CN106758867A - 一种桥梁转体施工全自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁转体施工全自动控制方法，包括以下步骤：(1)、获得转体桥的转动实时数据信号，转动实时数据包括：即时距离数据、最终距离数据、即时角度数据β、最终角度数据Ο、原始角度数据α，其中β＝α‑Ο；(2)、将步骤(1)获得的转动数据实时信号进行实时比较处理；(3)、根据实时比较结果，发出指令给千斤顶，由千斤顶带动桥梁转体，完成桥梁转体施工全自动控制。本发明能够及时收集动态数据，使得桥梁转体过程中，数据采集、处理和调节动作的速度相匹配，及时发现和处理桥梁转体过程中出现的紧急问题。

Description

一种桥梁转体施工全自动控制方法

技术领域

本发明涉及桥梁转体施工领域，具体涉及一种桥梁转体施工全自动控制方法。

背景技术

桥梁转体施工时面临五个技术难点：第一，自重大、重心点和桥墩高，旋转轴一旦偏离垂线，重力形成的倾覆力矩立刻出现，危险性极大，因此对球铰支座的制作精度、润滑均匀性以及应力传感系统的灵敏度要求高，一般也要求很大的导轨半径；第二，大宽度桥梁旋转过程中摩阻力变化大，导致旋转速度不易精确控制，甚至出现脉冲式前行，容易出现超过设定角度的情况；第三，桥梁宽度大时，对旋转后底面的水平度要求高，为了缩短调整时间，减少净空占用，需要随时监控桥梁横向高差，使其不超过某个临界值。这不仅是经济上的考量，也是对运动中倾覆风险控制的需要，因此要求准确测定球面铰阻力以及旋转力矩的对称性；第四，旋转中，局部混凝土处于双向应力状态。第五，转体结构自重大，桥墩系非圆形截面时，旋转面容易出现较大阻力，桥墩的某些部位会受扭，应力状态极为不利。

现有的转体法施工，一般采用千斤顶推(拉)转体实施，为了保障安全，在旋转点一定半径范围内布置若干支撑(脚、柱)和环状导轨。千斤顶的推进速度很大程度上基于现场观测和操作人员的经验，有一定的不确定性。桥墩较高、桥梁自重很大时，实际旋转轴微小的角度变化(偏离铅垂线)都会使倾覆安全态势迅速恶化。

发明内容

本发明针对转体结构多自重大、对基础承载力要求高，且千斤顶的推进速度很大程度上基于现场观测和操作人员的经验，有一定的不确定性，目的在于提供一种桥梁转体施工全自动控制方法，解决转体桥反应滞后、数据采集、处理和调节动作的速度不匹配，容易发生倾覆安全态势迅速恶化的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种桥梁转体施工全自动控制方法，包括以下步骤：

(1)、获得转体桥的转动实时数据，转动实时数据包括：即时距离数据、最终距离数据、即时角度数据β、最终角度数据Ο、原始角度数据α，其中β＝α-Ο；即时距离数据，转体桥即时位置与目标位置之间的距离；最终距离是转体桥的目标位置和测量位置之间的距离；即时角度为转体桥即时位置和目标位置之间的角度；最终角度是转体桥的目标位置和测量位置之间的角度；原始角度是转体桥的初始位置和测量位置之间的角度；

(2)、将步骤(1)获得的转动实时数据实时信号进行实时比较处理；

(3)、根据实时比较结果，发出指令给千斤顶，千斤顶基于控制指令对桥梁转体进行全自动控制。

即时距离数据以及最终距离数据均通过激光测距仪获得。

转体桥的四个角的位置数据和转体桥的高度数据是通过GPS装置获取。

转体桥即时位置和转体桥的目标位置的即时距离数据的获取、转体桥的目标位置和测量位置的最终距离数据均通过激光测距仪获得。

具体获取方法为：需要先设置测控点B，再设置旋转点标靶C，C点即为转体桥处于目标位置时转梁轴线端点，测控点B设置在转体桥旋转区的外侧，且满足测控点距离目标点的距离≥15m，但AB+15＜激光测距仪最大工作范围，测控点B在测控全程中满足与A、C点无盲区，A点即为转体桥处于原始位置时转梁轴线端点；A’为转体桥即时转动时转梁轴线端点，A’和B之间的距离即为即时距离，AB之间的距离即为原始距离，BC之间的距离即为最终距离。激光测距仪最大工作范围为设备自身设定值，这个是已知的。

