采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统及调整方法与流程

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统及调整方法。

背景技术：

目前，国内外悬索桥主缆架设方法主要有两种，即预制平行索股法（简称ppws法）和空中纺线法（简称as法）。采用as法架设悬索桥主缆时，纺丝张力为钢丝自由悬挂张力的80%～85%，即15%～20%的钢丝重量会落在索股成型器中，索股成型器又会把这个荷载直接传递给猫道，随着纺丝数量的增加，猫道承受的竖向荷载会越来越大，因此会逐步下挠，若猫道下挠值过大，会导致不同层钢丝应力不均匀，且后期还会引起索股的扭转、钢丝之间的缠绕、钢丝的平行度以及缆索紧缆后的孔隙率不达标等问题，最终影响主缆的成型质量，因此，必须对猫道下挠值设定一个限值，超过这个限值就要利用猫道垂度调整系统对猫道的垂度进行调整，每次调整时，一般是使猫道垂度恢复到初始状态，这样才能保证主缆的成型质量。

传统方法中，需要随时监测猫道的下挠值（一般是通过全站仪直接测量），当下挠量超过限制时，人工操作千斤顶张拉猫道调整绳，使得猫道垂度恢复到初始状态，整个过程较为繁琐，为了保证猫道下挠不超过限制，需要时刻对猫道下挠值进行监测，费时费力，且当下挠值越接近限值时，监测频率也将逐渐增加，大大增加了工作量。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统及调整方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，它包括架设于两个桥塔之间的两道猫道承重索，沿两道猫道承重索的长度方向均匀间隔布设有若干根猫道横梁，每根猫道横梁上安装有索股成型器，每个桥塔悬挂有至少两道螺纹钢索，其中每道螺纹钢索的一端铰接于所在桥塔的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置，顶推装置电连接于布设在猫道承重索的跨中位置的位移传感器；

每个桥塔上的两道螺纹钢索之间跨设有一道承力梁，承力梁与螺纹钢索上的顶推装置相互抵接，两个承力梁之间架设有一对猫道垂度调整绳，猫道垂度调整绳贯穿安装于连接装置，连接装置位于索股成型器与猫道横梁之间。

进一步地，顶推装置包括沿螺纹钢索的长度方向依次贯穿的紧固件、反力板和穿心千斤顶，其中紧固件通过螺纹钢索旋拧抵接于反力板的其中一板面，反力板的另一板面抵接穿心千斤顶的底部端板，穿心千斤顶的活塞头抵接承力梁；

顶推装置还包括油压泵站和油压控制器，穿心千斤顶通过油路与油压泵站连通，油压泵站与油压控制器之间电连接，油压控制器与位移传感器之间通讯连接。

进一步地，索股成型器锚固于猫道横梁，两者上下布置且两者之间形成空腔，空腔内放置连接装置，连接装置包括两块平行且相对的通过螺栓相连的立板，两块立板之间的间隙分为上下两个腔体，其中上腔体内架设有v型凹槽轮，下腔体供猫道垂度调整绳穿过。

优选地，两块立板通过至少两根上下布设且相互平行的螺栓连接，每根螺栓均垂直于立板板面，其中v型凹槽轮套设于上螺栓并在猫道垂度调整绳的挤压下可绕上螺栓旋转，且猫道垂度调整绳位于v型凹槽轮的v型凹槽和下螺栓之间的空间。

优选地，猫道垂度调整绳通过钢丝绳夹线器锚固于承力梁。

优选地，承力梁由型钢制成，猫道垂度调整绳为直径φ36mm的钢丝绳。

本发明还提供了一种采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法，至少包括采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，包括以下步骤：

s001.获取目标猫道的下挠限值y0，将下挠限值y0输入每个顶推装置；

s002.将位移传感器安装在目标猫道的猫道承重索的跨中位置；

s003.位移传感器获取猫道承重索的下挠值y，该值即为目标猫道的下挠值y，传输目标猫道的下挠值y至每个顶推装置；

s004.每个顶推装置比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则每个顶推装置推动相应的承力梁，承力梁带动猫道垂度调整绳向同侧的桥塔靠近，猫道垂度调整绳得到张拉，同时通过连接装置抬升索股成型器，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态的下挠值y=0；

