CN111275939A - 一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统 - Google Patents

一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统，涉及安全施工技术领域，所述方法包括：计算当前施工阶段施工设备监测指标的理论值，并获取施工设备在试验阶段及已完成的相似荷载施工阶段的各监测指标的监测值；确定施工设备当前施工阶段的三级预警值；根据当前施工阶段施工设备监测指标的监测值，判断所述施工设备在当前时刻的施工风险状态；本发明所述方法结合桥梁施工设备施工过程中显著风险源的分析，提出桥梁施工设备监测预警值设置方法，获取多个监测指标和预警值设置方法，快速安全监测施工设备。

Description

一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统
技术领域
本发明涉及桥梁施工领域，尤其涉及一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统。
背景技术
目前，桥梁施工中使用移动模架、挂篮、架桥机等较多的专用设备及特种设备进行施工，在施工中易发生群死群伤安全生产事故，为了保证施工安全，有必要对桥梁施工设备进行安全监测。目前，对各类设备的监测，一般是状态监测和感知，对于监测指标预警值，常取规范值。但监测过程中，若监测指标监测值已达到或接近规范值，常常事故已发生或已造成严重损失，故有必要对监测预警值进行分级，在施工出现异常但未发生严重破坏的情况下即发出预警，防止事故的发生。
现有标准规范未对移动模架、挂篮等非标产品的监测参数、监测方法、监测预警阈值设置方法的提出要求。对于架桥机等特种设备，标准规范仅对部分监测指标提出了要求，对应力等监测指标并未提出预警值设置方法要求。为解决这个问题，往往需要在使用者某种特定要求的基础上，扩展出适合该特定要求的监测参数。故，现有施工设备监测系统存在应用受限、使用不便捷的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统，从而解决现有移动模架、挂篮、架桥机等设备监测系统存在应用受限、使用不便捷的问题。
一种桥梁施工设备安全监测预警方法，所述方法包括：
S1，计算当前施工阶段施工设备监测指标的理论值，并获取施工设备在试验阶段及已完成的相似荷载施工阶段的各监测指标的监测值；
S2，确定施工设备当前施工阶段的三级预警值；
S3，根据当前施工阶段施工设备的监测指标的监测值，判断所述施工设备在当前时刻的施工风险状态。
当监测值低于I级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为低度风险状态；
当监测值位于I级预警值和II级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为中度风险状态；
当监测值位于II级预警值和III级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为高度风险状态；
当监测值高于III级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为极高风险状态。
优选地，获取各个施工设备的监测指标，包括混凝土浇筑过程中移动模架主梁挠度，移动模架主梁结构应力，移动模架主梁纵移位移值和牛腿对拉精轧螺纹钢拉力中的至少一种。
优选地，当施工设备监测指标为移动模架主梁挠度时，
移动模架主梁挠度的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的监测值换算成当前施工阶段相同载荷后的平均值为I级预警值；
移动模架主梁挠度的II级预警值：采用有限元模型计算得到的主梁位移最大值；
移动模架主梁挠度的III级预警值：采用《钢结构设计标准》中的可变荷载标准值产生的挠度的容许值。
优选地，当施工设备监测指标为移动模架结构应力时，
移动模架结构应力的I级预警值：试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的各测试点的结构应力监测值换算为本施工阶段相同荷载后的平均值；
移动模架结构应力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该施工阶段下各监测点位置的应力值；
移动模架结构应力的III级预警值：根据国家标准确定的相应材料的许用应力。
优选地，当施工设备监测指标为牛腿对拉精轧螺纹钢拉力时，
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段监测值换算为本节段相同荷载后的平均值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该工况下各监测点位置应力值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的III级预警值：国家标准确定的精轧螺纹钢的许用应力值。
