CN107643072A - 一种桥梁施工线型实时监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁施工线型实时监测装置及方法,包括箱体上半部分有1/4开放区域的本体容器,本体容器侧面设有伸缩固定锁扣;本体上半部分1/4开放区域设有测距仪;测距仪连接断点式多角度偏转仪,在其左侧设置有数据采集模块以及无线发射接收装置;数据采集模块下方设置有中央处理器;断点式多角度偏转仪下方设置有控制其偏转的信号机;信号机左侧设置有外接电源插口以及自带的电池系统;本体外设置有便携式移动终端。本发明可以检测桥梁施工中的线型高程,通过测量控制减小桥梁合拢后的附加应力,提高桥梁结构安全性,并且节省人力、物力、财力。
Description
技术领域
本发明属于传感器与测量技术领域,尤其涉及一种桥梁施工线型实时监测装置及方法。
背景技术
在跨江、河或峡谷、公路桥等不同地质地貌的桥梁建造中,经常会出现桥梁节段拼接施工及施工合拢过程中桥节段浇筑或预拉应力大小而引起桥节段施工高程严重偏离设计标高,造成桥梁施工线型与设计线型差异较大,进而引起桥梁节段合拢后附加应力过大,造成桥面及桥梁结构过早破坏,危害桥梁的结构安全性。且现有的桥梁施工测量手段多为人工监测,效率低,安全性低;桥梁变形测量主要采用水准仪法、GPS挠度测量法、百分表法,也有用激光测距仪进行测量,但这些测量方法多为桥梁成型后的挠度测量,对桥梁施工动态过程中的测量并不适用。
因此,发明一种具有实际工程应用价值的桥梁施工过程中线型实时监测装置及方法,通过该实时监测装置及方法的应用能为桥梁施工及桥梁合拢过程中桥梁线型高程进行测量,防止桥梁施工线型与设计线型出现较大偏差,对桥梁施工线型控制提供依据,同时减小桥梁合拢时因两侧桥节段高差而产生的桥梁附加应力,提高桥梁结构安全性,由此发明一种具有该功能的实时监测装置及方法意义重大。
发明内容
发明目的:针对以上问题,本发明提出一种桥梁施工线型实时监测装置及方法。
技术方案:为实现本发明的目的,本发明所采用的技术方案是:一种桥梁施工线型实时监测装置,包括箱体和安装固定装置,箱体中设置测量模块、控制模块和电源模块,测量模块包括升降装置、水泡调平仪、断点式多角度偏转仪和测距仪;控制模块包括中央处理器、信号机和数据采集模块;升降装置用于调整断点式多角度偏转仪的升降;水泡调平仪用于指引断点式多角度偏转仪的水平调整操作;断点式多角度偏转仪与测距仪共用转轴同步转动;测距仪根据角度定位量测到桥梁底板的距离;中央处理器发送指令信号给信号机;信号机接收指令信号并控制断点式多角度偏转仪的偏转;数据采集模块用于接收测量数据,传送给中央处理器;中央处理器进行分析运算及信号处理;电源模块包括外接电源接口和电池系统;外接电源接口用于外接电源,为装置中的各模块供电;电池系统用于装置自供电。
进一步地,安装固定装置为伸缩固定锁扣,用于安装固定箱体;箱体安装在桥墩上,箱体侧面设有4个伸缩固定锁扣,呈正方形设置;伸缩固定锁扣根据测量位置调节工作平面与桥梁纵剖面平行,并固定箱体稳定。
进一步地,装置还包括箱体外的便携式移动终端和箱体上的无线发射接收装置;无线发射接收装置接收便携式移动终端的信号发送给中央处理器;并将中央处理器的分析数据发送给便携式移动终端。
一种桥梁施工线型实时监测方法,具体包括以下步骤:
(1)在桥墩上安装所述监测装置,并选择供电电源类型;
(2)通过伸缩固定锁扣将箱体固定,调节升降装置螺钮和水泡调平仪,然后调节伸缩固定锁扣,将测距仪转动平面调至与桥梁纵断面平行;
(3)测距仪调至竖向位置,记录数据并输入;
竖直方向:测量箱体底板至桥墩基础表面高度,测距仪转轴与箱体底面距离,测距仪激光束发射点与转轴距离,查取桥墩基础表面设计标高;
水平方向:测量桥墩柱表面至箱体邻近侧面的距离,箱体伸缩锁侧面至测距仪转轴距离,测距仪激光发射点与转轴距离,查取桥墩柱沿桥向的径长;
