CN110644378A - 合拢段施工的配重卸载自动调节系统及其施工调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合拢段施工的配重卸载自动调节系统，包括：多个配重水箱，其对称地设置在合拢段两侧，且单侧配重水箱在配重时的总重量均等于合拢段浇筑砼总质量的一半，配重水箱上设置有出水管道孔；多个压力传感器，均匀布设在配重水箱的底部；两个水泵，其分别设置在合拢段两侧的一配重水箱底部，水泵与出水管连接，出水管穿过出水管道孔伸出至配重水箱外；流速测算仪，设置在砼泵管口；控制装置，与多个压力传感器、两个水泵以及流速测算仪电气连接；以及应用上述系统对合拢段两侧进行配重和卸载的施工调节方法。本发明保证了砼浇筑重量与配重卸载重量保持精准同步，解决了传统工艺中在水箱底部设置排水阀门导致的配重卸载速度不平衡的难题。

Description

合拢段施工的配重卸载自动调节系统及其施工调节方法

技术领域

本发明涉及建筑施工的技术领域，具体涉及一种合拢段施工的配重卸载自动控制系统及其施工调节方法。

背景技术

近年来，随着国家高速发展，交通网规划级别层次越来越高，地域范围也越来越大，高速公路、高速铁路等大批交通基础设施的建设也在快速发展。这些基础设施的路线工程建设中经常需要跨越蜿蜒的沟壑、江河等，桥梁的墩柱也越来越高，尤其是在偏远山区，这种现象在尤为明显，建设大跨度桥梁的施工难度也明显加大。为了解决跨度大、要求高的技术难题，通常采用大跨度连续钢构体系以适应建设需要，并运用挂篮悬臂浇筑技术指导施工，其中，合拢段的配重工序对防止桥梁梁体扰动、调整梁体标高及调整桥梁的后期应力等方面起着重要的作用。在目前大多数施工现场，配重方式采用水箱配重，卸载采用水箱底部开设阀门放水的方式，此工艺中，由于水箱中水位高度不同，对于放水阀门的压力不同，水流速度、流量并非线性变化，因此在合拢段施工过程中配重卸载误差较大，严重影响了合拢段的施工质量。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种合拢段施工的配重卸载自动控制系统，该系统能够解决现有技术中合拢段施工现场出现的配重卸载误差较大而严重影响合拢段的施工质量的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种合拢段施工的配重卸载自动调节系统，包括：

多个配重水箱，其对称设置在合拢段两侧，且设置在合拢段单侧的所述配重水箱在配重时的总重量均等于合拢段浇筑砼总质量的一半，所述配重水箱上设置有进水口和出水管道孔；

多个压力传感器，其均匀地布设在每个所述配重水箱的底部；

两个水泵，其分别设置在合拢段两侧的一所述配重水箱的底部，所述水泵的输出端与出水管连接，所述出水管穿过所述配重水箱的所述出水管道孔伸出至所述配重水箱外；

流速测算仪，其设置在砼泵管口，用于实时测算砼浇筑的流速；

控制装置，其与所述多个压力传感器、所述两个水泵以及所述流速测算仪电气连接。

进一步地，所述出水管与所述出水管道孔之间设置有密封圈。

进一步地，所述控制装置为计算机。

进一步地，所述合拢段两侧分别设置一个所述配重水箱，所述水泵设置在所述配重水箱的底部。

进一步地，所述合拢段单侧均设置两个或以上所述配重水箱，位于合拢段同侧的两个或以上所述配重水箱通过管道串联连通，所述水泵设置在其中一个所述配重水箱的底部。

本发明的另一目的是提供一种上述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统的施工调节方法，包括如下步骤：

S1：将满足施工需求的所述多个配重水箱运送至合拢段两侧指定位置处安放，在每个所述配重水箱内底部均匀地布设多个所述压力传感器，并将多个所述压力传感器与所述控制装置电气连接，将每个所述水泵对应地设置在一所述配重水箱的底部，所述水泵的输出端与所述出水管连接且将所述出水管穿过所述配重水箱上的所述出水管道孔伸出至所述配重水箱外，所述水泵也与所述控制装置电气连接，在砼泵管口处安装所述流速测算仪并将所述流速测算仪与所述控制装置电气连接；

