CN110939068B - 一种塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法 - Google Patents

一种塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种塔架纵向水平位移的预张拉系统，包括预张拉系统及位移检测装置；预张拉系统包括缆索吊装系统、后缆风绳及牵拉装置，缆索吊装系统根据施工的需要与预安装侧塔架连接；后缆风绳设于预安装侧塔架背离预吊装重物的一侧，后缆风绳的一端与预安装侧塔架固定；牵拉装置与后缆风绳背离预安装侧塔架的一侧连接；位移检测装置包括反光棱镜及全站仪，反光棱镜装设于预安装侧塔架上，全站仪用于观测反光棱镜发生的位移。本发明还提供了一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法。两个发明均能够使得预安装侧塔架在吊装时无需调整预安装侧塔架即可使得预安装侧塔架完成后保持垂直或小位移偏转的状态。

Description

一种塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法
【技术领域】
本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法。
【背景技术】
如图1及图3所示，在大跨度拱桥施工过程中，经常采用缆索吊装系统1吊运节段桁架及节段主梁、采用斜拉扣挂已拼装的拱肋悬臂段。在预吊装重物200吊运或者拼装过程中，例如节段桁架、节段主梁的吊运，拱肋悬臂的拼装，因预吊装重物200的重量会导致预安装侧塔架100朝垂直水流方向倾斜，产生正向纵向水平位移Vn，从而影响塔架的安全性。
中国发明专利(CN107620260B)公开了一种拱桥施工缆索吊塔架位移控制系统及使用方法，其当塔架发生位移时，通过位移检测装置检测塔架位移量，再通过张拉装置能对风缆施加张拉力，从而确保塔架处于垂直状态或小位移偏转状态，但是，上述方法在实际运用过程中存在以下缺点：
1.在上述方法属于施工过程中采取的控制措施，施工人员需要同时完成预吊装重物200的吊装、预安装侧塔架100的位移监测以及张拉装置的控制等，上述操作需要多个施工人员的默契配合才能保证预安装侧塔架100处于垂直状态或小位移偏转状态，否则难以达到预期效果。
2.实际工作时位移检测装置常采用GPS测量仪或者北斗测量仪，在施工过程中过分依赖GPS的监测精度和系统的反应速度，当反应速度稍有放慢，则无法达到及时有效地控制预安装侧塔架100产生的纵向水平位移，存在很大的安全隐患。
3.在大跨度拱桥施工过程中，已吊装拱肋300根据河流的水流方向分为上游拱肋301与下游拱肋302，在对拱肋悬臂进行拼装时需要依次完成上游拱肋301与下游拱肋302的拼装，拱肋的数量较多，当采用上述方法对塔架施加拉力，所需工程量繁琐且巨大。
【发明内容】
本发明旨在至少解决上述提出的技术问题之一，提供一种塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法，其在吊装时无需调整预安装侧塔架即可使得预安装侧塔架保持垂直或小位移偏转的状态。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种塔架纵向水平位移的预张拉系统，包括预张拉系统及位移检测装置；
所述预张拉系统包括缆索吊装系统、后缆风绳及牵拉装置，所述缆索吊装系统根据施工的需要与预安装侧塔架连接；所述后缆风绳设于预安装侧塔架背离预吊装重物的一侧，所述后缆风绳的一端与预安装侧塔架固定；所述牵拉装置与所述后缆风绳背离预安装侧塔架的一侧连接；
所述位移检测装置包括反光棱镜及全站仪，所述反光棱镜装设于预安装侧塔架上，所述全站仪用于观测所述反光棱镜发生的位移。
