CN108519070A - 一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，在高大模板支撑系统中，至少包括：建立监测的安全模型：建立至少一组与原始模型相对比的动态模型；所述原始模型是指：对还未浇筑混凝土时杆件原始位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；所述动态模型是指：对浇筑混凝土一定量时杆件位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；建立安全阈值：在所述动态模型和所述原始位移坐标之间设定安全阈值；实际浇筑过程中，当所述高大模板支撑系统的浇筑量与所述动态模型相同、且超过所述安全阈值时，则判定所述高大模板支撑系统失稳或将坍塌。

Description

一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法及装置，属于高大模板安全监测的技术领域。
背景技术
针对高大模板支撑系统应用的数量多、范围广、工况复杂，同时随着社会对施工安全的关注度越来越高，传统的人工测量方式逐渐难以满足需求，因此对高大模板支撑系统的监测要求也随之而生。
在高大模板支撑系统中支撑部件的位移、倾斜关系到整个支撑系统的稳定程度：例如，当个别部件发生偏载或沉降时，会威胁到整个系统所在施工现场的安全，乃至可能会引发坍塌这类重大安全事故。在所述高大模板支撑系统中，常因为混凝土浇筑顺序安排不合理，浇筑过快、浇筑未分层等原因，从而造成施工现场出现高危情况。
为了规避上述高危情况，本领域通常采用两种方法对施工过程进行管理和监测：
1、通过对浇筑程序进行严格控制，确保支撑系统受力均匀，避免了系统通过缝隙失衡倾斜。同时，此方法需要搭配专人对高大模板支撑系统进行肉眼观测，当发现零件松动或形变时，下达停止浇筑的命令，后续进行撤离工作人员作业和加固措施作业。该方法也经常用到对支撑系统进行拆除前。
由上述方法可知，如只采用人为观察支撑系统，很难全面预警，危险系数依然较高。为此，现有技术增加了对支撑系统的倾角监测流程。
2、现场针对高大模板支撑系统的监测仍是以测量构件的位移和倾斜角度为主，然而上述监测方式多依靠人工定时检测，使用全站仪等设备对构件或部件的位移沉降进行监测，其中采用全站仪的采购和维护成本和维护难度都较高，对于监测人员的操作要求也较高；更为实际的问题是：全站仪测量高程的精度不高，因为仪器瞄准的时候是尽可能的瞄准菱镜中心，但是不能实时保持精准。综上可知，采用传统人工对上述高大模板支撑系统进行监测仍存在诸多不足之处，难以采用智能设备代替人工高精度高频率作业。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法。
本发明还公开了一种实现上述方法的装置。
本发明的技术方案如下：
一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，在高大模板支撑系统中，至少包括：
建立监测的安全模型：建立至少一组与原始模型相对比的动态模型；
所述原始模型是指：对还未浇筑混凝土时杆件原始位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
所述动态模型是指：对浇筑混凝土一定量时杆件位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
建立安全阈值：在所述动态模型和所述原始位移坐标之间设定安全阈值；
实际浇筑过程中，当所述高大模板支撑系统的浇筑量与所述动态模型相同、且超过所述安全阈值时，则判定所述高大模板支撑系统失稳或将坍塌。
本发明公开的另一方面：所述原始模型的建立方法包括：
监测还未浇筑混凝土时杆件的原始位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为R，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
本发明公开的另一方面：所述动态模型的建立方法包括：
监测在浇筑混凝土一定量时杆件的位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为r，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
建立二维坐标系，以地表水平面为二维坐标系所形成的水平面；
所述还未浇筑混凝土时杆件的原始位移坐标是指：监测固定时间段内杆件在二维坐标系中的位移坐标；
所述在浇筑混凝土一定量时杆件的位移坐标是指：浇筑固定的混凝土一定量后，监测固定时间段内杆件在二维坐标系中的位移坐标。
上述对杆件的位移坐标采集均是通过倾角传感器，选用倾角传感器的基本原则是：达到一定采集精度，在本发明中选用精度能达到0.025度的双轴倾角传感器，能够采集倾角变化并将角度值转化为位移坐标值，如刚度仪。所述倾角传感器还能监测被测物体朝向何种方位倾斜，如本发明中所述的，通过监测杆件的倾斜方向确定其倾斜所对应的方位码。
本发明公开的另一方面：所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
将所述杆件的倾斜方向360°平均分为N组方位，每组方位对应一个方位码；杆件倾斜时落入一组方位中，即对应一个方位码；