S2：根据施工图纸验算出合拢段浇筑砼总重量G₃，并得出单侧配重水箱的配重总重量为以合拢段砼浇筑施工过程中的合拢段两侧配重卸载总重量与砼浇筑总重量相等为目标，计算得出任意时刻合拢段两侧所述配重水箱中的所述水泵排水速度与砼浇筑的速度的关系

其中，V_水泵管为合拢段单侧配重水箱在卸载时的排水速度，ρ_砼为浇筑的砼的密度，S_砼泵管为砼泵管的截面面积，V_砼流速为所述流速测算仪测算的砼浇筑的速度，ρ_液为所述配重水箱中的液体密度，S_水泵管为与所述水泵连接的所述出水管的截面面积；

S3：将步骤S2得到的任意时刻合拢段两侧的所述配重水箱在卸载时的排水速度与砼浇筑速度的关系公式以及参数S_水箱、G₃、S_砼泵管、g、ρ_砼、ρ_液、S_水泵管输入至所述控制装置中，g为当地重力加速度，S_水箱为配重水箱的横截面面积；

S4：对合拢段两侧的配重水箱同时进行注水配重，单侧配重水箱的配重总重量为

在注水的过程中，所述配重水箱底部的所述多个压力传感器将监测压力实时传输至所述控制装置，所述控制装置接收实时压力数据并计算所述配重水箱内各监测点处的压强值以及分别对合拢段两侧的所述配重水箱内的多个压强值取平均值P，当所述控制装置计算出合拢段单侧的所述配重水箱内的压强平均值

时，此时停止向合拢段两侧的所述配重水箱注水；

S5：对合拢段进行浇筑砼，在浇筑砼的过程中同时对合拢段两侧的所述配重水箱进行卸载，当砼入模后，所述控制装置根据

公式和所述流速测算仪实时监测数据V_砼流速控制所述水泵的排水速度，以使得在砼浇筑过程中合拢段两侧的所述配重水箱中的卸载总重量与砼浇筑总重量相等，确保砼浇筑过程中的所要求的配重平衡；

S6：当砼浇筑完成时，此时合拢段两侧的所述配重水箱的配重总重量为0，配重卸载完成。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)本发明先建立卸载时的排水速度和砼浇筑速度的关系，再根据该关系以及相关的参数值在卸载时通过系统自动控制，保证了砼浇筑总重量与配重卸载总重量保持精准同步，解决了传统工艺中在配重水箱底部设置排水阀门导致的配重卸载速度不平衡的难题；

2)本发明无需人为干预，消除了配重变化过程中的人为不利影响因素，只需在工程开始前将所需参数输入至计算机，便可在砼浇筑过程中全程由计算机控制配重卸载速率，节约了人力投入，同时保证了工程安全及质量；

3)本发明提出的一种配重自动调节系统利用计算机进行精确控制，可根据不同施工情形下的对工程参数进行调整，具有良好的适用性；

4)本发明提出的一种配重自动调节系统使用结束后可进行拆解存放，实现多次循环利用，节省材料成本投入，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明合拢段施工前施加配重卸载的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明合拢段砼浇筑完成后的结构示意图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