进一步地，所述反光棱镜装设于预安装侧塔架的顶部。
进一步地，所述后缆风绳包括上游缆风绳及下游缆风绳，所述上游缆风绳对应上游拱肋的一侧设置，所述下游缆风绳对应下游拱肋的一侧设置。
进一步地，所述牵拉装置包括穿心式千斤顶、液压泵站以及千斤顶支撑架，所述千斤顶支撑架设于承台与穿心式千斤顶之间。
一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，包括以下步骤：
a.提供如上述的塔架纵向水平位移的预张拉系统，利用数学建模的方法计算出第n个预吊装重物对应的重量Kn能够使预安装侧塔架产生的正向纵向水平位移Vn；
b.初始状态下，预安装侧塔架与水平面垂直，开启所述牵拉装置对所述后缆风绳进行牵拉以使预安装侧塔架朝背离河流的方向倾斜，同时，采用所述全站仪观测所述反光棱镜发生的反向纵向水平位移Vx，当Vx＝Vn时，所述牵拉装置停止工作；
c.采用所述缆索吊装系统对预吊装重物进行吊装，吊装过程中预吊装重物对预安装侧塔架产生重力牵拉，所述预吊装重物的重力使得预安装侧塔架产生实际纵向水平位移V0，且所述实际纵向水平位移V0与所述正向纵向水平位移Vn相等，从而使预安装侧塔架恢复初始状态。
进一步地，步骤a的方法为：
(a)利用数学建模的方法建立关于关于重量Kn与正向纵向水平位移Vn的曲线方程：Vn＝aKn+b，a与b为待定系数；
(b)进行预吊装试验，得到两组不同预吊装重物的重量Kn与对应正向纵向水平位移Vn的数据；
(c)根据步骤(b)得到的两组数据求得a与b；
(d)将步骤(c)得到的a与b的值代入步骤(a)的公式Vn＝aKn+b中，并根据该公式求得其余预吊装重物的正向纵向水平位移Vn。
进一步地，步骤(b)中的具体方法为：选取两个预吊装重物并称取该两个预吊装重物的重量，将该两个预吊装重物分别进行吊装，吊装时采用上述的塔架纵向水平位移的预张拉系统，吊装过程中采用全站仪观测反光棱镜发生的正向纵向水平位移并加以记录，以得到吊装对应预吊装重物时预安装侧塔架产生的正向纵向水平位移。
进一步地，所述牵拉装置包括穿心式千斤顶、液压泵站以及千斤顶支撑架，所述千斤顶支撑架设于承台与穿心式千斤顶之间；在步骤b中进行所述牵拉时，所述液压泵站采用分级多次牵拉。
进一步地，所述液压泵站采用每级2MPa的方式对所述后缆风绳进行牵拉。
进一步地，在步骤b中，在对上游拱肋进行拼接时需要牵拉所述上游缆风绳，在对下游拱肋进行拼接时需要牵拉所述下游缆风绳。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、上述塔架纵向水平位移的预张拉系统及其使用方法，在对预吊装重物进行吊装之前，计算出预安装侧塔架因预吊装重物的重量而导致朝垂直水流方向倾斜产生的正向纵向水平位移Vn，通过牵拉装置将预安装侧塔架朝背离河流的方向牵拉并产生反向纵向水平位移Vx，使得反向纵向水平位移Vx与正向纵向水平位移Vn相等。在牵拉过程中采用位移监测装置进行观测以判断预安装侧塔架产生位移的多少，能够准确并稳妥地使预安装侧塔架产生反向纵向水平位移位移Vx，而后再对预吊装重物进行吊装，吊装时利用预吊装重物的重力使预安装侧塔架产生实际纵向水平位移V0(V0＝Vn)，由于V0＝Vx，且V0与Vx方向相反，因此能够在吊装时利用预吊装重物的重力对预安装侧塔架进行归正牵拉，以此有效地避免预安装侧塔架因预吊装重物吊运或者拼装过程中朝垂直水流方向倾斜而产生纵向水平位移，从而达到在吊装过程中无需调整预安装侧塔架即可使得预安装侧塔架保持垂直或小位移偏转的状态的目的。