值得注意的是，在进行有限元模型仿真计算时，通常情况下，有限元仿真计算值略大于实际监测值，即校验系数小于1。当监测值大于有限元仿真所得计算值时，设备可能存在一定的危险情况。即校验系数大于1时，设备存在一定的危险情况，需进行相关的检查，排除异常情况，因此将计算之后的理论值作为II级预警值。
优选地，当施工设备监测指标为移动模架主梁纵移时，
移动模架主梁纵移的I级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差0.5个行程；
移动模架主梁纵移的II级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差一个行程；
移动模架主梁纵移的III级预警值为：移动模架纵移过程中出现卡顿时出现卡顿情况时，左右主梁纵移位移差的0.9倍。
本发明的另一目的是提供一种桥梁施工设备安全施工监测系统，包括上位机系统、采集仪、传感器、报警装置和信息发送装置，所述上位机系统与所述采集仪通过所述信息发送装置相连，所述传感器与所述报警装置分别与所述采集仪通信相连。
优选的，所述传感器包括位移传感器、测距传感器和应力传感器，所述位移传感器安装在移动模架主梁中部，所述测距传感器安装在移动模架的一个导梁上，所述应力传感器安装在移动模架主梁上。
优选的，所述监测系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池分别为所述传感器和所述采集仪供电。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统，针对桥梁施工设备施工过程中存在的垮塌、倾覆等风险，本发明所述系统及方法结合桥梁施工设备施工过程中显著风险源的分析，提出桥梁施工设备监测预警值设置方法，获取多个监测指标和预警值设置方法，填补空白。本发明所述方法可在事故发生前及早发出警报，提醒作业人员采取措施，排除隐患防止事故的发生。
附图说明
图1是桥梁施工设备安全监测预警系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例以移动模架设备为例，提出移动模架施工安全监测指标体系，并提供一种桥梁施工设备安全监测预警方法，该方法包括以下步骤：
S1，计算当前施工阶段施工设备监测指标的理论值，并获取施工设备在试验阶段及已完成的相似荷载施工阶段的各监测指标的监测值；
S2，确定施工设备当前施工阶段的三级预警值；
S3，根据当前施工阶段施工设备的监测指标的监测值，判断所述施工设备在当前时刻的施工风险状态。
当监测值低于I级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工风险状态为低度风险状态；
当监测值位于I级预警值和II级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工风险状态为中度风险状态；
当监测值位于II级预警值和III级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工风险状态为高度风险状态；
当监测值高于III级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工风险状态为极度风险状态。
本实施例中的施工设备的监测指标，包括混凝土浇筑过程中移动模架主梁挠度，移动模架主梁结构应力，移动模架主梁纵移位移值和牛腿对拉精轧螺纹钢拉力中的至少一种。
在进行移动模架主梁挠度的预警值设置时，考虑到主梁挠度为桥梁质量一个重要指标，需对移动模架的主梁挠度进行监测，以便施工人员随时读取数据保证施工质量。同时，施工过程中，主梁挠度发生异常变化，有可能是主梁失稳前的异常变形，故应对混凝土浇筑过程主梁变形进行实时监测。
试验阶段及已施工的相似荷载工况(即该设备已施工的相似跨径相似荷载梁段)的监测值(换算为本节段相同荷载后)的平均值为I级预警值(存在一定风险的情况)。取平均值时，应去除明显异样的最大值或最小值。如施工50m跨径桥梁的某型号移动模架，跨中最大挠度监测结果平均值约为80mm，则该型号移动模架施工此工况的I级预警值为80mm。
移动模架有限元模型可计算得出主梁最大位移，结构校验系数为桥梁结构实测应力(或变位)与理论计算应力(或变位)之比。为保证主梁结构校验系数小于1，需保证移动模架主梁挠度不能超出有限元模型计算所得主梁位移最大值，有限元模型计算所得的理论值为II级预警值(风险较高的情况)。如施工50m跨径桥梁的某型号移动模架，跨中最大挠度有限元模型计算结果为87mm，则该型号移动模架施工此工况的II级预警值为87mm。
参照《钢结构设计标准》(GB50017-2017)附录B可变荷载标准值产生的挠度的容许值L/500，此规范限值为移动模架挠度监测的III级预警值(风险很高的情况)。如施工50m跨径桥梁的某型号移动模架，可变荷载标准值产生的挠度的容许值L/500，即III级预警值为50000/500＝100mm。
故将混凝土浇筑过程，移动模架主梁挠度预警值设置为三级，分别是：
移动模架主梁挠度的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的监测值换算成当前施工阶段相同载荷后的平均值为I级预警值；