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，此处的m的含义是指所述高大模板支撑上的倾角传感器朝相同方位倾斜的个数，如所述高大模板支撑系统中包括n个倾角传感器，其中m个倾角传感器监测到的参数显示m个倾角传感器都朝向一个角度范围的倾斜方向进行倾斜，则客观说明，所述系统正在倾斜；kD和kA为预设的安全阈值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现坍塌状况。
在施工现场，可以对高大模板支撑系统的杆件进行实时监测，以获取其静态模型和动态模型，最后通过两者相关参数运算获取相应的差值，如O和点o之间的距离，R与r的差值，申请人通过大量的施工现场实验发现，上述两种差值是评价高大模板支撑系统是否安全稳定的关键要素，因此，将对上述差值设定具体安全值，从而判断高大模板支撑系统是否安全。上述安全值kD和kA是根据具体施工环境来确定的。
上述″m大于等于2且小于n/2″对应的条件是动态模型中被测杆件上有2个以上，一半以下数量的倾角传感器发生相同方向倾斜时，结合其它参数条件则判断所述高大模板支撑系统存在将要坍塌的状况。
本发明公开的另一方面：所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现坍塌临界状况。
本发明在监测到将出现坍塌状况后，高大模板支撑系统停止浇筑，疏散施工现场人员及时撤离。同样，在停止浇筑后，本发明还可以继续监测所述高大模板支撑是否已经是坍塌临界状况，以提示修复加固人员不要贸然进入施工现场发生安全事故。
本发明公开的另一方面：所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
将所述杆件的倾斜方向360°分为N组方位，每组方位对应一个方位码；杆件倾斜时落入一组方位中，即对应一个方位码；
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现失稳状况。
本发明公开的另一方面：所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现失稳状况。
监测到将出现失稳状况或已出现失稳状况后，高大模板支撑系统会发出预警，停止浇筑，并对高大模板支撑系统进行检查或调整浇筑策略，以保证继续安全浇筑生产。
一种能实现上述监测方法的装置，包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的杆件的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法；
所述倾角传感器与控制系统之间可以采用任何传输方式进行数据传输，本发明优选采用信号发射器对采集数据传输至控制系统；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
本发明中所采用的控制系统是任意可以执行″将上述监测方法对应算法写入，且能通过编程实现后续逻辑控制和预警的单片机、计算机、操作平台或芯片″，而不限于具体型号的单片机。
本发明公开的另一方面：所述警报器包括多种报警方式。以区别所述处理方法所得到的多种警示类别，如：将出现坍塌状况，或已出现坍塌状况，或将出现失衡状况，或已出现失衡状况。
本发明公开的另一方面：所述装置还包括与所述控制系统相连的安全出口指示器。此处设计的优点在于，更加迅速高效的组织现场施工人员进行有效撤离，将远程监测和现场预警有效结合，避免造成重大安全事故。
本发明公开的另一方面：所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
本发明的技术优势在于：
本发明所述方法和装置是通过对比混凝土浇筑前后杆件的位移数据变化情况来监测高大模板支撑系统的，本发明还通过独特的算法将采集到的位移数据进行归类分析及图形展示以直观显示高大模板支撑系统是否安全作业，最后可以根据用户的具体需求分别进行显示、报警或安全记录等功能。本发明解决了现场施工对高大模板支撑监测方式精度不高、人力成本过大等缺点，填补了业界的技术空白。
附图说明
图1为本发明所述方法中，监测杆件位移的方位指示图，其中的序号①～⑧分别为方位码，中心点为倾角传感器监测点；
图2为本发明中所述倾角传感器在高大模板支撑系统中的位置图，其中，1、倾角传感器；2、信号发射器；
图3为本发明所述装置现场安装示意图，其中，3、警报器，4、安全出口指示器。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
如图1-3所示。
下表1中，D(为点O和点o之间的距离)，a(为R与r的差值)，n(为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数)，m(为具有相同方位码的倾角传感器个数)，kD和kA为预定的安全值。
表1
倾角传感器编号 D 方位码 安全值kD a 安全值kA
a1 0.514 3 0.5 0.308 0.3
a2 1.627 4 0.5 0.254 0.3
a3 0.58 4 0.5 0.268 0.3
a4 0.11 3 0.5 0.106 0.3
a5 0.27 3 0.5 0.226 0.3
a6 0.69 4 0.5 0.326 0.3
a7 1.5 4 0.5 0.232 0.3