鉴于目前合拢段施工现场出现的配重卸载误差较大而严重影响合拢段的施工质量的施工技术难题，本发明提供一种合拢段施工的配重卸载自动调节系统，如图1和图2所示，该系统包括多个配重水箱1、多个压力传感器2、两个水泵3、流速测算仪4以及控制装置5。多个配重水箱1对称地设置在合拢段两侧且设置在合拢段单侧的配重水箱1在配重时的总重量均等于合拢段浇筑砼总质量的一半，此处，可以在合拢段单侧各设置一个配重水箱1，也可以在合拢段单侧设置两个或以上的配重水箱1，单侧配重水箱1的数量以实际施工现场情况而定，当合拢段单侧设置两个或以上的配重水箱1时，相邻的两个配重水箱可以通过管道连通从而使得合拢段单侧所有配重水箱1之间形成通路。配重水箱1的大小应根据施工的需求予以确定，确保达到规定要求的配重吨位，配重水箱1上设置进水口10及出水管道孔，进水口10用于配重时注水。其中，出水管道孔设置在配重水箱1的下部。每个配重水箱1内底部均均匀地布设有多个压力传感器2，该多个压力传感器2用于精确测算向配重水箱1内注水过程中的各点处的配重压力值以便控制装置能精确测算各监测点处的压强值，相邻的两个压力传感器2之间的间距根据实际情况均匀分布，同时多个压力传感器2采用传感器电缆6与控制装置5连接，可实时将监测数据传递至控制装置5并用于计算。

合拢段每侧均设置一水泵3，水泵3设置在合拢段单侧的一配重水箱4的底部，水泵3的输出端与出水管30连接，出水管30穿过配重水箱1上的出水管道孔伸出至配重水箱1外，从而方便配重卸载时排出配重水箱1中的水。当合拢段单侧只设置一个配重水箱1时，水泵3设置在该配重水箱1的底部，即一个水泵3控制一个配重水箱1排水；而当合拢段单侧设置两个或以上的配重水箱1时，将水泵3设置在其中一个配重水箱1的底部，位于合拢段同侧的多个配重水箱1通过管道串联连通后，由水泵3控制统一排水。为了防止漏水，出水管30与出水管道孔之间设有密封圈，从而防止漏水而影响配重控制的精准。安装好后的水泵3通过水泵控制电缆7与控制装置5连接，控制装置5在工作时接收信号经过计算后通过水泵控制电缆7实时调整水泵扇叶的转速，从而调整水泵3排水速度，实现配重水箱1配重卸载的动态控制。

流速测算仪4安装于砼泵管口8处，用于监测砼浇筑的实时流速，并利用流速测算仪电缆9将其连接至控制装置5中，使得监测数据实时传输至控制装置5中。控制装置5在本发明的配重自动调节系统中起到核心计算控制的作用，其可为计算机。

本发明还提供一种基于上述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统的施工调节方法，包括如下步骤：

S1：装置的组建，将满足施工需求的多个配重水箱1运送至合拢段两侧指定位置处安放，设置在合拢段单侧的配重水箱1在配重时的总重量均等于合拢段浇筑砼总质量的一半。为提高水箱配重施加的准确性，根据现场实际情况，在每个配重水箱1内底部均匀布设多个压力传感器2，布设距离以实际需要为准，并将多个压力传感器2通过传感器电缆6与计算机连接，之后在每个配重水箱1的底部安置一水泵3，水泵3的输出端与出水管30连接，出水管30再穿过配重水箱1上的出水管道孔伸出至配重水箱1外；水泵3与计算机通过水泵控制电缆7连接，最后在砼泵管口8处安装流速测算仪4并将流速测算仪4与计算机通过流速测算仪电缆9连接。当然这个组装顺序也可以是先安装流速测算仪4或先将水泵3设置在配重水箱1底部，再进行后面的组装，该组装顺序以实际方便为准。

S2：根据施工图纸验算出合拢段浇筑砼总重量为G₃，即合拢段两侧设置配重总和为G₃，故单侧配重水箱的配重总重量为以合拢段砼浇筑施工过程中的合拢段两侧配重卸载总重量与砼浇筑总重量相等为目标，计算得出任意时刻合拢段两侧的配重水箱1中水泵3的排水速度与砼浇筑的速度的关系

其中，V_水泵管为合拢段单侧的配重水箱在卸载时的排水速度，ρ_砼为浇筑的砼的密度，S_砼泵管为砼泵管的截面面积，V_砼流速为流速测算仪测算的砼浇筑的速度，ρ_液为配重水箱中的液体密度，S_水泵管为与水泵连接的出水管截面面积。