(4)测距仪置初始位置,进行测量装置安装位置数据输入及角度偏转指令输入;
(5)测距仪由竖向位置向水平方向转动,同时数据采集模块采集激光束长度数据经中央处理器处理分析,中央处理器将数据处理结果信息由无线发射接收装置发送至便携式移动终端;
(6)根据施工高程及设计标高数据差值以及水平施工进度数据,调整桥节段施工高程,满足设定限值,进行下阶段施工测量。
有益效果:本发明通过该监测装置及方法的应用,可以定量监测桥梁施工时的线型变化特征,对线型高差进行测算及预警,且能够为后续桥梁施工线型控制提供可靠依据,节省人力、物力、财力,且提高施工效率。
附图说明
图1是本发明所述的桥梁施工线型实时监测装置示意图;
图2是本发明装置安装测试路径示意图;
图3是每节桥节段施工后对应的整体施工段高程图;
图4是每节桥节段施工同步跟踪高程测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示是本发明所述的桥梁施工线型实时监测装置示意图,包括箱体1和安装固定装置,箱体中设置测量模块、控制模块和电源模块。
测量模块包括升降装置3、水泡调平仪4、断点式多角度偏转仪9和测距仪10。测距仪10可根据测量安装需要选择激光测距仪、微波测距仪等。在本发明的具体实施例中,安装固定装置为伸缩固定锁扣2,伸缩固定锁扣2设置在箱体1的左侧面上,伸缩固定锁扣2的数量为4个,呈正方形布置,用于控制箱体在水平方向转动,调整测距仪10的工作平面与桥梁纵剖面平行,并固定箱体。箱体1中右上部位设置有断点式多角度偏转仪9,连接断点式多角度偏转仪9转轴的为测距仪10,断点式多角度偏转仪9下方设置有升降装置螺钮,升降装置螺钮数量为3个,对应控制断点式多角度偏转仪9底板下的3个升降器,在断点式多角度偏转仪9底板连接有水泡调平仪4,用于指引断点式多角度偏转仪9水平调平操作。
控制模块包括中央处理器7、信号机8和数据采集模块11,在升降装置3左侧设置中央处理器7,在升降装置下方设置信号机8,中央处理器7发送指令信号给信号机8,用于控制断点式多角度偏转仪9按角度偏转,在断点式多角度偏转仪9左侧设置有用于采集测距仪10测量数据的数据采集模块11。该模块包括自编程控制软件,用于断点式多角度偏转仪9的偏转角度控制,在本发明的具体实施例中,中央处理器7发送指令到信号机8,信号机8启动断点式多角度偏转仪9带动测距仪10按角度偏转,测距仪10开启并发射激光束17,通过数据采集模块11采集激光束17的长度并经中央处理器7处理分析,输出数据结果信息。
如图2所示是具体桥型和本发明装置安装测试路径示意图,根据桥型设计图选择箱体1安装位置,确定箱体1安装高度,及测距仪10发射激光束17到桥梁跨径中心线的最大偏角,根据余弦定理公式:
选择测距仪10前后两次投射偏转夹角θ=αi+1-αi,根据激光束17前后两次投射长度li、li+1计算激光束17在桥底板水平移动距离c,确定c<C、θ≥θ′,C为桥节段中的最短长度,C=min{Mi}(i=1、2、3…),θ′为测距仪10的极限最小偏转角。当激光束17投射长度li+1>li+Mi时,判定li+1长度失真,采用上一次投射长度数据li计算当前桥节段测量高程,Mi为当前安装桥节段长度。通过上述验算判定确保激光束17能够投射到每一施工桥节段上及进行高程计算。
系统依据自编程分析软件分析处理数据采集模块11采集的激光束17长度数据,采集的激光束17长度数据通过如下公式得出桥梁底板高程数据及施工进度数据以及高程差值:
Δh=|H-h|≤Δi
其中,x为桥梁施工线型长度;x1为桥墩柱沿桥向的1/2径长;x2为桥墩柱表面至箱体邻近侧面的距离;x3为箱体伸缩锁侧面至测距仪转轴距离;x4为测距仪激光束发射点与转轴距离;l为测距仪激光束长度;α为测距仪与竖直面的偏转夹角;h为桥梁施工线型高度;h1为桥墩基础表面标高,h2为箱体底面与桥墩基础表面距离;h3为测距仪转轴与箱体底面距离;Δh为桥梁节段底面设计标高与施工高度的差值;Δi为施工控制安全上限值。