转体桥即时位置和目标位置的即时角度数据β、转体桥的目标位置和测量位置的最终角度数据Ο、转体桥的初始位置和测量位置的原始角度数据α均依靠全站仪获取。

步骤(2)中比较处理的方法是：将A’B和BC进行相等比较。

步骤(2)中比较处理的方法是：将β和0做比较。

若A’B和BC相等或者β和0相等，则发出停止指令给千斤顶；若A’B和BC不相等或者β和0不相等，则发出运行指令给千斤顶。

还包括预警判定步骤，该预警判定步骤位于步骤(1)和步骤(2)之间，转动实时数据还包括转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据，预警判定就是将转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据进行阈值比较，所述阈值是以转体桥的重力合力不超出墩底截面核心为临界条件，确定最大允许偏角，转体桥上一个位置和下一个位置的夹角小于等于最大允许偏角，即桥梁运转正常，千斤顶可以继续带动桥梁运转。若不在阈值范围内，则停止千斤顶的运行进而停止桥梁转动，等修正之后再进行转动。

一种适用于前述的桥梁转体控制系统，包括数据采集及设备控制PLC、计算机、油泵控制部、无线传输装置、GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪；数据采集及设备控制PLC和其他部件相连，用于完成数据采集与计算、逻辑运算、数据上传以及发出控制命令给其他部件，实现对其他部件的控制；计算机通过无线传输装置和GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪三者相连，用于获取并记录转体桥的实时数据；油泵控制部和千斤顶相连，油泵控制部包括电磁阀、变频器和压力变送器，电磁阀用于远程控制千斤顶的运行，变频器用于对千斤顶的油流量进行控制，进而控制千斤顶的运行速度，压力变送器将实时压力传送到计算机，并及时得到计算机的油压值的信息反馈。

还包括与计算机相连的显示屏。该系统还包括就地手控器，用于在手动及时操控桥梁转体运动状态。还可以包括风速风力仪和温度仪用以考察桥梁转体时所处的环境，以便结合周围环境为桥梁转体服务。

该系统可实时收集和处理GPS信号和关键位置应力应变信号，并将其转化为控制动力装置动作的指令信号，实现全自动控制，并且在屏幕上直观实时显示各种状态参数和动作命令执行进度。

传统的方法主要基于经验，缺少动态反应和响应，因此效率较低，时间拖得长。本发明能够随时监控桥梁的位态，设置适当的预警阈值，确保稳定性，另外，还能够及时收集动态数据，使得桥梁转体过程中，数据采集、处理和调节动作的速度相匹配，及时发现和处理桥梁转体过程中出现的紧急问题。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明能够及时收集动态数据，使得桥梁转体过程中，数据采集、处理和调节动作的速度相匹配，及时发现和处理桥梁转体过程中出现的紧急问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1施工图。

图2为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种桥梁转体施工全自动控制方法，包括以下步骤：(1)、获得转体桥的转动实时数据，转动实时数据包括：即时距离数据、最终距离数据、即时角度数据β、最终角度数据Ο、原始角度数据α，其中β＝α-Ο；即时距离数据，转体桥即时位置与目标位置之间的距离；最终距离是转体桥的目标位置和测量位置之间的距离；即时角度为转体桥即时位置和目标位置之间的角度；最终角度是转体桥的目标位置和测量位置之间的角度；原始角度是转体桥的初始位置和测量位置之间的角度；