相比现有技术，该系统与方法是在对预吊装重物的吊装之前进行预安装侧塔架的位移监测以及牵拉，此时施工人员专注于这两项工作；在预吊装重物进行吊装时，施工人员的注意力主要集中在吊装工作中；将吊装、监测位移以及牵拉工作进行合理有效地拆分，不仅使得预安装侧塔架在吊装完成后保持垂直或小位移偏转的状态，还能够减小施工人员的施工压力以及缆索吊装系统的牵拉施工压力，保证了施工的准确性、安全性及稳定性。
2、液压泵站采用分级多次牵拉，能够及时检查并发现液压泵站在张拉后缆风绳过程中出现的突发或者意外情况，如缆风绳出现弯折、脆断等现象；此外，分级多次的牵拉方式能够便于观测反光棱镜发生的位移。
【附图说明】
图1为预安装侧塔架产生纵向水平位移的示意图。
图2为塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用状态侧视图。
图3为图2的预安装侧塔架一侧的俯视图。
附图中，100-预安装侧塔架、200-预吊装重物、300-已吊装拱肋、301-上游拱肋、302-下游拱肋、1-缆索吊装系统、2-后缆风绳、21-上游缆风绳、22-下游缆风绳、3-牵拉装置、4-反光棱镜
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是仅限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示，本发明一较佳实施方式提供一种塔架纵向水平位移的预张拉系统，包括预张拉系统及位移检测装置。
预张拉系统包括缆索吊装系统1、后缆风绳2及牵拉装置3，缆索吊装系统1根据施工的需要与位于预吊装重物200一侧的预安装侧塔架100连接，该连接方法为本领域中的常规技术手段，在此不作赘述。为更好地说明本系统，在本实施方式中，预吊装重物200采用预安装拱肋节段进行说明。
后缆风绳2设于预安装侧塔架100背离预吊装重物200的一侧，后缆风绳2的一端与预安装侧塔架100固定，具体为：后缆风绳2包括上游缆风绳21及下游缆风绳22，上游缆风绳21对应上游拱肋301的一侧设置，下游缆风绳22对应下游拱肋302的一侧设置。后缆风绳2的具体设置方式为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不作详细说明。
牵拉装置3与后缆风绳2背离预安装侧塔架100的一侧连接，具体的，上游缆风绳21连接一牵拉装置3，下游缆风绳22连接一牵拉装置3。
位移检测装置包括反光棱镜4及全站仪(图未示)，反光棱镜4装设于预安装侧塔架100上，在本实施方式中，反光棱镜4装设于预安装侧塔架100的顶部。全站仪用于观测反光棱镜4发生的位移。全站仪的结构及其使用方法属于现有技术，为省略篇幅，这里不再赘述。
在对预吊装重物200进行吊装之前，计算出预安装侧塔架100因预吊装重物200的重量而导致朝垂直水流方向倾斜产生的正向纵向水平位移Vn，通过牵拉装置3将预安装侧塔架100朝背离河流的方向牵拉并产生反向纵向水平位移Vx，使得反向纵向水平位移Vx与正向纵向水平位移Vn相等。在牵拉过程中采用位移检测装置进行观测以判断预安装侧塔架100产生位移的多少，能够准确并稳妥地使预安装侧塔架100产生反向纵向水平位移位移Vx，而后再对预吊装重物200进行吊装，吊装时利用预吊装重物200的重力能够使预安装侧塔架100产生实际纵向水平位移V0(V0＝Vn)，由于V0＝Vx，且V0与Vx方向相反，因此能够在吊装时利用预吊装重物的重力对预安装侧塔架100进行归正牵拉，以此有效地避免预安装侧塔架100因预吊装重物200吊运或者拼装过程中朝垂直水流方向倾斜而产生正向纵向水平位移，从而达到在吊装过程中无需调整预安装侧塔架100即可使得预安装侧塔架100保持垂直或小位移偏转的状态的目的。