a8 0.58 4 0.5 0.228 0.3
验证实验时，载荷10吨，模架高度8米，立杆8根，立杆间距1.5米，水平杆三层，竖向剪刀撑失效，人为监测出现坍塌临界状态时，所述倾角传感器监测到的倾角和方位码相关数值与设定的安全阈值。其中，坍塌临界状态为立杆出现15度倾斜前5秒时刻的度数。综上，本发明所述的方法能够精确识别高大模板支撑系统的安全状况，为施工安全提供准确的报警参考数据。
实施例1、
一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，在高大模板支撑系统中，至少包括：
建立监测的安全模型：建立至少一组与原始模型相对比的动态模型；
所述原始模型是指：对还未浇筑混凝土时杆件原始位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
所述动态模型是指：对浇筑混凝土一定量时杆件位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
建立安全阈值：在所述动态模型和所述原始位移坐标之间设定安全阈值；
实际浇筑过程中，当所述高大模板支撑系统的浇筑量与所述动态模型相同、且超过所述安全阈值时，则判定所述高大模板支撑系统失稳或将坍塌。
所述原始模型的建立方法包括：
监测还未浇筑混凝土时杆件的原始位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为R，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
所述动态模型的建立方法包括：
监测在浇筑混凝土一定量时杆件的位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为r，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
建立二维坐标系，以地表水平面为二维坐标系所形成的水平面；
所述还未浇筑混凝土时杆件的原始位移坐标是指：监测固定时间段内杆件在二维坐标系中的位移坐标；
所述在浇筑混凝土一定量时杆件的位移坐标是指：浇筑固定的混凝土一定量后，监测固定时间段内杆件在二维坐标系中的位移坐标。
上述对杆件的位移坐标采集均是通过倾角传感器，选用倾角传感器的基本原则是：达到一定采集精度，在本发明中选用精度能达到0.025度的双轴倾角传感器，能够采集倾角变化并将角度值转化为位移坐标值，如刚度仪。所述倾角传感器还能监测被测物体朝向何种方位倾斜，如本发明中所述的，通过监测杆件的倾斜方向确定其倾斜所对应的方位码。
实施例2、
如实施例1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
将所述杆件的倾斜方向360°平均分为N组方位，每组方位对应一个方位码；杆件倾斜时落入一组方位中，即对应一个方位码；
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，此处的m的含义是指所述高大模板支撑上的倾角传感器朝相同方位倾斜的个数，如所述高大模板支撑系统中包括n个倾角传感器，其中m个倾角传感器监测到的参数显示m个倾角传感器都朝向一个角度范围的倾斜方向进行倾斜，则客观说明，所述系统正在倾斜；kD和kA为预设的安全阈值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现坍塌状况。
在施工现场，可以对高大模板支撑系统的杆件进行实时监测，以获取其静态模型和动态模型，最后通过两者相关参数运算获取相应的差值，如O和点o之间的距离，R与r的差值，申请人通过大量的施工现场实验发现，上述两种差值是评价高大模板支撑系统是否安全稳定的关键要素，因此，将对上述差值设定具体安全值，从而判断高大模板支撑系统是否安全。上述安全值kD和kA是根据具体施工环境来确定的。
上述″m大于等于2且小于n/2″对应的条件是动态模型中被测杆件上有2个以上，一半以下数量的倾角传感器发生相同方向倾斜时，结合其它参数条件则判断所述高大模板支撑系统存在将要坍塌的状况。
实施例3、
如实施例1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现坍塌临界状况。
本发明在监测到将出现坍塌状况后，高大模板支撑系统停止浇筑，疏散施工现场人员及时撤离。同样，在停止浇筑后，本发明还可以继续监测所述高大模板支撑是否已经是坍塌临界状况，以提示修复加固人员不要贸然进入施工现场发生安全事故。
实施例4、
如实施例1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
将所述杆件的倾斜方向360°分为N组方位，每组方位对应一个方位码；杆件倾斜时落入一组方位中，即对应一个方位码；
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现失稳状况。
实施例5、
如实施例1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现失稳状况。
监测到将出现失稳状况或已出现失稳状况后，高大模板支撑系统会发出预警，停止浇筑，并对高大模板支撑系统进行检查或调整浇筑策略，以保证继续安全浇筑生产。
实施例6、