s005.保持目标猫道的下挠值y=0且顶推装置和承力梁维持在当下状态；

s006.循环s003～s005，直至完成所有索股纺丝。

进一步地，采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法，具体包括以下步骤：

步骤一，获取目标猫道的下挠限值y0，将下挠限值y0输入油压控制器；

步骤二，将位移传感器安装在目标猫道的猫道承重索的跨中位置；

步骤三，位移传感器获取猫道承重索的下挠值y，该值即为目标猫道的下挠值y，传输目标猫道的下挠值y至油压控制器；

步骤四，油压控制器比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则油压控制器控制油压泵站工作，油压泵站供液压油至穿心千斤顶，穿心千斤顶推动相应的承力梁，承力梁带动猫道垂度调整绳向同侧的桥塔靠近，猫道垂度调整绳得到张拉，同时通过连接装置抬升索股成型器，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态的下挠值y=0；

步骤五，保持目标猫道的下挠值y=0且顶推装置和承力梁维持在当下状态；

步骤六，循环步骤三～步骤五，直至完成所有索股纺丝。

本发明的有益效果如下：

通过位移传感器自动监测猫道下挠值，并将这个值直接传输给油压控制器，油压控制器会判别这个下挠值y与设定下挠限值y0的关系，若y＞y0，油压控制器会通过张拉猫道垂度调整绳来调整猫道的垂度，进而控制主缆的成型精度，整个过程简单，便捷且更加自动化，该系统具有较高的实际意义和研究价值。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统的正视图。

图2是顶推装置的结构图。

图3是索股成型器与猫道垂度调整绳的位置关系图。

图4是采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法的控制流程图。

附图标记说明：

1.猫道承重索；2.猫道垂度调整绳；3.索股成型器；4.猫道横梁；5.桥塔；6.位移传感器；7.穿心千斤顶；8.油压泵站；9.油压控制器；10.索股；11.螺纹钢索；12.钢丝绳夹线器；13.反力板；14.紧固件；15.承力梁；16.连接装置。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

第一实施方式：

本发明的第一实施方式涉及采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，参见图1，它包括架设于两个桥塔5之间的两道猫道承重索1，沿两道猫道承重索1的长度方向均匀间隔布设有若干根猫道横梁4，每根猫道横梁4上安装有索股成型器3，每个桥塔5悬挂有至少两道螺纹钢索11，其中每道螺纹钢索11的一端铰接于所在桥塔5的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置，顶推装置电连接于布设在猫道承重索1的跨中位置的位移传感器6；

每个桥塔5上的两道螺纹钢索11之间跨设有一道承力梁15，承力梁15与螺纹钢索11上的顶推装置相互抵接，两个承力梁15之间架设有一对猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2贯穿安装于连接装置16，连接装置16位于索股成型器3与猫道横梁4之间。

采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统的工作过程如下：

获取目标猫道的下挠限值y0，将下挠限值y0输入顶推装置；将位移传感器6安装在猫道承重索1的跨中位置；位移传感器6获取目标猫道的下挠值y并传输至顶推装置；顶推装置比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则顶推装置推动承力梁15，承力梁15带动猫道垂度调整绳2向同侧的桥塔5靠近，猫道垂度调整绳2得到张拉，同时通过连接装置16抬升索股成型器3，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态下挠值y=0；保持目标猫道的下挠值y=0，顶推装置和承力梁15维持在当下状态；循环直至完成所有索股10纺丝。

采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统的工作原理如下：

按照以上方法依次对每根索股进行纺丝，且依照纺丝的顺序其下挠值依次记为下挠值y1、下挠值y2、下挠值y3……，例如待第一根索股纺丝完成后，需要对下一根索股10进行张拉，使得索股10脱离索股成型器3，此时，由于猫道垂度调整绳2处于张紧状态，猫道会向上变形至下挠值y2，这时顶推装置会对这个值进行判定，若y2＞0，则控制顶推装置退至初始位置，此时猫道垂度调整绳2也慢慢卸载，猫道垂度逐步恢复到初始位置（y2=0）。

