桥墩处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述索塔的塔身上安装有拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器h、拉线式光电位移传感器i，所述拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器h、拉线式光电位移传感器i的拉线挂钩，分别挂在所述索塔处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移，在所述桥台台身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a，在所述主梁底面沿桥中心线的1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪a的测点器a、测点器b、测点器C，所述水平激光基准器a的三个激光发射器，分别对准所述的测点器a、测点器b、测点器c发出水平的激光，监测所述斜拉桥边跨主梁的挠度；在所述桥墩墩身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b，在所述主梁底面沿桥中心线的1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪b的测点器d、测点器e、测点器f，所述水平激光基准器b的三个激光发射器，分别对准所述的测点器d、测点器e、测点器f发出水平的激光，监测所述斜拉桥次中跨主梁的挠度；在所述索塔塔身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器C，在所述主梁底面沿桥中心线的1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪c的测点器g、测点器h、测点器1、测点器j，所述水平激光基准器c的四个激光发射器，分别对准所述的测点器g、测点器h、测点器1、测点器j发出水平的激光，监测所述斜拉桥半中跨主梁的挠度，在桥台处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器a，所述连通管式构件倾斜传感器a的两只水位传感装置a，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥台处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置a连通，所述的两只水位传感装置a和连通管内注满水，监测桥台处所述主梁的横向扭转度；在桥边跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器b，所述连通管式构件倾斜传感器b的两只水位传感装置b，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥边跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置b连通，所述的两只水位传感装置b和连通管内注满水，监测桥边跨跨中处所述主梁的横向扭转度；在桥墩处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器C，所述连通管式构件倾斜传感器c的两只水位传感装置C，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥墩处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置C连通，所述的两只水位传感装置C和连通管内注满水，监测桥墩处所述主梁的横向扭转度；在桥次中跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器d，所述连通管式构件倾斜传感器d的两只水位传感装置d，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥次中跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置d连通，所述的两只水位传感装置d和连通管内注满水，监测桥次中跨跨中处所述主梁的横向扭转度；在索塔处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器e，所述连通管式构件倾斜传感器e的两只水位传感装置e，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在索塔处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置e连通，所述的两只水位传感装置e和连通管内注满水，监测索塔处所述主梁的横向扭转度；在桥中跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器f，所述连通管式构件倾斜传感器f的两只水位传感装置f，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥中跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置f连通，所述的两只水位传感装置f和连通管内注满水，监测桥中跨跨中处所述主梁的横向扭转度，在所述斜拉桥的桥台、边跨跨中、桥墩、次中跨跨中、索塔、中跨跨中处主梁横断面结构内有两只臂式角位移传感器，该两只所述臂式角位移传感器分别安置在所述主梁横断面两侧的腹板上，所述臂式角位移传感器的靠轮抵靠于所述主梁横断面的顶板，监测所述主梁横断面结构的角位移，在桥台处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器a，所述三维摆动传感器a的中心线与桥中心线平行，监测桥台处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥边跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器b，所述三维摆动传感器b的中心线与桥中心线平行，监测桥边跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥墩处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器C，所述三维摆动传感器c的中心线与桥中心线平行，监测桥墩处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动上的幅度、频率；在桥次中跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器d，所述三维摆动传感器d的中心线与桥中心线平行，监测桥次中跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在索塔处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器e，所述三维摆动传感器e的中心线与桥中心线平行，监测索塔处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥中跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器f，所述三维摆动传感器f的中心线与桥中心线平行，监测桥中跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥台、1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨、桥墩、1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨、索塔、1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处所述主梁的上、下边缘上，沿桥中心线粘贴有应变片，由应变仪测试出主梁结构的应变，再通过换算，监测所述主梁结构的应力；在所述斜拉桥的桥面上平行桥中心线等距安置有数只拾振器，采用拾振仪测试出主梁的固有频率、振型等，监测所述主梁的动力特性。