如实施例1-5所述能实现上述监测方法的装置，包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的杆件的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法；
所述倾角传感器与控制系统之间可以采用任何传输方式进行数据传输，本发明优选采用信号发射器对采集数据传输至控制系统；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
本发明中所采用的控制系统是任意可以执行″将上述监测方法对应算法写入，且能通过编程实现后续逻辑控制和预警的单片机、计算机、操作平台或芯片″，而不限于具体型号的单片机。
实施例7、
如实施例6所述能实现上述监测方法的装置，所述警报器包括多种报警方式。以区别所述处理方法所得到的多种警示类别，如：将出现坍塌状况，或已出现坍塌状况，或将出现失衡状况，或已出现失衡状况。
实施例8、
如实施例6、7所述能实现上述监测方法的装置，所述装置还包括与所述控制系统相连的安全出口指示器。所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述方法在高大模板支撑系统中，至少包括：
建立监测的安全模型：建立至少一组与原始模型相对比的动态模型；
所述原始模型是指：对还未浇筑混凝土时杆件原始位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
所述动态模型是指：对浇筑混凝土一定量时杆件位移处理后得到的平面最小外接圆和坐标平均值；
建立安全阈值：在所述动态模型和所述原始位移坐标之间设定安全阈值；
实际浇筑过程中，当所述高大模板支撑系统的浇筑量与所述动态模型相同、且超过所述安全阈值时，则判定所述高大模板支撑系统失稳或将坍塌。
2.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述原始模型的建立方法包括：
监测还未浇筑混凝土时杆件的原始位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为R，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
3.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述动态模型的建立方法包括：
监测在浇筑混凝土一定量时杆件的位移坐标，将监测到的位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，记最小外接圆半径为r，分别求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值，记作点
4.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，kD和kA为预设的安全阈值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现坍塌状况。
5.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA且大于等于n/2、m大于等于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现坍塌临界状况。
6.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
设d为点O和点o之间的距离，a为R与r的差值，n为安装在高大模板支撑系统的倾角传感器个数，m为具有相同方位码的倾角传感器个数，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于等于2且小于n/2，则，报警高大模板支撑系统将出现失稳状况。
7.根据权利要求1所述的一种对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法，其特征在于，所述对高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法中，所述判定所述高大模板支撑系统失稳的方法还包括：
当满足以下条件时：d大于kD、a大于kA、m大于n/2，则，报警高大模板支撑系统出现失稳状况。
8.一种能实现如权利要求1-7任意一项所述监测方法的装置，其特征在于，所述装置包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的杆件的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为高大模板支撑系统监测坍塌失稳的方法；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
9.如权利要求8所述监测方法的装置，其特征在于，所述警报器包括多种报警方式。
10.如权利要求8所述监测方法的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述控制系统相连的安全出口指示器；所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
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