需要说明的是，猫道的垂度表现为猫道承重索1的垂度，因此利用猫道承重索1的下挠值表征猫道的下挠值，且每根索股的初始状态下挠值都为0。

具体地，猫道横梁4垂直于猫道承重索1，猫道承重索1的上方悬空布设了两根猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2锚固于承力梁15，如图2所示，每个承力梁15锚固有两道螺纹钢索11，这两道螺纹钢索11之间是猫道垂度调整绳2（参见图2），当位移传感器6监测到猫道承重索1的下挠值大于预设值时，顶推装置推动承力梁15，由于承力梁15与猫道垂度调整绳2锚固，因此以图2为例，若顶推装置向右推动承力梁15，那么承力梁15带动与其锚固的猫道垂度调整绳2向右移动，即同一个桥塔5上的两个顶推装置向同一个方向顶进（同时向左或向右），而不同桥塔5上的顶推装置，则分别向左顶进或分别向右顶进（参见图1），图以图1为例，左侧桥塔5的两个顶推装置同时向左顶进，右侧桥塔5的两个顶推装置则同时向右顶进，因此猫道垂度调整绳2得到张拉，而由于猫道垂度调整绳2穿过连接装置16，连接装置16位于索股成型器3与猫道横梁4之间，因此猫道垂度调整绳2在张拉的同时也抬升了索股成型器3，索股成型器3带动猫道承重索1抬升，因此猫道得到了卸载。

值得一提的是，如图2所示，以右侧桥塔5为例，桥塔5悬挂有两道螺纹钢索11，螺纹钢索11的一端铰接于桥塔5的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置。

猫道是悬索桥施工时架设在主缆之下、平行于主缆的线形临时施工便道，它是施工人员进行施工作业的高空脚手架，是主缆系统乃至悬索桥整个上部结构的施工平台，为了方便说明猫道，本实施方式中的猫道至少包括猫道承重索1和猫道横梁4，在猫道承重索1的跨中位置安装位移传感器6，位移传感器6的作用是监测获取猫道承重索1的位移，即下挠值，换句话说，位移传感器6监测的是猫道的下挠值；索股成型器3是将索股纺丝成型的结构，属于现有结构，在此不作详细的说明；而连接装置16的作用是供猫道垂度调整绳2穿过，当猫道垂度调整绳2受到张拉时，通过连接装置16带动索股成型器3抬升，索股成型器3连接在猫道横梁4上，进一步带动猫道抬升。

本实施方式通过位移传感器自动监测猫道下挠值，并将这个值直接传输给顶推装置，顶推装置会判别这个下挠值y与设定下挠限值y0的关系，若y＞y0，顶推装置会通过张拉猫道垂度调整绳来调整猫道的垂度，进而控制主缆的成型精度，整个过程简单，便捷且更加自动化，该系统具有较高的实际意义和研究价值。

第二实施方式：

本实施方式涉及采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，参见图1，它包括架设于两个桥塔5之间的两道猫道承重索1，沿两道猫道承重索1的长度方向均匀间隔布设有若干根猫道横梁4，每根猫道横梁4上安装有索股成型器3，每个桥塔5悬挂有至少两道螺纹钢索11，其中每道螺纹钢索11的一端铰接于所在桥塔5的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置，顶推装置电连接于布设在猫道承重索1的跨中位置的位移传感器6；

每个桥塔5上的两道螺纹钢索11之间跨设有一道承力梁15，承力梁15与螺纹钢索11上的顶推装置相互抵接，两个承力梁15之间架设有一对猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2贯穿安装于连接装置16，连接装置16位于索股成型器3与猫道横梁4之间。

如图2所示，顶推装置包括沿螺纹钢索11的长度方向依次贯穿的紧固件14、反力板13和穿心千斤顶7，其中紧固件14通过螺纹钢索11旋拧抵接于反力板13的其中一板面，反力板13的另一板面抵接穿心千斤顶7的底部端板，穿心千斤顶7的活塞头抵接承力梁15；

紧固件14的作用是固定反力板13，在本实施方式中优选螺母，螺母旋拧在螺纹钢索11上，并且抵接于反力板13的左板面（以图1为例），反力板13的作用是为穿心千斤顶7的顶推提供反向作用力，反力板13的右板面抵接穿心千斤顶7的底部端板，穿心千斤顶7的活塞头抵接承力梁15，以便推动承力梁15。