[0007]在设计指定的所述拉索上安装有频率传感器，每更换一根拉索的前、后，以及换索过程中监测该些所述拉索的拉力，采用内置有压力传感器和液压缸式延伸量传感器的双控式预应力张拉设备，当千斤顶张拉换上的新拉索时，由该双控式预应力张拉设备监测所述拉索的张拉力、延伸量，在所述桥墩墩身上沿竖向轴线方向粘贴有应变片，由应变仪测试出桥墩结构的应变，再通过换算，监测所述桥墩的应力。
[0008]一种斜拉桥换索工程监测的方法，依次按以下步骤进行: (1)制定出斜拉桥换索工程的监测方案，做斜拉桥换索工程监测的准备工作；
(2)按斜拉桥换索工程监测的方案，在斜拉桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索上安装监测仪器设备；
(3)所有监测仪器设备进行调试，并拟定出斜拉桥换索时发生紧急情况的监测预案；
(4)换索前的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、主梁结构应力、主梁动力特性、拉索拉力、桥墩结构应力进行监测；
(5)换索阶段中，在阻断交通的情况下，实时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、拉索拉力、拉索张拉时张拉力与延伸量进行监测；以及定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、主梁结构应力、桥墩结构应力进行监测；
(6)换索后的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、主梁结构应力、主梁动力特性、拉索拉力、桥墩结构应力进行监测；
(7)提交监测报告，完成斜拉桥换索工程监测的工作。
[0009]本发明中斜拉桥换索监测的仪器设备基于以下工作原理:
索塔摆动测试激光发射装置1、索塔摆动测试激光发射装置I1、索塔摆动靶点装置1、索塔摆动靶点装置II监测索塔倾斜度与摆动的工作原理:索塔在固有频率、主梁荷载、拉索索力、风载等作用下，会发生倾斜与摆动。现由安装在索塔底部上游侧的索塔摆动测试激光发射装置I的索塔摆动测试激光发射器a，向安装在所述索塔顶部上游侧面上的索塔摆动靶点装置I的索塔摆动靶点器a发射激光，来测试索塔顶部沿桥横向的倾斜度与摆动；由安装在索塔底部上游侧的索塔摆动测试激光发射装置I的索塔摆动测试激光发射器b，向安装在所述索塔顶部上游侧面上的索塔摆动靶点装置I的索塔摆动靶点器b发射激光，来测试索塔顶部沿桥纵向的倾斜度与摆动；由安装在索塔底部下游侧的索塔摆动测试激光发射装置II的索塔摆动测试激光发射器C，向安装在所述索塔中部下游侧面上的索塔摆动靶点装置II的索塔摆动靶点器C发射激光，来测试索塔顶部沿桥横向的倾斜度与摆动；由安装在索塔底部下游侧的索塔摆动测试激光发射装置II的索塔摆动测试激光发射器d，向安装在所述索塔中部下游侧面上的索塔摆动靶点装置II的索塔摆动靶点器d发射激光，来测试索塔中部沿桥纵向的倾斜度与摆动。由于索塔摆动测试激光发射器a、索塔摆动测试激光发射器b、索塔摆动测试激光发射器C、索塔摆动测试激光发射器d的结构、功能相同，所以是同种的索塔摆动测试激光发射器，以及索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器C、索塔摆动靶点器d的结构、功能相同，所以也是同种的索塔摆动靶点器。监测时，安装在索塔底部的索塔摆动测试激光发射器发射出相对固定不动的激光，照射到索塔摆动靶点器由数百根平行光导丝组成的光纤靶点器上，该光纤靶点器的光导丝把光线传导给端部相对应的光敏元件上，由该光敏元件传输出传感的信号。因索塔的摆动，索塔摆动测试激光发射器发射出的激光点在索塔摆动靶点器光纤靶点器的光导丝上横向来回移动，测得间隔最远被照射到激光的两根光导丝的距离，便能监测得索塔在该方向上的摆幅，并测试出每次摆动间隔的时间，便能监测得索塔在该方向上摆动的频率。由于索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器c的中心线按平行于桥中心线安装在索塔上，即索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器c的光纤靶点器光导丝平行于桥中心线方向排列，所以索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器c能监测索塔沿桥横向的摆动；又由于索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器d的中心线按垂直于桥中心线安装在索塔上，即索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器d的光纤靶点器光导丝垂直于桥中心线方向排列，所以索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器d能监测索塔沿桥纵向的摆动。用量测设备测得索塔摆动测试激光发射器至索塔摆动靶点器光纤靶点器的铅直距离，设该铅直距离为I。斜拉桥在换索前，测得光纤靶点器上激光摆动的中心点为原点xo。斜拉桥在换索中，测得光纤靶点器上激光摆动的中心点为X1。设斜拉桥在换索前与换索中，光纤靶点器上两个激光摆动的中心点之差为X，即X=X1-Xtlt5则:测得索塔在该方向上的倾斜度为Θ，Β卩0=arctgX/y。所以，索塔摆动测试激光发射装置I与索塔摆动靶点装置I能监测索塔顶部沿桥纵向、桥横向的倾斜度，以及索塔摆动测试激光发射装置II与索塔摆动靶点装置II能监测索塔中部沿桥纵向、桥横向的倾斜度。同时，在索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器C、索塔摆动靶点器d内部各自设置了辅助用的一只摆动传感器，每只摆动传感器内安置有一根悬壁板。将索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器c内的摆动传感器的悬臂板板面竖直，且板轴线与桥中心线平行设置，以及索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器d内的摆动传感器的悬臂板板面竖直，且板轴线与桥中心线垂直设置。由于该些悬臂板的横断面为矩形薄板，其板厚尺寸远比板宽的小，即悬臂板在板厚方向的刚度远比板宽方向的小，所以当索塔摆动时，板轴线垂直于索塔摆动方向的悬臂板在惯性力作用下会产生变形而摆动，悬臂板板端的磁铁块，随着悬臂板的摆动而摆动，切换着与磁铁块间隔△距离的磁敏元件上的磁力线，磁敏元件输出的传感信号随磁力线强度变化大小，由磁敏元件输出传感信号的大小来获得索塔的摆幅。所以，索塔摆动靶点器a、索塔摆动靶点器b、索塔摆动靶点器C、索塔摆动靶点器d的摆动传感器能校核监测索塔的顶部、中部沿桥纵向、桥横向摆动的幅度与频率。
