具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种管道悬索跨越结构模型主缆索的应力调节装置，如附图1所示，该管道悬索跨越结构模型主缆索应力调节装置包括：拉力及应力测量组件1、长度调节组件2、上挂环3和下挂环4。

其中，拉力及应力测量组件1包括：测量本体101、拉力主标尺102、应力主标尺103、弹簧104、游标尺105和传力杆106。

拉力主标尺102和应力主标尺103对称地位于测量本体101左右两侧，且应力主标尺103的刻度与拉力主标尺102的刻度一一对应；

弹簧104悬挂于测量本体101上部；

游标尺105与弹簧104的下端连接，游标尺105的左右两侧设置有分别与拉力主标尺102和应力主标尺103相匹配的拉力游标刻度和应力游标刻度；

传力杆106的上端与游标尺105的下端垂直连接；

长度调节组件2包括：移动滑杆201、调节螺杆202、壳体203；

移动滑杆201与传力杆106的下端连接，并且，移动滑杆201的壁上沿竖直方向设置有传动齿；

结合附图4，调节螺杆202被配置为与传动齿啮合，并通过旋转驱动移动滑杆201沿竖直方向移动；

壳体203被配置为容纳调节螺杆202和移动滑杆201，并使调节螺杆202原位转动；

上挂环3固定于测量本体101的顶部，下挂环4固定于壳体203的底部。

本发明实施例提供的管道悬索跨越结构模型主缆索应力调节装置，可对管道悬索跨越结构模型中尺寸按比例缩小的主缆索应力进行调节和测量。应用时，将主缆索分成两段，上段与上挂环3连接，下段与下挂环4连接，以实现该应力调节装置与主缆索的稳定连接。

对拉力及应力测量组件1进行归零和校准，具体是使游标尺105的左右两侧的拉力游标刻度和应力游标刻度的零刻度线分别与拉力主标尺102和应力主标尺103的零刻度线对齐。

转动调节螺杆202，使得主缆索整体正好处于拉紧状态，然后继续缓慢转动调节螺杆202来带动移动滑杆201上下移动，进而通过传力杆106带动游标尺105上下移动(上下移动的游标尺105又会对主缆索的上段进行调节，例如拉伸)，在此过程中持续观察游标尺105在应力主标尺103上的指示刻度，以判断主缆索的应力是否达到预设值。当主缆索的应力达到预设值后，停止转动调节螺杆202，此时即可实现对主缆索应力的准确调节。

可见，本发明实施例提供的管道悬索跨越结构模型主缆索应力调节装置，通过上述拉力及应力测量组件1和长度调节组件2配合，能够实现对管道悬索跨越结构缩尺模型主缆索应力的调节与测量，并且，该调节装置可以设置为较小的尺寸，能够满足实验用小型模型的需求。

可以理解的是，本发明实施例中，拉力及应力测量组件1实质上是一种改进的弹簧104拉力计，其改进点在于：在传统弹簧104拉力计上设置应力主标尺103，其中，应力主标尺103的刻度与拉力主标尺102的刻度具有一一对应关系。在某一状态下，针对某一特定的主缆索，其应力值＝拉力值÷主缆索的直径。即，应力主标尺103的刻度等于对应的拉力主标尺102的刻度÷主缆索的直径。

本发明实施例提供的拉力及应力测量组件1，克服了常用应力应变测量仪只能够显示数据而不能够进行应力调节的问题，以及传统的弹簧104拉力计不能够显示应力以及不能对主缆索进行实时长度调节的缺点。该拉力及应力测量组件1可以为一体式构造，结构简单且整体长度较短，安装及使用方便，适用于天然气或原油管道悬索跨越结构的室内缩尺模型实验中主缆索内部拉力与应力的调节与测量。

以下对于本发明实施例提供的拉力及应力测量组件1的制备过程进行简述：

该拉力及应力测量组件1的制作方式与传统的弹簧104拉力计、游标卡尺的制作方法类似。举例来说，以下制备拉力量程为50N，分度值为1N的拉力及应力测量组件1，以及长度为20cm、分度值为0.02mm的游标尺105。