相比现有技术，该系统是在对预吊装重物200的吊装之前进行预安装侧塔架100的位移监测以及牵拉，此时施工人员专注于这两项工作；在预吊装重物200进行吊装时，施工人员的注意力也主要集中在吊装工作中；将吊装、监测位移以及牵拉工作进行合理有效地拆分，不仅使得预安装侧塔架100在吊装完成后保持垂直或小位移偏转的状态，还能够减小施工人员的施工压力以及缆索吊装系统1的牵拉施工压力，保证了施工的准确性、安全性及稳定性。
在本实施方式中，牵拉装置3包括穿心式千斤顶、液压泵站以及千斤顶支撑架，千斤顶支撑架设于承台与穿心式千斤顶之间。此设置方式与中国专利CN107620260B“一种拱桥施工缆索吊塔架位移控制系统及使用方法”中张拉装置的设置方式相同，在此不作赘述。
本实施方式中还提供一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，包括以下步骤：
a.提供上述的塔架纵向水平位移的预张拉系统，利用数学建模的方法计算出第n个预吊装重物200对应的重量Kn能够使预安装侧塔架100产生的正向纵向水平位移Vn；
b.初始状态下，预安装侧塔架100与水平面垂直，开启牵拉装置3对后缆风绳2进行牵拉以使预安装侧塔架100朝背离水流方向倾斜，同时，采用全站仪观测反光棱镜4发生的反向纵向水平位移Vx，当Vx＝Vn时，牵拉装置3停止工作；
c.采用缆索吊装系统1对预吊装重物200进行吊装，吊装过程中预吊装重物200对预安装侧塔架100产生重力牵拉，预吊装重物200的重力使得预安装侧塔架100产生实际纵向水平位移V0，且实际纵向水平位移V0与正向纵向水平位移Vn相等，从而使预安装侧塔架100恢复初始状态。
塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，能够根据每一预吊装重物200的重量计算出其对预安装侧塔架100产生的正向纵向水平位移Vn，并预先将预安装侧塔架100朝远离河流的方向张拉使得反向纵向水平位移Vx等于正向纵向水平位移Vn，因此，在吊装时，能够依靠预吊装重物200将预安装侧塔架100牵拉至归正的位置，该方法将吊装、监测位移以及牵拉工作进行合理有效地拆分，不仅使得预安装侧塔架100在吊装完成后保持垂直或小位移偏转的状态，还能够减小施工人员的施工压力以及缆索吊装系统1的牵拉施工压力，保证了施工的准确性、安全性及稳定性。
在本实施方式中，步骤a中的预吊装试验的具体方法为：
(a)利用数学建模的方法建立关于关于重量Kn与正向纵向水平位移Vn的曲线方程：Vn＝aKn+b，a与b为待定系数；
(b)进行预吊装试验，得到两组不同预吊装重物200的重量Kn与对应正向纵向水平位移Vn的数据；
(c)根据步骤(b)得到的两组数据求得a与b；
(d)将步骤(c)得到的a与b的值代入步骤(a)的公式Vn＝aKn+b中，并根据该公式求得其余预吊装重物200的正向纵向水平位移Vn。
在本实施方式中，步骤(b)中的具体方法为：选取两个预吊装重物200并称取该两个预吊装重物200的重量，将该两个预吊装重物200分别进行吊装，吊装时采用上述的塔架纵向水平位移的预张拉系统，吊装过程中采用全站仪观测反光棱镜4发生的正向纵向水平位移并加以记录，预吊装试验过程中后缆风绳2及牵拉装置3不工作，以得到吊装对应预吊装重物200时预安装侧塔架100产生的正向纵向水平位移。
在本实施方式中，在步骤b中进行牵拉时，液压泵站采用分级多次牵拉，即液压泵站采用每级2MPa的方式对后缆风绳2进行牵拉。该种方式能够及时检查并发现液压泵站在张拉后缆风绳2过程中出现的突发或者意外情况，如缆风绳出现弯折、脆断等现象；此外，分级多次的牵拉方式能够便于观测反光棱镜4发生的位移，以便更好地控制Vx的偏移位置。
在本实施方式中，在步骤b中，在对上游拱肋301进行拼接时需要牵拉上游缆风绳21，在对下游拱肋302进行拼接时需要牵拉下游缆风绳22。该步骤更有针对性地对预安装侧塔架100进行张拉，定位准确，能够大大节约张拉的工作量。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (4)