[0010]所述拉线式光电位移传感器监测主梁线位移的工作原理:把拉线式光电位移传感器安装于相对不位移的物体上，从拉线式光电位移传感器拉出的拉线挂钩挂在被测物体的挂环上，依靠拉线式光电位移传感器内置盘簧回缩的弹力，将拉线始终绷紧。当被测物体发生位移时,带动拉线式光电位移传感器的拉线拉出或缩回，经拉线式光电位移传感器内部传动机构的传动，由调制轮切换两只光电断续器上的光线，两只光电断续器输出相应的传感信号。若被测物体产生的位移大，调制轮转动的次数就多，调制轮切换两只光电断续器上光线的次数多，即传感信号输出信号的次数就多。现在桥台、桥墩、索塔上各自安装三只拉线式光电位移传感器，每处的三只拉线式光电位移传感器的拉线挂钩分别沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向挂于主梁底部的三只挂钩上，所以拉线式光电位移传感器能监测主梁沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移。
[0011]所述光电式建筑构件挠度测试仪监测主梁挠度的工作原理:在相对不位移的桥台、桥墩、索塔上的下游侧安装光电式建`筑构件挠度测试仪的水平激光基准器，在桥跨的主梁底面沿桥中心线依次等距安装有光电式建筑构件挠度测试仪的数只测点器，所述水平激光基准器上的数只激光发射器，各自对应地向所述测点器发出水平的基准激光，所述测点器内的传动机构带动取光器在滑轨上竖向往返滑行的同时，带动位移传感器输出信号，以起初取光器获得初基准激光为位移的“零”点，以测试时取光器获得基准激光的位移改变量为主梁所发生的挠度，所以光电式建筑构件挠度测试仪能测试出主梁在桥跨中指定部位的挠度。
[0012]所述连通管式构件倾斜传感器监测主梁横向扭转度的工作原理:所述的连通管式构件倾斜传感器的两个水位传感装置分别安装在主梁的两侧，该两只水位传感装置在主梁底面用连通管连通，在两个水位传感装置和连通管内注满水，调整两个水位传感装置的高度，将两只水位传感装置的水压力传感器输出的水压力值相等时，即可进行主梁横向扭转度的监测。当主梁发生横向扭转度时，两只水位传感装置的测压管内形成水位差A h，由所述的水压力传感器测试出水压力差A P。根据《流体力学》知:水压力p等于水容重Y与水位h之积，即P= Y h、A P= Y Ah或A h= A p/ Y ,现两只水位传感装置相隔的距离为主梁的宽度L，则主梁的横向扭转角a=arCtgAh/L，所以连通管式构件倾斜传感器能测试出主梁的横向扭转度。
[0013]所述臂式角位移传感器的工作原理:臂式光电角位移传感器固定于主梁的腹板上，靠盘簧弹力将活动置于臂杆一端的滑轮紧抵在主梁的顶板上。当主梁的腹板与顶板之间产生的角位移，由臂杆带动臂式光电角位移传感器的主轴,经臂式角位移传感器内部传动机构的传动，齿轮组最小从动轮的调制轮快速旋转，切换着两只光电断续器上的光线，两只光电断续器输出相应的传感信号，所以臂式角位移传感器能测试出主梁结构的角位移。
[0014]所述三维摆动传感器监测主梁摆动的工作原理:在主梁内的底板上安装所述的三维摆动传感器，并将该三维摆动传感器的中心线与桥中心线平行，在所述的三维摆动传感器内安置有悬臂板a、悬臂板b、悬臂板C，且悬臂板a的最小截面惯性矩中心线平行于桥中心线，悬臂板b的最小截面惯性矩中心线垂直于桥中心线、悬臂板c的最小截面惯性矩中心线指向铅直的方向；所述悬臂板a的板端安置有磁铁块a，沿悬臂板a板轴线外且与磁铁块a间隔A的位置安置有磁敏元件a ;所述悬臂板b的板端安置有磁铁块b，沿悬臂板b板轴线外且与磁铁块b间隔A的位置安置有磁敏元件b ;所述悬臂板c的板端安置有磁铁块C，沿悬臂板c板轴线外且与磁铁块c间隔A的位置安置有磁敏元件C。当主梁沿桥纵向摆动时，悬臂板a会产生摆动，悬臂板a板端的磁铁块a来回切换磁敏元件a上的磁力线，磁敏元件a输出相应的摆动传感信号；当主梁沿桥横向摆动时，悬臂板b会产生摆动，悬臂板b板端的磁铁块b来回切换磁敏元件b上的磁力线，磁敏元件b输出相应摆动的传感信号；当主梁沿铅直方向摆动时，悬臂板c会产生摆动，悬臂板c板端的磁铁块c来回切换磁敏元件C上的磁力线，磁敏元件c输出相应的摆动传感信号；当主梁沿偏桥纵向摆动时，悬臂板a、悬臂板b均会产生摆动，悬臂板a板端的磁铁块a来回切换磁敏元件a上的磁力线，悬臂板b板端的磁铁块b来回切换磁敏元件b上的磁力线，且悬臂板a比悬臂板b切换磁力线的幅度大，磁敏元件a、磁敏元件b各自输出相应的摆动传感信号。当主梁的摆动消失后，该些悬臂板均逐渐恢复原静止状态。以此类推，所述三维摆动传感器能监测主梁在任意方向上摆动的幅度、频率。
[0015]所述应变片监测主梁结构应力的工作原理:在所述主梁结构上粘贴应变片，当主梁受力后发生变形，该些应变片随即也发生变形而改变其电阻值，再由应变仪测试出其应变值。根据“虎克定理”的应力O等于结构材料弹性模量E与应变e之积，S卩O =Ee,经换算得出主梁的应力，所以应变片能监测主梁结构的应力。[0016]所述拾振器监测主梁动力特性的工作原理:在所述主梁的顶面(桥面)上平行桥中心线等距安置数只拾振器，由拾振仪测试出主梁在每只拾振器位置的振幅、振动频率，经分析与处理得出所述主梁的振型、固有频率等，所以拾振器能监测主梁的动力特性。
[0017]所述频率传感器监测拉索拉力的工作原理:在所述的拉索上安装频率传感器，根据拉索所受的拉力F与振动频率P的关系，即拉索受力F的大小与振动频率P成正比，由频率传感器测试出所述拉索的频率，经换算得出拉索所受的拉力，所以频率传感器能监测所述拉索的拉力。
[0018]所述双控式预应力张拉设备更换拉索时监测拉索张拉力、延伸量的工作原理:所述双控式预应力张拉设备在液压泵站的油路上安置有液压油压力传感器和液压缸式延伸量传感器，由液压油压力传感器测试出更换拉索时千斤顶的张拉力，由液压缸式延伸量传感器测试出更换拉索时千斤顶活塞杆的进尺量，该千斤顶活塞杆的进尺量等同于拉索的延伸量。由液压泵输送给所述液压缸式延伸量传感器左腔室高压液压油，将液压缸式延伸量传感器缸体内的活塞向右推动，把液压缸式延伸量传感器右腔室内液压油输送给千斤顶进行拉索的张拉工作。在活塞向右移动的同时，由液压缸式延伸量传感器缸体内的活塞位移传感器测量出活塞的位移量。根据千斤顶活塞杆进尺量与液压缸式延伸量传感器缸体给油量的关系，经液压缸式延伸量传感器输出液压油体积与输入千斤顶液压油体积的换算，得出千斤顶活塞杆的进尺量(拉索延伸量)。设液压缸式延伸量传感器缸体的内径为D1,由活塞位移传感器测出所述缸体内活塞的位移量为L1,即液压缸式延伸量传感器输送给千斤顶的给油量为V1= D12L1^0又设千斤顶液压缸的内径为D2,千斤顶活塞杆的进尺量为L2,即千斤顶液压缸的进油量为V2= D22L2/4。根据流体力学的连续方程，即在连通管内输入流体量必等同于输出流体量，所以液压缸式延伸量传感器给油量等于千斤顶进油量，即V1=V2，则:
D12L1A= n D22L2/4，拉索的延 伸量为L2=D12IVD22O所以双控式预应力张拉设备在更换拉索时能监测拉索张拉力、延伸量。