在测量本体101的左右两侧分别设置可拆卸的拉力主标尺102和应力主标尺103，并在游标尺105的相应的侧边表面设置游标刻度线。这样，测量本体101的一侧就构成了拉力主标尺102与拉力游标尺105，测量本体101的另一侧就构成了应力主标尺103与应力游标尺105。应用时，对拉力及应力测量组件1进行归零和校准，使游标尺105的零刻度线与相应的主标尺的零刻度线对齐。

对于拉力主标尺102和应力主标尺103上刻度线的刻画，以拉力主标尺102举例来说，若拉力主标尺102上某段的量程为L，分度值为F，该段共有n个等分刻度线(如主标尺某段的量程为10N，分度值为1N，共10个等分刻度线)，则与该拉力主标尺102对应的游标尺105的量程Y＝L-F，此时，同样取n个等分刻度线，分度值就为F1＝F/n(如游标尺105的量程Y＝10-1＝9N，有10个等分刻度线，则分度值为0.1N)。同理，对于应力主标尺103的设计，使用同样的方法进行刻度标识。

对于拉力主标尺102和应力主标尺103上刻度线的读取，其读取方法与传统的弹簧104拉力计、游标卡尺的读取方法是相同的：若中部游标尺105的零刻度线刚好与主标尺的某一刻度线对齐，则相应的刻度线上标记的数值即为拉力值或者应力值；若游标尺105的零刻度线处于主标尺的两条刻度线之间，则先读取前一条刻度线的数值j，再根据游标尺105上与主标尺的某一刻度线最接近对齐的刻度线(如第k格)计算出游标尺105的测量值为j+k×F1，从而获得所测拉力值或者应力值的大小。

在一种可能的实现方式中，如附图1所示，本发明实施例提供的管道悬索跨越结构模型主缆索的应力调节装置还包括：扶正件5，其中，扶正件5固定于测量本体101上，并且，扶正件5与测量本体101配合构成扶正腔；传力杆106贯穿扶正腔。

通过使用扶正杆来对传力杆106进行扶正，使传力杆106始终保持竖直状态，进而确保应力调节及测量时的准确度。

该扶正腔的尺寸与传力杆106的尺寸相适配，在不影响传力杆106上下运动的前提下，能够对传力杆106实现有效扶正即可。

作为一种示例，如附图3所示，扶正件5包括：圆弧形扶正套502、以及与圆弧形扶正套502的两端连接的两个固定板501；其中，两个固定板501通过螺钉8固定于测量本体101上。

扶正件5通过固定板501固定于测量本体101上，这样，圆弧形扶正套502与测量本体101之间能够配合形成上下贯通的扶正腔。

其中，圆弧形扶正套502可以为半圆弧形，可以采用金属片材来制备得到上述扶正件5，例如，铁片等。

本发明实施例中，在拉力及应力测量组件1中设置拉力主标尺102，其作用是防止超量程测量，即，防止拉力过大而造成弹簧104损坏，利于保证该拉力及应力测量组件1的使用寿命。

为了便于拉力主标尺102的拆装，本发明实施例使拉力主标尺102与测量本体101可拆卸连接。对于两者之间的可拆卸连接方式，作为一种示例，测量本体101上对应于拉力主标尺102的位置处设置有第一标尺卡件6，拉力主标尺102与第一标尺卡件6卡接。

在一种可能的实现方式中，如附图1和附图2所示，第一标尺卡件6包括：第一竖直卡段、第一水平卡段、第二竖直卡段；

第一竖直卡段具有第一竖直卡腔，第一竖直卡段的下端与第一水平卡段的一端垂直连接；

第一水平卡段具有第一水平卡腔，第一水平卡段的另一端与第二竖直卡段的下端垂直连接；

第二竖直卡段具有第二竖直卡腔，且第二竖直卡段的上端位于拉力主标尺102的最低刻度线的下方。

应用时，使拉力主标尺102的一侧部插入第一竖直卡段的第一竖直卡腔内，使拉力主标尺102的底部插入第一水平卡段的第一水平卡腔内，使拉力主标尺102的另一侧部插入第二竖直卡段的第二竖直卡腔内，三个卡腔配合实现拉力主标尺102在第一标尺卡件6上的安装和固定。拆卸时，只需将拉力主标尺102从以上各卡腔内拔出即可。