其计算原理过程如下：

1)合拢段施工过程中，浇筑入模砼重量为G₁，

其中，S_砼泵管为砼泵管的截面面积，V_砼流速(t)为砼泵管口处砼流速随时间变化曲线，ρ_砼为浇筑砼密度，g为当地重力加速度，t为砼浇筑时间，V_砼流速为安装在砼泵管口处的流速测算仪实时测算的砼浇筑流速，流速测算仪4通过流速测算仪电缆9连接至计算机，从而能将测算的砼浇筑流速数据实时传递至计算机以绘制出V_砼流速(t)曲线。

2)当采用类似吊架法施工合拢段时，需在合拢段两侧设置配重，且两侧配重状态保持一致(即单侧配重水箱1配重总重量为

且两侧的配重水箱位置等应保持一致)，合拢段浇筑过程中单侧配重水箱1配重卸载重量为G₂，即

其中，S_水泵管为与水泵连接的出水管的截面面积，V_水泵管(t)为合拢段单侧的配重水箱在卸载时的排水速度(即与水泵连接的出水管的排水速度)随时间变化曲线，ρ_液为配重水箱内的液体密度，g为当地重力加速度，t为砼浇筑时间；

3)由于在合拢段砼浇筑施工过程，配重卸载速率应该与砼浇筑速率同步，为达到此目标，必须控制水泵3排水速率以满足上述卸载要求，因此合拢段单侧配重卸载控制应满足：

其中：

得：

即：

由于式中S_砼泵管、g、ρ_砼、ρ_液、S_水泵管均为定值；仅V_砼流速、V_水泵管为不定参数，因此

为定值，设为系数K，则合拢段两侧配重水箱中水泵排水速度为：V_水泵管＝KV_砼流速，可反映出任意时刻V_水泵管、V_砼流速二者之间的关系。

S3：将上述步骤计算得到的任意时刻合拢段单侧配重水箱1在卸载时的排水速度与砼浇筑速度的关系公式输入至计算机中，同时根据施工图纸、查阅资料以及现场试验确定参数S_水箱、G₃、S_砼泵管、g、ρ_砼、ρ_液、S_水泵管的值并将其输入至计算机中，其中，g为当地重力加速度，S_水箱为配重水箱的横截面面积。

S4：采用抽水设备等从配重水箱1上的进水口10处对合拢段两侧的配重水箱1同时进行注水配重，单侧配重水箱1的配重总重量为

在注水的过程中，每个配重水箱1底部的多个压力传感器2将监测压力F₁、F₂、F₃、F₄…Fn实时传输至计算机，计算机接收实时压力数据并依据公式

计算每个配重水箱内的各监测点处的压强值，式中S_n为配重水箱内第n个压力传感器的受力面积，之后分别对合拢段单侧的配重水箱1中监测的多个压强值取平均值P，其中，

当

时，式中，h_液为配重水箱中的液体深度，即当计算机计算出合拢段单侧配重水箱1中的压强平均值时，此时关闭抽水设备等以同时停止向合拢段两侧的配重水箱1注水。

S5：当砼浇筑前钢筋、模板等工序完成后，准备开始浇筑砼。对合拢段进行浇筑砼时，浇筑入模砼重量

在浇筑砼的过程中同时对合拢段两侧的配重水箱1进行卸载，单侧配重水箱1配重卸载重量G₂＝ρ_液

合拢段单侧配重卸载控制应满足

当砼入模后，计算机根据步骤S2得到的公式

和流速测算仪实时监测数据V_砼流速控制水泵3的排水速度，以使得在砼浇筑过程中合拢段两侧的配重水箱1中的卸载总重量与砼浇筑总重量相等，确保砼浇筑过程中的所要求的配重平衡。

S6：当砼浇筑完成时，此时合拢段两侧的配重水箱1的配重总重量为0，配重卸载完成。见图3，当配重卸载完成后，拆除该配重自动调节系统，拆除时应按照“先装后拆，后装先拆”的原则进行拆解，并对如水泵3、计算机、流速测算仪4等进行清理并妥善保存，便于重复利用。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种合拢段施工的配重卸载自动调节系统，其特征在于，包括：