[0019]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:本发明提出的一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备与方法，它能系统、连续、实时地对所述斜拉桥的桥面中心线位置、桥面标高、桥台标高进行监测，对所述索塔的倾斜度、摆动进行监测，对所述主梁的线位移、挠度、横向扭转、角位移、摆动、应力、动力特性进行监测，对所述拉索的拉力、张拉力、延伸量进行监测，对所述桥墩的应力进行监测，为斜拉桥换索工程施工提供技术保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明斜拉桥换索工程全桥前视的监测工作示意图。
[0021]图2为本发明斜拉桥换索工程全桥俯视的监测工作示意图。
[0022]图3为本发明斜拉桥换索工程索塔右侧视的监测工作示意图。
[0023]图4为本发明斜拉桥换索工程索塔前视的监测工作示意图。
[0024]图5为本发明斜拉桥换索工程索塔后视的监测工作示意图。
[0025]图6为本发明斜拉桥换索工程桥台处主梁右侧视的监测工作示意图。
[0026]图7为本发明斜拉桥换索工程桥边跨主梁前视的监测工作示意图。
[0027]图8为本发明斜拉桥换索工程桥边跨主梁仰视的监测工作示意图。
[0028]图9为本发明斜拉桥换索工程桥墩处主梁右侧视的监测工作示意图。[0029]图10为本发明斜拉桥换索工程桥次中跨主梁前视的监测工作示意图。
[0030]图11为本发明斜拉桥换索工程桥次中跨主梁仰视的监测工作示意图。
[0031]图12为本发明斜拉桥换索工程索塔处主梁右侧视的监测工作示意图。
[0032]图13为本发明斜拉桥换索工程桥半中跨主梁前视的监测工作示意图。
[0033]图14为本发明斜拉桥换索工程桥半中跨主梁仰视的监测工作示意图。
[0034]图中标号:I斜拉桥、2桥台、3桥墩、4索塔、5主梁、6拉索、7河道、8索塔摆动测试激光发射装置1、9索塔摆动测试激光发射装置11、10索塔摆动靶点装置1、11索塔摆动靶点装置I1、12风速风向风频率仪、13拉线式光电位移传感器a、14拉线式光电位移传感器b、15拉线式光电位移传感器C、16拉线式光电位移传感器d、17拉线式光电位移传感器e、18拉线式光电位移传感器f、19拉线式光电位移传感器g、20拉线式光电位移传感器h、21拉线式光电位移传感器1、22水平激光基准器a、23水平激光基准器b、24水平激光基准器C、25测点器a、26测点器b、27测点器c、28测点器d、29测点器e、30测点器f、31测点器g、32测点器h、33测点器1、34测点器j、35水位传感装置a、36水位传感装置b、37水位传感装置c、38水位传感装置d、39水位传感装置e、40水位传感装置f、41连通管、42臂式角位移传感器、43三维摆动传感器a、44三维摆动传感器c、45三维摆动传感器e、46应变片、47拾振器、48频率传感器。
【具体实施方式】
[0035]参见图1?图14，为本发明的一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备，包括了对斜拉桥I的桥台2、桥墩3、索塔4、主梁5、拉索6的监测，其特征在于:所述斜拉桥I的桥台2、桥墩3、索塔4、主梁5、拉索6，采用经纬仪、水准仪、索塔摆动测试激光发射装置I 8、索塔摆动测试激光发射装置II 9、索塔摆动靶点装置I 10、索塔摆动靶点装置II 11、风速风向风频率仪12、拉线式光电位移传感器al3、拉线式光电位移传感器bl4、拉线式光电位移传感器cl5、拉线式光电位移传感器dl6、拉线式光电位移传感器el7、拉线式光电位移传感器fl8、拉线式光电位移传感器gl9、拉线式光电位移传感器h20、拉线式光电位移传感器i21、光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a22、测点器a25、测点器b26、测点器c27、光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b23、测点器d28、测点器e29、测点器f30、光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器c24、测点器g31、测点器h32、测点器i33、测点器j34、连通管式构件倾斜传感器a的水位传感装置a35和连通管41、连通管式构件倾斜传感器b的水位传感装置b36和连通管41、连通管式构件倾斜传感器c的水位传感装置c37和连通管41、连通管式构件倾斜传感器d的水位传感装置d38和连通管41、连通管式构件倾斜传感器e的水位传感装置e39和连通管41、连通管式构件倾斜传感器f的水位传感装置f40和连通管41、臂式角位移传感器42、三维摆动传感器a43、三维摆动传感器b、三维摆动传感器c44、三维摆动传感器d、三维摆动传感器e45、三维摆动传感器f、应变片46、拾振器47、频率传感器48的仪器设备进行监测。所述斜拉桥I引用大地的测量网和水准点，对其桥面中心线、桥面标闻、桥台2标闻进行监测。在所述斜拉桥I左半桥与右半桥的桥台2、桥墩3、索塔4、主梁5、拉索6上的监测仪器设备，及其该些仪器设备的安装位置均相同。
[0036]在所述索塔4底部的上游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置I 8，在所述索塔4顶部的上游侧面上安装有索塔摆动靶点装置I 10，在所述索塔4底部的下游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置II 9，在所述索塔4中部的下游侧面上安装有索塔摆动靶点装置II 11。所述索塔摆动测试激光发射装置I 8对准索塔摆动靶点装置I 10发射激光，监测所述索塔4顶部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动；所述索塔摆动测试激光发射装置II 9对准索塔摆动靶点装置II 11发射激光，监测所述索塔4中部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动。另外，在两岸所述斜拉桥I的观测点，采用经纬仪校核监测所述索塔4的倾斜度。在所述索塔4的顶部安装有风速风向风频率仪12，监测所述斜拉桥I所受的风速、风向、风频率。
[0037]在所述桥台2的台帽上安装有拉线式光电位移传感器al3、拉线式光电位移传感器bl4、拉线式光电位移传感器cl5,所述拉线式光电位移传感器al3、拉线式光电位移传感器bl4、拉线式光电位移传感器cl5的拉线挂钩，分别挂在所述桥台2处主梁5底面的三个挂环上，依次监测所述主梁5在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述桥墩3的墩身上安装有拉线式光电位移传感器dl6、拉线式光电位移传感器el7、拉线式光电位移传感器f 18，所述拉线式光电位移传感器dl6、拉线式光电位移传感器el7、拉线式光电位移传感器fl8的拉线挂钩，分别挂在所述桥墩3处主梁5底面的三个挂环上，依次监测所述主梁5在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述索塔4的塔身上安装有拉线式光电位移传感器gl9、拉线式光电位移传感器h20、拉线式光电位移传感器i21，所述拉线式光电位移传感器gl9、拉线式光电位移传感器h20、拉线式光电位移传感器i21的拉线挂钩，分别挂在所述索塔4处主梁5底面的三个挂环上，依次监测所述主梁5在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移。