其中，使第二竖直卡段的上端位于拉力主标尺102的最低刻度线的下方，以确保拉力主标尺102能够正常使用，避免遮挡刻度线。

为了便于应力主标尺103的拆装，本发明实施例使应力主标尺103与测量本体101可拆卸连接。对于两者之间的可拆卸连接方式，如附图1和附图2所示，作为一种示例，测量本体101上对应于应力主标尺103的位置处设置有第二标尺卡件7；应力主标尺103与第二标尺卡件7卡接。

在一种可能的实现方式中，第二标尺卡件7包括：第三竖直卡段、第二水平卡段、第四竖直卡段；

第三竖直卡段具有第三竖直卡腔，第三竖直卡段的下端与第二水平卡段的一端垂直连接；

第二水平卡段具有第二水平卡腔，第二水平卡段的另一端与第四竖直卡段的下端垂直连接；

第四竖直卡段具有第四竖直卡腔，且第四竖直卡段的上端位于应力主标尺103的最低刻度线的下方。

应用时，使应力主标尺103的一侧部插入第三竖直卡段的第三竖直卡腔内，使应力主标尺103的底部插入第二水平卡段的第二水平卡腔内，使应力主标尺103的另一侧部插入第四竖直卡段的第四竖直卡腔内，三个卡腔配合实现应力主标尺103在第一标尺卡件6上的安装和固定。拆卸时，只需将应力主标尺103从以上各卡腔内拔出即可。

其中，使第四竖直卡段的上端位于应力主标尺103的最低刻度线的下方，以确保应力主标尺103能够正常使用，避免遮挡刻度线。

当对不同直径的主缆索进行应力调节与测量时，因该拉力及应力测量组件1的拉力大小不变，且应力值为拉力值除以主缆索的直径。所以，仅需要更换应力主标尺103即可。根据待测主缆索的直径，确定所更换的新的应力主标尺103的刻度，并且该刻度与拉力主标尺102同样具有一一对应关系。

可见，本发明实施例提供的拉力及应力测量组件1能够根据跨越结构模型主缆索的直径，灵活地进行应力主标尺103的更换，以达到准确、直观显示所测主缆索内部应力大小的目的。

在进行应力调节及测量时，随着调节螺杆202的转动，游标尺105沿测量本体101上下移动，为了使游标尺105的上下移动始终保持稳定以及沿竖直方向，在测量本体101上开设有自上而下顺次连通的导向槽；如附图2所示，游标尺105面向测量本体101的表面连接有连接件107；连接件107容纳于导向槽内，并能够沿导向槽上下移动。

举例来说，该连接件107包括：与游标尺105面向测量本体101的表面连接的第一段、以及与第一段连接的第二段，其中，第一段可以成杆状结构，第二段可以成板状结构。对应地，该导向槽包括：用于适配容纳第一段的第一槽腔，以及用于适配容纳第二段的第二槽腔。

其中，游标尺105可以设置成标准的矩形片状结构，其对应于拉力主标尺102和应力主标尺103的左右两侧分别设置有对应的游标刻度。

对于长度调节组件2，其用来调节主缆索的张紧度，进而调节其应力。长度调节组件2中的壳体203用于容纳移动滑杆201和调节螺杆202，以便于对它们进行防护。

在一种可能的实现方式中，如附图1所示，壳体203内部具有第一容纳腔，壳体203顶部具有第一过孔，第一过孔与第一容纳腔的顶部连通；移动滑杆201穿过第一过孔并座于第一容纳腔内。