(2)、将步骤(1)获得的转动实时数据实时信号进行实时比较处理；

(3)、根据实时比较结果，发出指令给千斤顶，千斤顶基于控制指令对桥梁转体进行全自动控制。

转体桥的四个角的位置数据和转体桥的高度数据是通过GPS装置获取。

转体桥即时位置和转体桥的目标位置的即时距离数据的获取、转体桥的目标位置和测量位置的最终距离数据均通过激光测距仪获得。

实施时，如图1所示，激光测距仪获取转体桥即时位置和转体桥的目标位置的即时距离数据的获取、转体桥的目标位置和测量位置的最终数据，具体方法为：以桥墩原点为O点，测控点B设置在桥梁旋转区的外侧，再设置旋转点标靶C，C点即为转体桥处于目标位置时转梁轴线端点，测控点B设置在转体桥旋转区的外侧，且满足测控点距离目标点的距离≥15m，但AB+15＜激光测距仪最大工作范围，测控点B在测控全程中满足与A、C点无盲区，A点即为转体桥处于原始位置时转梁轴线端点；A’为转体桥即时转动时转梁轴线端点，A’和B之间的距离即为即时距离，AB之间的距离即为原始距离，BC之间的距离即为最终距离。激光测距仪最大工作范围为设备自身设定值，这个是已知的。另外，∠ο为定位轴与OB线夹角A-A”为旋转点轨迹，AB为测控点到旋转点测距，∠α为转动轴与OB线夹角，CB为测控点到目标点测距，∠β为旋转余角→→→0°。

标靶用于激光测距的激光束反射，可选用钻石级反光贴膜，反光性能越好，检测精度越高；靶标可用100左右(定义为D)钢管制作，固定在转梁轴线端点上，原则上其他位置亦可，但检测结果需修正；设置高度以贴膜区在测控全程必须满足与B点间无盲区，贴膜50高圆周，做中心区标志，检测中尽量让光点落在标志区域；实际上C点是A点旋转到位后的虚拟点，周边无支撑点时可按工程图计算确定。

转体桥即时位置和目标位置的即时角度数据β、转体桥的目标位置和测量位置的最终角度数据Ο、转体桥的初始位置和测量位置的原始角度数据α均依靠全站仪获取。

将A’B和BC进行相等比较或者将β和0做比较，当A’B＝BC或者β＝0时，则发出停止指令给千斤顶；若A’B和BC不相等或者β和0不相等，则发出运行指令给千斤顶，让桥梁继续转体，直到得到的比较结果为相等时，发出停止指令给千斤顶，桥梁转体到位。

实施例2

为了能够使得桥梁转体得以精确顺利的进行，还需要在转体运行命令发布之前，进行预警判定，预警判定的目的在于，当数据达到阀值时，及时预警并触发相应的信号，能够保障安全转体和精确就位。

该预警判定步骤位于步骤(1)和步骤(2)之间，转动实时数据还包括转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据，预警判定就是将转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据进行阈值比较，所述阈值是以转体桥的重力合力不超出墩底截面核心为临界条件，确定最大允许偏角，转体桥上一个位置和下一个位置的夹角小于等于最大允许偏角，即桥梁运转正常，千斤顶可以继续带动桥梁运转。若不在阈值范围内，则停止千斤顶的运行进而停止桥梁转动，等修正之后再进行转动。转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据均可以通过全站仪获得。为了对转体桥的位置进行精确定位，可以采用GPS定位系统对转体桥的四个角的位置和高度进行准确定位。

实施例3

如图2所示，一种适用于前述的桥梁转体控制系统，包括数据采集及设备控制PLC、计算机、油泵控制部、无线传输装置、GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪；数据采集及设备控制PLC和其他部件相连，用于完成数据采集与计算、逻辑运算、数据上传以及发出控制命令给其他部件，实现对其他部件的控制；计算机通过无线传输装置和GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪三者相连，用于获取并记录转体桥的实时数据；油泵控制部和千斤顶相连，油泵控制部包括电磁阀、变频器和压力变送器，电磁阀用于远程控制千斤顶的运行，变频器用于对千斤顶的油流量进行控制，进而控制千斤顶的运行速度，压力变送器将实时压力传送到计算机，并及时得到计算机的油压值的信息反馈。