在所述桥台2台身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a22，在所述主梁5底面沿桥中心线的1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪a的测点器a25、测点器b26、测点器c27，所述水平激光基准器a22的三个激光发射器，分别对准所述的测点器a25、测点器b26、测点器c27发出水平的激光，监测所述斜拉桥I边跨主梁5的挠度；在所述桥墩3墩身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b23，在所述主梁5底面沿桥中心线的1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪b的测点器d28、测点器e29、测点器f30，所述水平激光基准器b23的三个激光发射器，分别对准所述的测点器d28、测点器e29、测点器f30发出水平的激光，监测所述斜拉桥I次中跨主梁5的挠度；在所述索塔4塔身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器c24，在所述主梁5底面沿桥中心线的1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪c的测点器g31、测点器h32、测点器i33、测点器j34，所述水平激光基准器c24的四个激光发射器，分别对准所述的测点器g31、测点器h32、测点器i33、测点器j34发出水平的激光，监测所述斜拉桥I半中跨主梁5的挠度。在桥台2处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器a，所述连通管式构件倾斜传感器a的两只水位传感装置a35，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在桥台2处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置a35连通，所述的两只水位传感装置a35和连通管41内注满水，监测桥台2处所述主梁5的横向扭转度；在桥边跨跨中处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器b，所述连通管式构件倾斜传感器b的两只水位传感装置b36，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在桥边跨跨中处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置b36连通，所述的两只水位传感装置b36和连通管41内注满水，监测桥边跨跨中处所述主梁5的横向扭转度；在桥墩3处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器C，所述连通管式构件倾斜传感器c的两只水位传感装置c37，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在桥墩3处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置c37连通，所述的两只水位传感装置c37和连通管41内注满水，监测桥墩3处所述主梁5的横向扭转度；在桥次中跨跨中处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器d，所述连通管式构件倾斜传感器d的两只水位传感装置d38，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在桥次中跨跨中处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置d38连通，所述的两只水位传感装置d38和连通管41内注满水，监测桥次中跨跨中处所述主梁5的横向扭转度；在索塔4处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器e，所述连通管式构件倾斜传感器e的两只水位传感装置e39，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在索塔4处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置e39连通，所述的两只水位传感装置e39和连通管41内注满水，监测索塔4处所述主梁5的横向扭转度；在桥中跨跨中处所述主梁5的底部安装有连通管式构件倾斜传感器f，所述连通管式构件倾斜传感器f的两只水位传感装置f40，分别安装在所述主梁5的两个侧面上，在桥中跨跨中处所述主梁5底面上有连通管41，该连通管41将两只所述的水位传感装置f40连通，所述的两只水位传感装置f40和连通管41内注满水，监测桥中跨跨中处所述主梁5的横向扭转度。在所述斜拉桥I的桥台2、边跨跨中、桥墩3、次中跨跨中、索塔4、中跨跨中处主梁5横断面结构内有两只臂式角位移传感器42，该两只所述臂式角位移传感器42分别安置在所述主梁5横断面两侧的腹板上，所述臂式角位移传感器42的靠轮抵靠于所述主梁5横断面的顶板，监测所述主梁5横断面结构的角位移。在桥台2处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器a43，所述三维摆动传感器a43的中心线与桥中心线平行，监测桥台3处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥边跨跨中处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器b，所述三维摆动传感器b的中心线与桥中心线平行，监测桥边跨跨中处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥墩3处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器c44，所述三维摆动传感器c44的中心线与桥中心线平行，监测桥墩3处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动上的幅度、频率；在桥次中跨跨中处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器d，所述三维摆动传感器d的中心线与桥中心线平行，监测桥次中跨跨中处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在索塔4处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器e45，所述三维摆动传感器e45的中心线与桥中心线平行，监测索塔4处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥中跨跨中处所述主梁5内的底板上安装有三维摆动传感器f，所述三维摆动传感器f的中心线与桥中心线平行，监测桥中跨跨中处所述主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率。在桥台2、1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨、桥墩3、1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨、索塔4、1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处所述主梁5的上、下边缘上，沿桥中心线粘贴有应变片46，由应变仪测试出主梁结构的应变，再通过换算，监测所述主梁5结构的应力。在所述斜拉桥I的桥面上平行桥中心线等距安置有数只拾振器47，采用拾振仪测试出主梁5的固有频率、振型等，监测所述主梁5的动力特性。