应用时，移动滑杆201的下端穿过第一过孔并进入第一容纳腔，直至与第一容纳腔的底壁相抵接触，这样，移动滑杆201即可稳定地座于第一容纳腔内。

进一步地，如附图1所示，壳体203内部具有第二容纳腔，第二容纳腔的侧部与第一容纳腔侧部连通；壳体203底部具有第二过孔，第二过孔与第二容纳腔的底部连通。调节螺杆202包括：具有螺纹的杆体2021、与杆体2021的底部连接的操作头2022；杆体2021穿过第二过孔并限位于第二容纳腔内与传动齿啮合；操作头2022位于壳体203外部。

调节螺杆202的上端穿过第二过孔并进入第二容纳腔，直至与第二容纳腔的顶壁相抵接触。同时，调节螺杆202的杆体2021通过其上的螺纹与移动滑杆201上的传动齿啮合(第二容纳腔的侧部与第一容纳腔侧部连通，为其提供的啮合空间)，这样，调节螺杆202得以被限位，防止了从第二容纳腔中脱落。

应用时，通过转动调节螺杆202的操作头2022即可带动调节螺杆202的杆体2021转动，由于杆体2021的上端受到第二容纳腔顶壁的限位，杆体2021的下端受到用户的限位(例如，用户用手指转动操作头2022，并始终向上支撑操作头2022)，这样，即可使调节螺杆202在第二容纳腔内始终能够原位转动，而不会发生竖直方向上的运动。

基于调节螺杆202的杆体2021上螺纹与传动齿的啮合作用，杆体2021的转动能够转化成移动滑杆201的沿竖直方向上的直线运动。其中，传动齿可以是梯形齿。调节螺杆202的操作头2022可以是六角螺母。

以下利用本发明实施例提供的管道悬索跨越结构模型主缆索应力调节装置，对某一管道悬索跨越结构模型主缆索的应力进行了调节和测试，具体操作如下所示：

某天然气管道悬索跨越结构的主跨长为360m，主缆索矢跨比为1/10，主缆索钢绳截面直径为118mm，成桥状态下现场检测得其内力大小为2000kN，即预应力为183MPa。对整个跨越结构采用1/40的缩尺比例进行室内实验平台搭建，通过几何、材料与静力相似准则计算，得出主缆索尺寸缩小模型(钢绳)的截面直径为2.95mm，所受内力大小为1250N，预应力为183MPa。基于此，采用本发明实施例提供的管道悬索跨越结构模型主缆索应力调节装置进行调试，以满足设计要求，步骤如下：

(1)拉力及应力测量组件1的标尺设置：对于一侧拉力主标尺102，量程为2000N，分度值为20N，共有100个等分刻度线，相应的游标尺105的量程设置为180N，共设置20个等分刻度线，则分度值为1N。

对于另一侧的应力主标尺103，量程为250MPa，分度值为5MPa，共设置50个等分刻度线，相应的游标尺105量程为45MPa，共设置10个等分刻度线，则分度值为0.5MPa。其中，各主标尺的0刻度线平齐，同时还与游标尺105的左右0刻度线平齐。

(2)校准与归零：对拉力及应力测量组件1进行校准和归零，使游标尺1050刻度线分别与拉力主标尺102和应力主标尺103的0刻度线对齐。

(3)应力测量装置的安装：将主缆索模型，即细钢丝绳分成两段，上段与上挂环3连接，下段与下挂环4连接。通过旋转调节螺杆202，使得主缆索连同整个装置刚好处于拉紧状态。

(4)测试过程与结果：通过缓慢旋转调节螺杆202以控制游标尺105的移动距离，同时，观察其对应于应力主标尺103一侧的零刻度线所指示的应力大小，当主缆索的应力达到183MPa时停止旋转调节螺杆202。此时，对应的应力主标尺103刻度值记为180MPa，游标尺105位于第36刻度线(180MPa)与第37刻度线(185MPa)之间，游标尺105的读数为3MPa，即游标尺105的第6刻度线与主标尺的刻度线刚好对齐。此时，即可成功调试出了跨越管道的主缆索所受的预应力。

(5)同理，当需要调试其它直径的主缆索的预应力时，只需要将应力主标尺103的取出并对应更换为相适配的即可。

在本发明实施例中，术语“第一”和“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。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。