变频器用于对千斤顶的油流量进行控制，进而控制千斤顶的运行速度，达到较精确控制的目的。

压力变送器将实时压力传送到计算机，并及时得到计算机的油压值的信息反馈，可及时得到设备油压值，实现过压保护、位置辅助判断等功能。

还包括与计算机相连的显示屏。显示屏主要用于参观转桥工程人员观察使用，方便任何与会人员清晰的观测整个转桥运行过程。该系统还包括就地手控器，用于在手动及时操控桥梁转体运动状态。还可以包括风速风力仪和温度仪用以考察桥梁转体时所处的环境，以便结合周围环境为桥梁转体服务。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、获得转体桥的转动实时数据，转动实时数据包括：即时距离数据、最终距离数据、即时角度数据β、最终角度数据Ο、原始角度数据α，其中β＝α-Ο；即时距离数据，转体桥即时位置与目标位置之间的距离；最终距离是转体桥的目标位置和测量位置之间的距离；即时角度为转体桥即时位置和目标位置之间的角度；最终角度是转体桥的目标位置和测量位置之间的角度；原始角度是转体桥的初始位置和测量位置之间的角度；

(2)、将步骤(1)获得的转动实时数据实时信号进行实时比较处理；

(3)、根据实时比较结果，发出指令给千斤顶，千斤顶基于控制指令对桥梁转体进行全自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，即时距离数据以及最终距离数据均通过激光测距仪获得。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，具体获取方法为：需要先设置测控点B，再设置旋转点标靶C，C点即为转体桥处于目标位置时转梁轴线端点，测控点B设置在转体桥旋转区的外侧，且满足测控点距离目标点的距离≥15m，但AB+15＜激光测距仪最大工作范围，测控点B在测控全程中满足与A、C点无盲区，A点即为转体桥处于原始位置时转梁轴线端点；A’为转体桥即时转动时转梁轴线端点，A’和B之间的距离即为即时距离，AB之间的距离即为原始距离，BC之间的距离即为最终距离。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，转体桥即时位置和目标位置的即时角度数据β、转体桥的目标位置和测量位置的最终角度数据Ο、转体桥的初始位置和测量位置的原始角度数据α均依靠全站仪获取。

5.根据权利要求3所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，步骤(2)中比较处理的方法是：将A’B和BC进行大小比较或者将β和0做大小比较。

6.根据权利要求4所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，若A’B和BC相等或者β和0相等，则表示桥梁转体到位，发出停止指令给千斤顶；若A’B和BC不相等或者β和0不相等，则发出运行指令给千斤顶。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁转体施工全自动控制方法，其特征在于，还包括预警判定步骤，该预警判定步骤位于步骤(1)和步骤(2)之间，转动实时数据还包括转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据，预警判定就是将转体桥上一个位置和转体桥的下一个位置的横向倾斜角度数据和纵向倾斜角度数据进行阈值比较，所述阈值是以转体桥的重力合力不超出墩底截面核心为临界条件，确定最大允许偏角，转体桥上一个位置和下一个位置的夹角小于等于最大允许偏角，即桥梁运转正常。

8.一种适用于权利要求1-7任一项所述的桥梁转体控制系统，其特征在于，包括数据采集及设备控制PLC、计算机、油泵控制部、无线传输装置、GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪；数据采集及设备控制PLC和其他部件相连，用于完成数据采集与计算、逻辑运算、数据上传以及发出控制命令给其他部件，实现对其他部件的控制；计算机通过无线传输装置和GPS定位装置、激光测距无线传输装置、全站仪三者相连，用于获取并记录转体桥的实时数据；油泵控制部和千斤顶相连，油泵控制部包括电磁阀、变频器和压力变送器，电磁阀用于远程控制千斤顶的运行，变频器用于对千斤顶的油流量进行控制，进而控制千斤顶的运行速度，压力变送器将实时压力传送到计算机，并及时得到计算机的油压值的信息反馈。

9.根据权利要求8所述的桥梁转体控制系统，其特征在于，还包括与计算机相连的显示屏，以及与数据采集及设备控制PLC相连的风速风力仪、就地手控器和温度仪。