[0038]在设计指定的所述拉索6上安装有频率传感器48，每更换一根拉索6的前、后，以及换索过程中监测该些所述拉索6的拉力。采用内置有压力传感器和液压缸式延伸量传感器的双控式预应力张拉设备，当千斤顶张拉换上的新拉索6时，由该双控式预应力张拉设备监测所述拉索6的张拉力、延伸量。在所述桥墩3墩身上沿竖向轴线方向粘贴有应变片46，由应变仪测试出桥墩3结构的应变，再通过换算，监测所述桥墩3的应力。
[0039]一种斜拉桥换索工程监测的方法，依次按以下步骤进行:
(1)制定出斜拉桥I换索工程的监测方案，做斜拉桥I换索工程监测的准备工作；
(2)按斜拉桥I换索工程监测的方案，在斜拉桥I的桥台2、桥墩3、索塔4、主梁5、拉索6上安装监测仪器设备；
(3)所有监测仪器设备进行调试，并拟定出斜拉桥I换索时发生紧急情况的监测预案；
(4)换索前的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥I的桥面的中心线、桥面标高、桥台2顶面标高、索塔4倾斜度与摆动、主梁5线位移、主梁5挠度、主梁5横向扭转度、主梁5结构角位移、主梁5摆动、主梁5结构应力、主梁5动力特性、拉索6拉力、桥墩3结构应力进行监测；
(5)换索阶段中，在阻断交通的情况下，实时地操作监测仪器设备，对斜拉桥I的索塔4倾斜度与摆动、主梁5线位移、主梁5挠度、主梁5横向扭转度、主梁5结构角位移、主梁5摆动、拉索6拉力、拉索6张拉时张拉力与延伸量进行监测；以及定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥I的桥面的中心线、桥面标高、桥台2顶面标高、主梁5结构应力、桥墩3结构应力进行监测；
(6)换索后的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥I的桥面的中心线、桥面标高、桥台2顶面标高、索塔4倾斜度与摆动、主梁5线位移、主梁5挠度、主梁5横向扭转度、主梁5结构角位移、主梁5摆动、主梁5结构应力、主梁5动力特性、拉索6拉力、桥墩3结构应力进行监测；
(7)提交监测报告，完成斜拉桥I换索工程监测的工作。
[0040]斜拉桥I是一种大跨度的桥梁，其桥台2与桥墩3之间的桥为边跨，桥墩3与索塔4之间的桥为次中跨，两个索塔4之间的桥为中跨；桥台2的作用是支承主梁5的端部，并安装伸缩缝；桥墩3的作用是在河道中间支承主梁5 ;索塔4的作用是挂拉索6，并承担主梁5的荷载；主梁5的作用是桥跨结构，且挂拉索6 ;拉索6的作用是承担与传递主梁5荷载给索塔4 ;河道7是过水的通道；索塔摆动测试激光发射装置I 8的作用是向索塔摆动靶点装置I 10发射监测用的激光；索塔摆动测试激光发射装置II 9的作用是向索塔摆动靶点装置II 11发射监测用的激光；索塔摆动靶点装置I 10的作用是传感索塔4顶部沿桥纵向、桥横向的倾斜、摆动信号；索塔摆动靶点装置II 11的作用是传感索塔4中部沿桥纵向、桥横向的倾斜、摆动信号；风速风向风频率仪12的作用是监测斜拉桥I处的风速、风向、风频率；拉线式光电位移传感器al3的作用是在桥台2处监测主梁5沿桥纵向的线位移；拉线式光电位移传感器bl4的作用是在桥台2处监测主梁5沿桥横向的线位移；拉线式光电位移传感器cl5的作用是在桥台2处监测主梁5沿铅直方向的线位移；拉线式光电位移传感器dl6的作用是在桥墩3处监测主梁5沿桥纵向的线位移；拉线式光电位移传感器el7的作用是在桥墩3处监测主梁5沿桥横向的线位移；拉线式光电位移传感器fl8的作用是在桥墩3处监测主梁5沿铅直方向的线位移；拉线式光电位移传感器gl9的作用是在索塔4处监测主梁5沿桥纵向的线位移；拉线式光电位移传感器h20的作用是在索塔4处监测主梁5沿桥横向的线位移；拉线式光电位移传感器i21的作用是在索塔4处监测主梁5沿铅直方向的线位移；水平激光基准器a22是光电式建筑构件挠度测试仪a部件，其的作用是分别向光电式建筑构件挠度测试仪a的测点器a25、测点器b26、测点器c27发射水平基准激光，以监测主梁5边跨的挠度；水平激光基准器b23是光电式建筑构件挠度测试仪b部件，其的作用是分别向光电式建筑构件挠度测试仪b的测点器d28、测点器e29、测点器f30发射水平基准激光，以监测主梁5次中跨的挠度；水平激光基准器c24是光电式建筑构件挠度测试仪c部件，其的作用是分别向光电式建筑构件挠度测试仪c的测点器g31、测点器h32、测点器i33、测点器j34 发射水平基准激光，以监测主梁5中跨的挠度；测点器a25的作用是接收水平激光基准器a22发出水平基准激光，测试出主梁5在1/4边跨处的挠度值；测点器b26的作用是接收水平激光基准器a22发出水平基准激光，测试出主梁5在1/2边跨处的挠度值；测点器c27的作用是接收水平激光基准器a22发出水平基准激光，测试出主梁5在3/4边跨处的挠度值；测点器d28的作用是接收水平激光基准器b23发出水平基准激光，测试出主梁5在1/4次中跨处的挠度值；测点器e29的作用是接收水平激光基准器b23发出水平基准激光，测试出主梁5在1/2次中跨处的挠度值；测点器f30的作用是接收水平激光基准器b23发出水平基准激光，测试出主梁在3/4次中跨处的挠度值；测点器g31的作用是接收水平激光基准器c24发出水平基准激光，测试出主梁5在1/8中跨处的挠度值；测点器h32的作用是接收水平激光基准器c24发出水平基准激光，测试出主梁5在1/4中跨处的挠度值；测点器i33的作用是接收水平激光基准器c24发出水平基准激光，测试出主梁5在3/8中跨处的挠度值；测点器j34的作用是接收水平激光基准器c24发出水平基准激光，测试出主梁5在1/2中跨处的挠度值；水位传感装置a35是连通管式构件倾斜传感器a的部件，其的作用是测试出桥台2处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；水位传感装置b36是连通管式构件倾斜传感器a的部件，其的作用是测试出桥边跨跨中处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；水位传感装置c37是连通管式构件倾斜传感器c的部件，其的作用是测试出桥墩3处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；水位传感装置d38是连通管式构件倾斜传感器d的部件，其的作用是测试出桥次中跨跨中处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；水位传感装置e39是连通管式构件倾斜传感器e的部件，其的作用是测试出索塔4处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；水位传感装置f40是连通管式构件倾斜传感器f的部件，其的作用是测试出桥中跨跨中处主梁5两侧的水位差，以监测该处主梁5的横向扭转度；连通管41的作用是将连通管式构件倾斜传感器的两个水位传感装置内的水连通；臂式角位移传感器42的作用是监测主梁5结构的角变位；三维摆动传感器a43的作用是监测桥台2处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率；三维摆动传感器b的作用是监测桥边跨跨中处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率；三维摆动传感器c44的作用是监测桥墩3处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率；三维摆动传感器d的作用是监测次中跨跨中处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率；三维摆动传感器e45的作用是监测索塔4处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率；三维摆动传感器f?