顶推装置还包括油压泵站8和油压控制器9，穿心千斤顶7通过油路与油压泵站8连通，油压泵站8与油压控制器9之间电连接，油压控制器9与位移传感器6之间通讯连接，如有线连接或无线连接，其目的是传输数据，具体形式不作限制。

具体地，参见图4，位移传感器6获取猫道的下挠值y并传输至油压控制器9，油压控制器9比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则油压控制器9控制油压泵站8工作，油压泵站8供液压油至穿心千斤顶7，穿心千斤顶7推动承力梁15，承力梁15带动猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2得到张拉，同时通过连接装置16抬升索股成型器3，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态下挠值y=0。

油压泵站8和油压控制器9是与穿心千斤顶7配套的结构，其中油压泵站8的作用是为穿心千斤顶7供油，油压控制器9的作用是判定预设下挠值和真实下挠值的差值，以便控制穿心千斤顶7的油压（活塞头伸出或缩回）。

在主缆纺丝过程中，钢丝会落在索股成型器3中并逐渐形成一根索股10，索股成型器3会把钢丝重量直接传递给猫道，随着钢丝数量的增加，猫道会逐步下挠，具体参见图3，索股成型器3锚固于猫道横梁4，两者上下布置且两者之间形成空腔，空腔内放置连接装置16，连接装置16包括两块平行且相对的通过螺栓相连的立板，两块立板之间的间隙分为上下两个腔体，其中上腔体内设有贯穿螺栓并可绕螺栓旋转的v型凹槽轮，下腔体供猫道垂度调整绳2穿过。

可以看出，两块立板的顶端抵接于索股成型器3，两块立板的底端抵接于猫道横梁4，v型凹槽轮的v型凹槽与猫道垂度调整绳2接触，当猫道垂度调整绳2受到承力梁15的推动时，猫道垂度调整绳2挤压v型凹槽轮，猫道垂度调整绳2将受到的张拉力传递至v型凹槽轮，v型凹槽轮传递给索股成型器3，而索股成型器3连接于猫道横梁4，因此猫道也被抬升，猫道卸载，下挠值变小。

具体地，两块立板通过至少两根上下布设且相互平行的螺栓连接，每根螺栓均垂直于立板板面，其中v型凹槽轮套设于上螺栓并在猫道垂度调整绳2的挤压下可绕上螺栓旋转，且猫道垂度调整绳2位于v型凹槽轮的v型凹槽和下螺栓之间的空间。

需要说明的是，连接装置16可以固定在索股成型器3和猫道横梁4之间，也可以可拆卸地连接在索股成型器3和猫道横梁4之间，或者抵接在索股成型器3和猫道横梁4之间，具体形式不作限制，其最终目的可以达到猫道垂度调整绳2受到张拉时，连接装置16可以带动索股成型器3抬升即可。

如图1所示，为了确保猫道垂度调整绳2受到均匀的张拉力，每个桥塔5悬挂有两道螺纹钢索11，每道螺纹钢索11贯穿安装有一个顶推装置，顶推装置与就近的承力梁15抵接，参见图1，左侧的顶推装置靠近左侧桥塔5，右侧的顶推装置靠近右侧桥塔5，且顶推装置有4个。

为了确保猫道垂度调整绳2和承力梁15之间的可靠锚固，优选地，猫道垂度调整绳2通过钢丝绳夹线器12锚固于承力梁15，承力梁15由型钢制成，猫道垂度调整绳2为直径φ36mm的钢丝绳。

第三实施方式：

本实施方式提供了一种采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法，至少包括采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，包括以下步骤：

s001.获取目标猫道的下挠限值y0，将下挠限值y0输入每个顶推装置；

s002.将位移传感器6安装在目标猫道的猫道承重索1的跨中位置；

s003.位移传感器6获取猫道承重索1的下挠值y，该值即为目标猫道的下挠值y，传输目标猫道的下挠值y至每个顶推装置；

s004.每个顶推装置比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则每个顶推装置推动相应的承力梁15，承力梁15带动猫道垂度调整绳2向同侧的桥塔5靠近，猫道垂度调整绳2得到张拉，同时通过连接装置16抬升索股成型器3，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态的下挠值y=0；