测距仪10由竖直位置向水平位置按指令角度偏转,投射激光束17到施工桥节段上,测量高程为离散数据,如图3所示是每节桥节段施工后对应的整体施工段高程图,曲线n0、n1、n2、n3…,经过数据采集模块11后经中央处理器7计算分析,将结果通过无线发射接收装置6发送至便携式移动终端5,根据便携式移动终端5显示数据结果信息指导施工,对比测量高程n与设计高程m大小,当测量高程n与设计高程m差值绝对值Δh>Δi,Δi为施工控制安全上限值,便携式移动终端给予报警提示,根据差值大小进行桥梁节段张拉应力调整,继续测量施工高程n,如图4所示是每节桥节段施工同步跟踪高程测试图,直到经测量的桥节段施工高程满足设定限值Δi,而后进行下阶段桥节段施工及测量。
电源模块包括外接电源接口12和电池系统13,在本发明的具体实施例中,该电源系统包括本体自带的电池系统以及用于外接电源的电源接口,自带的电池系统可安装蓄电池供电,外接电源接口可外接太阳能电池板或普通电路,通过上述电源系统给测量装置中各仪器进行供电。
本体外设置便携式移动终端5,便携式移动终端5内置有指令发射器及数据接收显示器,指令发射器通过无线发射接收装置6传输信号向中央处理器7发送指令信号,进行测量操控及计算分析;数据接收显示器用于接收无线发射接收装置6传输发送的数据结果信息以及进行报警提示。便携式移动终端5分散多台布置,用于场地内便携施工作业,且各台便携式移动终端指令发送时可锁定通道,避免其它终端操作引起指令信号冲突,数据接收时各台均可接受结果数据。
本发明的桥梁施工线型实时监测及控制方法,包括以下步骤:
(一)根据桥梁施工状况及设计情况,在桥墩上安装测量装置,并选择供电电源类型。
(二)通过伸缩固定锁扣将箱体固定,调节升降装置螺钮,将水泡调平仪水泡调至居中,然后调节伸缩固定锁扣,将测距仪转动平面调至与桥梁纵断面平行。测距仪调至竖向位置。竖直方向:测量箱体底板至桥墩基础表面高度,测距仪转轴与箱体底面距离,测距仪激光束发射点与转轴距离,查取桥墩基础表面设计标高;水平方向:测量桥墩柱表面至箱体邻近侧面的距离,箱体伸缩锁侧面至测距仪转轴距离,测距仪激光发射点与转轴距离,查取桥墩柱沿桥向的径长,记录数据供输入。
(三)供电系统对测量系统供电,便携式移动终端操作测距仪置初始位置,根据自编程控制软件的程序设定,进行测量装置安装位置数据输入及角度偏转指令输入,测距仪由竖向位置向水平方向转动,同时数据采集模块采集激光束长度数据经中央处理器处理分析,中央处理器将数据处理结果信息由无线发射接收装置发送至便携式移动终端。
(四)根据便携式移动终端显示的施工高程及设计标高数据差值以及水平施工进度数据,调整桥节段施工高程,满足设定限值,进行下阶段施工测量。
本发明提供的转动测距系统,能够根据桥梁施工过程中桥节段施工安装动态过程对桥梁施工高程及施工进度进行同步追踪,并将施工高程与设计标高进行对比分析及报警处理,通过内部电池系统或外接电源对装置进行供电,采用中央处理器对数据采集模块采集的数据计算分析,采用无线发射接收装置对信号接收和发送,同时采用便携式移动终端发送指令及接收数据,并进行施工指导。
本发明的智能型桥梁施工线型实时监测装置及方法能够对大桥及特大桥桥型进行施工线型高程及长度测量,采用便携式移动终端进行远程操作及远程监控,并实时进行施工作业指导,为桥梁节段施工作业时的线型高程控制提供依据,具有性能可靠,结构简单,使用方便的特点,并可提高施工作业效率。
Claims (10)
1.一种桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:包括箱体和安装固定装置,所述箱体中设置测量模块、控制模块和电源模块,所述测量模块包括升降装置(3)、水泡调平仪(4)、断点式多角度偏转仪(9)和测距仪(10);所述控制模块包括中央处理器(7)、信号机(8)和数据采集模块(11);