多个配重水箱，其对称设置在合拢段两侧，且设置在合拢段单侧的所述配重水箱在配重时的总重量均等于合拢段浇筑砼总质量的一半，所述配重水箱上设置有进水口和出水管道孔；

多个压力传感器，其均匀地布设在每个所述配重水箱的底部；

两个水泵，其分别设置在合拢段两侧的一所述配重水箱的底部，所述水泵的输出端与出水管连接，所述出水管穿过所述配重水箱上的所述出水管道孔伸出至所述配重水箱外；

流速测算仪，其设置在砼泵管口，用于实时测算砼浇筑的流速；

控制装置，其与所述多个压力传感器、所述两个水泵以及所述流速测算仪电气连接。

2.如权利要求1所述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统，其特征在于，所述出水管与所述出水管道孔之间设置有密封圈。

3.如权利要求1所述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统，其特征在于，所述控制装置为计算机。

4.如权利要求1所述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统，其特征在于，所述合拢段两侧分别设置一个所述配重水箱，所述水泵设置在所述配重水箱的底部。

5.如权利要求1所述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统，其特征在于，所述合拢段单侧均设置两个或以上所述配重水箱，位于合拢段同侧的两个或以上所述配重水箱通过管道串联连通，所述水泵设置在其中一个所述配重水箱的底部。

6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的合拢段施工的配重卸载自动调节系统的施工调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将满足施工需求的所述多个配重水箱运送至合拢段两侧指定位置处安放，在每个所述配重水箱内底部均匀地布设多个所述压力传感器，并将多个所述压力传感器与所述控制装置电气连接，将每个所述水泵对应地设置在一所述配重水箱的底部，所述水泵的输出端与所述出水管连接且将所述出水管穿过所述配重水箱上的所述出水管道孔伸出至所述配重水箱外，所述水泵也与所述控制装置电气连接，在砼泵管口处安装所述流速测算仪并将所述流速测算仪与所述控制装置电气连接；

S2：根据施工图纸验算出合拢段浇筑砼总重量G₃，并得出单侧配重水箱的配重总重量为

以合拢段砼浇筑施工过程中的合拢段两侧配重卸载总重量与砼浇筑总重量相等为目标，计算得出任意时刻合拢段两侧所述配重水箱中的所述水泵排水速度与砼浇筑的速度的关系其中，V_水泵管为合拢段单侧配重水箱在卸载时的排水速度，ρ_砼为浇筑的砼的密度，S_砼泵管为砼泵管的截面面积，V_砼流速为所述流速测算仪测算的砼浇筑的速度，ρ_液为所述配重水箱中的液体密度，S_水泵管为与所述水泵连接的所述出水管的截面面积；

S3：将步骤S2得到的任意时刻合拢段单侧的所述配重水箱在卸载时的排水速度与砼浇筑速度的关系公式以及参数S_水箱、G₃、S_砼泵管、g、ρ_砼、ρ_液、S_水泵管输入至所述控制装置中，g为当地重力加速度，S_水箱为配重水箱的横截面面积；

S4：对合拢段两侧的配重水箱同时进行注水配重，单侧配重水箱的配重总重量为

在注水的过程中，所述配重水箱底部的所述多个压力传感器将监测压力实时传输至所述控制装置，所述控制装置接收实时压力数据并计算所述配重水箱内各监测点处的压强值以及分别对合拢段两侧的所述配重水箱内的多个压强值取平均值P，当所述控制装置计算出合拢段单侧的所述配重水箱内的压强平均值时，此时同时停止向合拢段两侧的所述配重水箱注水；

S5：对合拢段进行浇筑砼，在浇筑砼的过程中同时对合拢段两侧的所述配重水箱进行卸载，当砼入模后，所述控制装置根据

公式和所述流速测算仪实时监测数据V_砼流速控制所述水泵的排水速度，以使得在砼浇筑过程中合拢段两侧的所述配重水箱中的卸载总重量与砼浇筑总重量相等，确保砼浇筑过程中的所要求的配重平衡；

S6：当砼浇筑完成时，此时合拢段两侧的所述配重水箱的配重总重量为0，配重卸载完成。

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