1.一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，其特征在于：包括预张拉系统及位移检测装置；
所述预张拉系统包括缆索吊装系统(1)、后缆风绳(2)及牵拉装置(3)，所述缆索吊装系统(1)根据施工的需要与预安装侧塔架(100)连接；所述后缆风绳(2)设于预安装侧塔架(100)背离预吊装重物(200)的一侧，所述后缆风绳(2)的一端与预安装侧塔架(100)固定；所述牵拉装置(3)与所述后缆风绳(2)背离预安装侧塔架(100)的一侧连接，所述牵拉装置(3)包括液压泵站；
所述位移检测装置包括反光棱镜(4)及全站仪，所述反光棱镜(4)装设于预安装侧塔架(100)的顶部，所述全站仪用于观测所述反光棱镜(4)发生的位移；
塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法包括以下步骤：
a.提供所述塔架纵向水平位移的预张拉系统，利用数学建模的方法计算出第n个预吊装重物(200)对应的重量Kn能够使预安装侧塔架(100)产生的正向纵向水平位移Vn，具体为：
(a)利用数学建模的方法建立关于重量Kn与正向纵向水平位移Vn的曲线方程：Vn＝aKn+b，a与b为待定系数；
(b)选取两个预吊装重物(200)并称取该两个预吊装重物(200)的重量，将该两个预吊装重物(200)分别进行吊装，吊装时采用所述塔架纵向水平位移的预张拉系统，吊装过程中采用全站仪观测反光棱镜(4)发生的正向纵向水平位移并加以记录，以得到吊装对应预吊装重物(200)时预安装侧塔架(100)产生的正向纵向水平位移Vn；
(c)根据步骤(b)得到的两组数据求得a与b；
(d)将步骤(c)得到的a与b的值代入步骤(a)的公式Vn＝aKn+b中，并根据该公式求得其余预吊装重物(200)的正向纵向水平位移Vn；
b.初始状态下，预安装侧塔架(100)与水平面垂直，开启所述牵拉装置(3)的所述液压泵站采用每级2MPa的方式对所述后缆风绳(2)进行牵拉，以使预安装侧塔架(100)朝背离河流的方向倾斜，同时，采用所述全站仪观测所述反光棱镜(4)发生的反向纵向水平位移Vx，当Vx＝Vn时，所述牵拉装置(3)停止工作；
c.采用所述缆索吊装系统(1)对预吊装重物(200)进行吊装，吊装过程中预吊装重物(200)对预安装侧塔架(100)产生重力牵拉，所述预吊装重物(200)的重力使得预安装侧塔架(100)产生实际纵向水平位移V0，且所述实际纵向水平位移V0与所述正向纵向水平位移Vn相等，从而使预安装侧塔架(100)恢复初始状态。
2.如权利要求1所述的一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，其特征在于：所述后缆风绳(2)包括上游缆风绳(21)及下游缆风绳(22)，所述上游缆风绳(21)对应上游拱肋(301)的一侧设置，所述下游缆风绳(22)对应下游拱肋(302)的一侧设置。
3.如权利要求1所述的一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，其特征在于：所述牵拉装置(3)包括穿心式千斤顶以及千斤顶支撑架，所述千斤顶支撑架设于承台与穿心式千斤顶之间。
4.如权利要求2所述的一种塔架纵向水平位移的预张拉系统的使用方法，其特征在于：在步骤b中，在对上游拱肋(301)进行拼接时需要牵拉所述上游缆风绳(21)，在对下游拱肋(302)进行拼接时需要牵拉所述下游缆风绳(22)。
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