的作用是监测中桥跨跨中处主梁5沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上的振动幅度与频率;应变片46的作用是监测主梁、桥墩结构的应力；拾振器47的作用是监测主梁5的振型、振幅、振频的动力特性；频率传感器48的作用是监测拉索6的振动频率，通过换算后得出拉索6所受的拉力；双控式预应力张拉设备的作用是更换拉索时监测拉索张拉力、延伸量。
【权利要求】
1.一种斜拉桥换索工程监测的仪器设备，其特征在于:包括有所述斜拉桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索，采用经纬仪、水准仪、索塔摆动测试激光发射装置1、索塔摆动测试激光发射装置I1、索塔摆动靶点装置1、索塔摆动靶点装置I1、风速风向风频率仪、拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器C、拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f、拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器K拉线式光电位移传感器1、光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a、测点器a、测点器b、测点器C、光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b、测点器d、测点器e、测点器f、光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器C、测点器g、测点器h、测点器1、测点器j、连通管式构件倾斜传感器a的水位传感装置a和连通管、连通管式构件倾斜传感器b的水位传感装置b和连通管、连通管式构件倾斜传感器c的水位传感装置c和连通管、连通管式构件倾斜传感器d的水位传感装置d和连通管、连通管式构件倾斜传感器e的水位传感装置e和连通管、连通管式构件倾斜传感器f的水位传感装置f和连通管、臂式角位移传感器、三维摆动传感器a、三维摆动传感器b、三维摆动传感器C、三维摆动传感器d、三维摆动传感器e、三维摆动传感器f、应变片、拾振器、频率传感器的仪器设备进行监测，所述斜拉桥引用大地的测量网和水准点，对其桥面中心线、桥面标高、桥台标高进行监测，在所述斜拉桥左半桥与右半桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索上的监测仪器设备，及其该些仪器设备的安装位置均相同。
2.根据权利要求1所述斜拉桥换索工程监测的仪器设备，其特征是:在所述索塔底部的上游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置I，在所述索塔顶部的上游侧面上安装有索塔摆动靶点装置I，在所述索塔底部的下游侧安装有索塔摆动测试激光发射装置II，在所述索塔中部的下游侧面上安装有索塔摆动靶点装置II，所述索塔摆动测试激光发射装置I对准索塔摆动靶点装置I发射激光，监测所述索塔顶部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动；所述索塔摆动测试激光发射装置II对准索塔摆动靶点装置II发射激光，监测所述索塔中部沿桥纵向、桥横向的倾斜度与摆动，另外，在两岸所述斜拉桥的观测点，采用经纬仪校核监测所述索塔的倾斜度，在所述索塔的顶部安装有风速风向风频率仪，监测所述斜拉桥所受的风速、风向、风频率。
3.根据权利要求1所述斜拉桥换索工程监测的仪器设备，其特征是:在所述桥台的台帽上安装有拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器c，所述拉线式光电位移传感器a、拉线式光电位移传感器b、拉线式光电位移传感器c的拉线挂钩，分别挂在所述桥台处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述桥墩的墩身上安装有拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f，所述拉线式光电位移传感器d、拉线式光电位移传感器e、拉线式光电位移传感器f的拉线挂钩，分别挂在所述桥墩处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移；在所述索塔的塔身上安装有拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器h、拉线式光电位移传感器i，所述拉线式光电位移传感器g、拉线式光电位移传感器h、拉线式光电位移传感器i的拉线挂钩，分别挂在所述索塔处主梁底面的三个挂环上，依次监测所述主梁在该处沿桥纵向、桥横向、铅直三个方向的线位移，在所述桥台台身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪a的水平激光基准器a，在所述主梁底面沿桥中心线的1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪a的测点器a、测点器b、测点器C，所述水平激光基准器a的三个激光发射器，分别对准所述的测点器a、测点器b、测点器c发出水平的激光，监测所述斜拉桥边跨主梁的挠度；在所述桥墩墩身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪b的水平激光基准器b，在所述主梁底面沿桥中心线的1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪b的测点器d、测点器e、测点器f，所述水平激光基准器b的三个激光发射器，分别对准所述的测点器d、测点器e、测点器f发出水平的激光，监测所述斜拉桥次中跨主梁的挠度；在所述索塔塔身的下游侧安装有光电式建筑构件挠度测试仪c的水平激光基准器C，在所述主梁底面沿桥中心线的1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处，依次安装有所述光电式建筑构件挠度测试仪c的测点器g、测点器h、测点器1、测点器j，所述水平激光基准器c的四个激光发射器，分别对准所述的测点器g、测点器h、测点器1、测点器j发出水平的激光，监测所述斜拉桥半中跨主梁的挠度，在桥台处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器a，所述连通管式构件倾斜传感器a的两只水位传感装置a，