升降装置(3)用于调整断点式多角度偏转仪(9)的升降;水泡调平仪(4)用于指引断点式多角度偏转仪(9)的水平调整操作;断点式多角度偏转仪(9)与测距仪(10)共用转轴同步转动;测距仪(10)根据角度定位量测到桥梁底板的距离;
中央处理器(7)发送指令信号给信号机(8);信号机(8)接收指令信号并控制断点式多角度偏转仪(9)的偏转;数据采集模块(11)用于接收测量数据,传送给中央处理器(7);中央处理器(7)进行分析运算及信号处理。
2.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述电源模块包括外接电源接口(12)和电池系统(13);外接电源接口(12)用于外接电源,为装置中的各模块供电;电池系统(13)用于装置自供电。
3.根据权利要求2所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:外接电源为太阳能电池板或普通电路。
4.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:测距仪可以为激光测距仪或微波测距仪。
5.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述安装固定装置为伸缩固定锁扣(2),用于安装固定箱体。
6.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述装置还包括箱体外的便携式移动终端(5)和箱体上的无线发射接收装置(6);无线发射接收装置(6)接收便携式移动终端(5)的信号发送给中央处理器(7);并将中央处理器(7)的分析数据发送给便携式移动终端(5)。
7.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述箱体安装在桥墩上,箱体侧面设有4个伸缩固定锁扣(2),呈正方形设置;伸缩固定锁扣(2)根据测量位置调节测距仪(10)的工作平面与桥梁纵剖面平行,并固定箱体稳定。
8.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述升降装置(3)包括等边三角形布设的三个高度调节点位,三个高度调节点位相连有三个升降装置螺钮,外露于箱体侧面。
9.根据权利要求1所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:所述箱体为上半部分有1/4开放区域的箱体容器,上半部分1/4开放区域设置测距仪。
10.一种桥梁施工线型实时监测方法,利用权利要求1-7所述的桥梁施工线型实时监测装置,其特征在于:具体包括以下步骤:
(1)在桥墩上安装所述监测装置,并选择供电电源类型;
(2)通过伸缩固定锁扣将箱体固定,调节升降装置螺钮和水泡调平仪,然后调节伸缩固定锁扣,将测距仪转动平面调至与桥梁纵断面平行;
(3)测距仪调至竖向位置,记录数据并输入;
竖直方向:测量箱体底板至桥墩基础表面高度,测距仪转轴与箱体底面距离,测距仪激光束发射点与转轴距离,查取桥墩基础表面设计标高;
水平方向:测量桥墩柱表面至箱体邻近侧面的距离,箱体伸缩锁侧面至测距仪转轴距离,测距仪激光发射点与转轴距离,查取桥墩柱沿桥向的径长;
(4)测距仪置初始位置,进行测量装置安装位置数据输入及角度偏转指令输入;
(5)测距仪由竖向位置向水平方向转动,同时数据采集模块采集激光束长度数据经中央处理器处理分析,中央处理器将数据处理结果信息由无线发射接收装置发送至便携式移动终端;
(6)根据施工高程及设计标高数据差值以及水平施工进度数据,调整桥节段施工高程,满足设定限值,进行下阶段施工测量。
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