移动模架主梁挠度的II级预警值：采用有限元模型计算得到的主梁位移最大值；
移动模架主梁挠度的III级预警值：采用《钢结构设计标准》中的可变荷载标准值产生的挠度的容许值。
结构应力可反映结构的受力状况，应对各工况应力较大位置进行应力监测，包括但不限于跨中顶板、底板，靠近支点处腹板等，本实施例中采用移动模架结构应力进行监测。
监测过程中，结构监测值与试验阶段及已施工的相似荷载工况(即该设备已施工的相似跨径相似荷载梁段)的监测值(换算为本节段相同荷载后)的平均值相差较大时，结构可能出现受力异常状态，可将试验阶段及已施工的相似荷载工况(即该设备已施工的相似跨径相似荷载梁段)的监测值(换算为本节段相同荷载后)的平均值作为I级预警值设置的参考值(存在一定风险的情况)。
同时为保证主梁结构校验系数小于1，各测点应力值应小于有限元模型计算值。有限元模型仿真计算得出的该工况下各监测点位置应力值为II级预警值(风险较高的情况)。
Q345B和Q235B两种材料的许用应力分别为：233MPa和158MPa。保证移动模架施工过程中材料结构安全，将材料许用应力值作为III级预警值(风险很高的情况)。
故将混凝土浇筑过程，移动模架主梁应力预警阈值设置为三级，分别为：移动模架结构应力的I级预警值：试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的各测试点的结构应力监测值换算为本施工阶段相同荷载后的平均值；
移动模架结构应力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该施工阶段下各监测点位置的应力值；
移动模架结构应力的III级预警值：根据国家标准确定的相应材料的许用应力。
牛腿通过精轧螺纹钢对拉固定在桥墩上，精轧螺纹钢安装时其预紧力不易控制，存在多根精轧螺纹钢受力不平衡的问题，精轧螺纹钢受力的均衡性直接影响牛腿安全，故有必要对精轧螺纹钢受力均衡性进行监测。将试验阶段及已施工的相似荷载工况(即该设备已施工的相似跨径相似荷载梁段)的监测值换算为本节段相同荷载后的平均值作为I级预警值，此时存在一定风险的情况。
同时为保证牛腿结构校验系数小于1，各测点应力值应小于有限元模型计算值，有限元模型仿真计算得出的该工况下各监测点位置应力值为II级预警值，此时风险较高。
本实施例中采用的精轧螺纹Rb[f]＝930Mpa，为保证移动模架施工过程中材料结构安全，将材料许用应力值作为III级预警值，如果牛腿对拉精轧螺纹钢拉力超过材料需用应力值，属于高风险情况，因此监测指标为牛腿对拉精轧螺纹钢拉力时，
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段监测值换算为本节段相同荷载后的平均值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该工况下各监测点位置应力值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的III级预警值：国家标准确定的精轧螺纹钢的许用应力值。
移动模架纵移过程中，因为施工人员违规操作、误操作或者液压系统、电气系统导致移动模架纵移时左、右主梁(模板)纵移位移不同步，影响整体稳定性。纵移不同步，是指移动模架左右两侧的位移不同。虽然该状态下处于空载状态，但纵移不同步时，会对主要起支撑作用的牛腿梁会受到不平衡力矩，导致桥墩受到不平衡力矩，为保证移动模架及桥墩受力安全，应避免该情况的出现。同时主梁后端通过后吊点横架连接，纵移不同步可能发生后吊点横架与移动模架主梁连接部位卡顿及后吊点横架与混凝土主梁卡顿的风险。为保证纵移时安全，建议移动模架纵移过程中左右主梁(模板)纵向位移差需要进行观察，当施工设备监测指标为移动模架主梁纵移时，
移动模架主梁纵移的I级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差0.5个行程；
移动模架主梁纵移的II级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差一个行程；
移动模架主梁纵移的III级预警值为：移动模架纵移过程中出现卡顿时出现卡顿情况时，左右主梁纵移位移差的0.9倍。
实施例2
本实施例提供一种桥梁施工设备安全施工监测系统，如图1所示，包括上位机系统、采集仪、传感器、报警装置和信息发送装置，所述上位机系统与所述采集仪通过所述信息发送装置相连，所述传感器与所述报警装置分别与所述采集仪通信相连。所述传感器包括位移传感器、测距传感器和应力传感器，所述位移传感器安装在移动模架主梁中部，所述测距传感器安装在移动模架的一个导梁上，所述应力传感器安装在移动模架主梁上。