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥台处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置a连通，所述的两只水位传感装置a和连通管内注满水，监测桥台处所述主梁的横向扭转度；在桥边跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器b，所述连通管式构件倾斜传感器b的两只水位传感装置b，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥边跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置b连通，所述的两只水位传感装置b和连通管内注满水，监测桥边跨跨中处所述主梁的横向扭转度；在桥墩处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器C，所述连通管式构件倾斜传感器c的两只水位传感装置C，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥墩处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置c连通，所述的两只水位传感装置c和连通管内注满水，监测桥墩处所述主梁的横向扭转度；在桥次中跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器d，所述连通管式构件倾斜传感器d的两只水位传感装置d，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥次中跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置d连通，所述的两只水位传感装置d和连通管内注满水，监测桥次中跨跨中处所述主梁的横向扭转度；在索塔处所述主梁的底部安装有连通`管式构件倾斜传感器e，所述连通管式构件倾斜传感器e的两只水位传感装置e，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在索塔处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置e连通，所述的两只水位传感装置e和连通管内注满水，监测索塔处所述主梁的横向扭转度；在桥中跨跨中处所述主梁的底部安装有连通管式构件倾斜传感器f，所述连通管式构件倾斜传感器f的两只水位传感装置f，分别安装在所述主梁的两个侧面上，在桥中跨跨中处所述主梁底面上有连通管，该连通管将两只所述的水位传感装置f连通，所述的两只水位传感装置f和连通管内注满水，监测桥中跨跨中处所述主梁的横向扭转度，在所述斜拉桥的桥台、边跨跨中、桥墩、次中跨跨中、索塔、中跨跨中处主梁横断面结构内有两只臂式角位移传感器，该两只所述臂式角位移传感器分别安置在所述主梁横断面两侧的腹板上，所述臂式角位移传感器的靠轮抵靠于所述主梁横断面的顶板，监测所述主梁横断面结构的角位移，在桥台处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器a，所述三维摆动传感器a的中心线与桥中心线平行，监测桥台处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥边跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器b，所述三维摆动传感器b的中心线与桥中心线平行，监测桥边跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥墩处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器c，所述三维摆动传感器c的中心线与桥中心线平行，监测桥墩处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动上的幅度、频率；在桥次中跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器d，所述三维摆动传感器d的中心线与桥中心线平行，监测桥次中跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在索塔处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器e，所述三维摆动传感器e的中心线与桥中心线平行，监测索塔处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥中跨跨中处所述主梁内的底板上安装有三维摆动传感器f，所述三维摆动传感器f的中心线与桥中心线平行，监测桥中跨跨中处所述主梁沿桥纵向、桥横向、竖直三个方向上摆动的幅度、频率；在桥台、1/4边跨、1/2边跨、3/4边跨、桥墩、1/4次中跨、1/2次中跨、3/4次中跨、索塔、1/8中跨、1/4中跨、3/8中跨、1/2中跨处所述主梁的上、下边缘上，沿桥中心线粘贴有应变片，由应变仪测试出主梁结构的应变，再通过换算，监测所述主梁结构的应力；在所述斜拉桥的桥面上平行桥中心线等距安置有数只拾振器，采用拾振仪测试出主梁的固有频率、振型等，监测所述主梁的动力特性。
4.根据权利要求1所述斜拉桥换索工程监测的仪器设备，其特征是:在设计指定的所述拉索上安装有频率传感器，每更换一根拉索的前、后，以及换索过程中监测该些所述拉索的拉力，采用内置有压力传感器和液压缸式延伸量传感器的双控式预应力张拉设备，当千斤顶张拉换上的新拉索时，由该双控式预应力张拉设备监测所述拉索的张拉力、延伸量，在所述桥墩墩身上沿竖向轴线方向粘贴有应变片，由应变仪测试出桥墩结构的应变，再通过换算，监测所述桥墩的应力。
5.一种斜拉桥换索 工程监测的方法，依次按以下步骤进行，其特征在于: (O制定出斜拉桥换索工程的监测方案，做斜拉桥换索工程监测的准备工作； (2)按斜拉桥换索工程监测的方案，在斜拉桥的桥台、桥墩、索塔、主梁、拉索上安装监测仪器设备； (3)所有监测仪器设备进行调试，并拟定出斜拉桥换索时发生紧急情况的监测预案； (4)换索前的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、主梁结构应力、主梁动力特性、拉索拉力、桥墩结构应力进行监测； (5)换索阶段中，在阻断交通的情况下，实时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、拉索拉力、拉索张拉时张拉力与延伸量进行监测；以及定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、主梁结构应力、桥墩结构应力进行监测； (6)换索后的阶段，在阻断交通和停工的情况下，定时地操作监测仪器设备，对斜拉桥的桥面的中心线、桥面标高、桥台顶面标高、索塔倾斜度与摆动、主梁线位移、主梁挠度、主梁横向扭转度、主梁结构角位移、主梁摆动、主梁结构应力、主梁动力特性、拉索拉力、桥墩结构应力进行监测； (7)提交监测报告，完成斜拉桥换索工程监测的工作。
【文档编号】G01M99/00GK103558040SQ201310319886
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】汪哲荪, 朱大勇 申请人:合肥工业大学