s005.保持目标猫道的下挠值y=0且顶推装置和承力梁15维持在当下状态；

s006.循环s003～s005，直至完成所有索股10纺丝。

其中，采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统包括架设于两个桥塔5之间的两道猫道承重索1，沿两道猫道承重索1的长度方向均匀间隔布设有若干根猫道横梁4，每根猫道横梁4上安装有索股成型器3，每个桥塔5悬挂有至少两道螺纹钢索11，其中每道螺纹钢索11的一端铰接于所在桥塔5的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置，顶推装置电连接于布设在猫道承重索1的跨中位置的位移传感器6；每个桥塔5上的两道螺纹钢索11之间跨设有一道承力梁15，承力梁15与螺纹钢索11上的顶推装置相互抵接，两个承力梁15之间架设有一对猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2贯穿安装于连接装置16，连接装置16位于索股成型器3与猫道横梁4之间。

猫道垂度调整绳2设置于索股成型器3的下方，索股成型器3连接在猫道横梁4上，猫道横梁4连接在猫道承重索1上，通过张拉猫道垂度调整绳2，使得索股成型器3抬升，从而使猫道承重索卸载，最后恢复至初始状态，从而保证同一索股内不同层钢丝应力的均匀性，最终保证主缆的成型质量。

第四实施方式：

本实施方式提供了采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法，包括以下步骤：

步骤一，获取目标猫道的下挠限值y0，将下挠限值y0输入油压控制器9；

步骤二，将位移传感器6安装在目标猫道的猫道承重索1的跨中位置；

步骤三，位移传感器6获取猫道承重索1的下挠值y，该值即为目标猫道的下挠值y，传输目标猫道的下挠值y至油压控制器9；

步骤四，油压控制器9比对下挠限值y0和下挠值y，若y＞y0，则油压控制器9控制油压泵站8工作，油压泵站8供液压油至穿心千斤顶7，穿心千斤顶7推动相应的承力梁15，承力梁15带动猫道垂度调整绳2向同侧的桥塔5靠近，猫道垂度调整绳2得到张拉，同时通过连接装置16抬升索股成型器3，目标猫道得到卸载，最终恢复至初始状态的下挠值y=0；

步骤五，保持目标猫道的下挠值y=0且顶推装置和承力梁15维持在当下状态；

步骤六，循环步骤三～步骤五，直至完成所有索股10纺丝。

其中采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整方法至少包括采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统，而采用空中纺线法架设主缆的猫道垂度调整系统包括架设于两个桥塔5之间的两道猫道承重索1，沿两道猫道承重索1的长度方向均匀间隔布设有若干根猫道横梁4，每根猫道横梁4上安装有索股成型器3，每个桥塔5悬挂有至少两道螺纹钢索11，其中每道螺纹钢索11的一端铰接于所在桥塔5的塔顶预埋件内，另一端为自由端，在自由端贯穿安装有顶推装置，顶推装置电连接于布设在猫道承重索1的跨中位置的位移传感器6；每个桥塔5上的两道螺纹钢索11之间跨设有一道承力梁15，承力梁15与螺纹钢索11上的顶推装置相互抵接，两个承力梁15之间架设有一对猫道垂度调整绳2，猫道垂度调整绳2贯穿安装于连接装置16，连接装置16位于索股成型器3与猫道横梁4之间。

顶推装置包括沿螺纹钢索11的长度方向依次贯穿的紧固件14、反力板13和穿心千斤顶7，其中紧固件14通过螺纹钢索11旋拧抵接于反力板13的其中一板面，反力板13的另一板面抵接穿心千斤顶7的底部端板，穿心千斤顶7的活塞头抵接承力梁15；

顶推装置还包括油压泵站8和油压控制器9，穿心千斤顶7通过油路与油压泵站8连通，油压泵站8与油压控制器9之间电连接，油压控制器9与位移传感器6之间通讯连接。

索股成型器3锚固于猫道横梁4，两者上下布置且两者之间形成空腔，空腔内放置连接装置16，连接装置16包括两块平行且相对的通过螺栓相连的立板，两块立板之间的间隙分为上下两个腔体，其中上腔体内设有贯穿螺栓并可绕螺栓旋转的v型凹槽轮，下腔体供猫道垂度调整绳2穿过。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

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