本实施例中所述监测系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池分别为所述传感器和所述采集仪供电；本实施例中的报警装置为声光报警装置。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供一种桥梁施工设备安全监测预警方法及系统，针对桥梁施工设备施工过程中存在的垮塌、倾覆等风险，本发明所述系统及方法结合桥梁施工设备施工过程中显著风险源的分析，提出桥梁施工设备监测预警值设置方法，获取多个监测指标和预警值设置方法，填补空白。本发明所述方法可在事故发生前及早发出警报，提醒作业人员采取措施，排除隐患防止事故的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，计算当前施工阶段施工设备监测指标的理论值，并获取施工设备在试验阶段及已完成的相似荷载施工阶段的各监测指标的监测值；
S2，确定施工设备当前施工阶段的三级预警值；
S3，根据正在施工的设备的监测指标的监测值，判断所述施工设备在当前时刻的施工风险状态；
当监测值低于I级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为低度风险状态；
当监测值位于I级预警值和II级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为中度风险状态；
当监测值位于II级预警值和III级预警值之间时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为高度风险状态；
当监测值高于III级预警值时，所述施工设备在当前时刻的施工危险风险状态为极高风险状态。
2.根据权利要求1所述桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，获取各个施工设备的监测指标，包括混凝土浇筑过程中移动模架主梁挠度，移动模架主梁结构应力，移动模架主梁纵移位移值和牛腿对拉精轧螺纹钢拉力中的至少一种。
3.根据权利要求2所述桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，当施工设备监测指标为移动模架主梁挠度时，
移动模架主梁挠度的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的监测值换算成当前施工阶段相同载荷后的平均值为I级预警值；
移动模架主梁挠度的II级预警值：采用有限元模型计算得到的主梁位移最大值；
移动模架主梁挠度的III级预警值：采用《钢结构设计标准》中的可变荷载标准值产生的挠度的容许值。
4.根据权利要求2所述的桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，当施工设备监测指标为移动模架结构应力时，
移动模架结构应力的I级预警值：试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段的各测试点的结构应力监测值换算为本施工阶段相同荷载后的平均值；
移动模架结构应力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该施工阶段下各监测点位置的应力值；
移动模架结构应力的III级预警值：根据国家标准确定的相应材料的许用应力。
5.根据权利要求2所述的桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，当施工设备监测指标为牛腿对拉精轧螺纹钢拉力时，
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的I级预警值：将试验阶段及已施工的相似荷载施工阶段监测值换算为本节段相同荷载后的平均值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的II级预警值：采用有限元模型仿真计算得出的该工况下各监测点位置应力值；
牛腿对拉精轧螺纹钢拉力的III级预警值：国家标准确定的精轧螺纹钢的许用应力值。
6.根据权利要求2所述桥梁施工设备安全监测预警方法，其特征在于，当施工设备监测指标为移动模架主梁纵移时，
移动模架主梁纵移的I级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差0.5个行程；
移动模架主梁纵移的II级预警值为：移动模架纵移过程中左右主梁纵向位移相差一个行程；
移动模架主梁纵移的III级预警值为：移动模架纵移过程中出现卡顿时出现卡顿情况时，左右主梁纵移位移差的0.9倍。
7.一种桥梁施工设备安全施工监测系统，其特征在于，包括上位机系统、采集仪、传感器、报警装置和信息发送装置，所述上位机系统与所述采集仪通过所述信息发送装置相连，所述传感器与所述报警装置分别与所述采集仪通信相连。
8.根据权利要求7所述的桥梁施工设备安全施工监测系统，其特征在于，所述传感器包括位移传感器、测距传感器和应力传感器，所述位移传感器安装在移动模架主梁中部，所述测距传感器安装在移动模架的一个导梁上，所述应力传感器安装在移动模架主梁上。
9.根据权利要求7所述的桥梁施工设备安全施工监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括太阳能电池，所述太阳能电池分别为所述传感器和所述采集仪供电。
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