CN111851320B - 一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统及方法，包括从下向上依次布置的下承台、转体支撑件和上承台，上承台能够在水平面转动以完成桥梁转体，上承台的下表面设置有多个竖向的撑脚，多个撑脚呈圆周布置，其特征在于，所述撑脚在竖直方向的高度能够独立调节。本公开能够根据现场转体的施工进程，自动识别转体结构关键位置的竖向位移，进而通过撑脚的升降对桥梁转体姿态进行自动调节和纠偏，进而使得整个上承台及上部结构受力均匀，平稳的转到设计桥位，提高了施工的精度和效率。

Description

一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统及方法

技术领域

本公开属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统及方法。

背景技术

在跨越既有公路、铁路等建筑物及河道的桥梁建设过程中，为保证交通线路在桥梁工程施工过程中的正常运行，桥梁转体施工方法在我国的应用层出不穷。桥梁转体施工，即在岸边或既有建筑物边平行于河道或者线路方向制造梁体，梁体施工完成后再将梁体沿墩柱水平旋转至设计桥位的一种施工方法。该施工方法，不仅可以保证原有线路的通行能力，还能加快施工进度。

在桥梁转体施工过程中，传统的转体施工工艺是通过转体球较或转体弧面支撑件将上承台和下承台相互连接，待上承台、桥墩及桥梁上部结构施工完成后，利用钢绞线和连续张拉千斤顶组成的牵引系统，将上部转体结构牵引到设计位置，最后封锚转体支撑件。

发明人了解到，在转体施工中，转体上部结构的重量主要通过转体球较或转体弧面支撑件承担。当由于外部荷载或者施工因素等，导致转体结构产生不平衡力矩后，撑脚结构开始承担不平衡荷载，维持结构稳定。因此，撑脚作为转体桥梁安全防护的第二道防线，具有重要作用。

然而，传统撑脚摩擦力较大，在实桥转体工程中经常出现滑动困难，甚至卡死等问题，不仅严重影响施工进度，而且增加了施工风险。同时，牵引系统中钢绞线在转体过程中也可能出现断丝、甚至完全拉断等情况，也大大增加了施工风险。

公开号为CN107700369B的中国专利，发明了一种名称为“一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法”的发明专利，公开了一种在距离中心球铰一定位置处设置辅助系统的装置，该辅助系统是在桥梁转体时，通过启动梁底布置的滚轮小车从而带动梁体转动的一种装置，然而，该装置并没有外侧支撑，明显存在很大的梁体倾覆隐患；公开号为CN110130231A的中国专利，发明了一种名称为“一种组合支撑桥梁平面转体系统”的发明专利，创造了一种中心球铰与滚轮小车共同受力的装置，装置对待转体桥梁形成多点支撑，克服了球铰集中受力以及下承台受力不均匀的缺点，但是，此发明中滚轮小车的动力系统由液压控制，由于液压控制存在较大误差，同时不易于微调节，同样会对梁体的转动造成安全隐患，因此，液压调控不是控制滚小车的最佳选择。

为此，针对已经投入应用于实际工程中的撑脚设计分析来看，并不能够在桥梁转体过程中实现整个结构在撑脚位置的受力均匀、自动化程度高、误差小、安全隐患低等优点。

发明内容

本公开的目的是提供一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统及方法，其能够根据现场转体的施工进程，自动识别转体结构关键位置的竖向位移，进而通过撑脚的升降对桥梁转体姿态进行自动调节和纠偏，进而使得整个上承台及上部结构受力均匀，平稳的转到设计桥位，提高了施工的精度和效率。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统，包括从下向上依次布置的下承台、转体支撑件和上承台，上承台能够在水平面转动以完成桥梁转体，上承台的下表面设置有多个竖向的撑脚，多个撑脚呈圆周布置，所述撑脚在竖直方向的高度能够独立调节。

作为第一方面的进一步改进，撑脚的一侧分别安装有距离监测器，以监测撑脚上端面与下承台上表面的距离，控制器能够读取距离数值并判断是否需要升降撑脚。

作为第一方面的进一步改进，所述下承台的上表面设置有中心轴线竖直的环形滑道，撑脚的侧面安装有转动轴线竖直的行走轮，行走轮能够在驱动机构的带动下沿内环面行走，以带动上承台转体。

本公开的第二方面提供一种基于自调节撑脚的桥梁转体方法，利用了所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，包括以下步骤：

施工下承台、转体支撑件、上承台、撑脚、墩柱和梁体，

以转体支撑件和撑脚为支撑，上承台带动墩柱及梁体完成转体；

当上承台的某处发生升降时，相应位置的撑脚升降，以平衡上承台中各处的相对高度；

桥梁转体完毕，升降相应的撑脚，以调整上承台的姿态，进而调整桥梁的线型；

注浆以永久固定下承台、上承台、撑脚和转体支撑件。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

本公开的撑脚在平衡转体或联合配重运用在不平衡转体时，能够根据现场转体的施工进程，自动识别转体结构关键位置的竖向位移，进而通过撑脚的升降对桥梁转体姿态进行自动调节和纠偏，进而使得整个上承台及上部结构受力均匀，平稳的转到设计桥位，提高了施工的精度和效率。

本公开中采用环形滑道与轴线竖直布置的行走轮，即在上承台的周向进行驱动，上承台的及上方桥墩等部件的重力不会直接传递至行走轮位置处，减少了行走轮处的结构强度要求；同时，环形滑道高于下承台的上表面以及撑脚的下端，能够在周向提供支撑与限位，减少上承台及其上方结构倾覆的风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本公开实施例中整体结构主视方向示意图；

图2为本公开实施例中部分结构的平面示意图；

图3为本公开实施例中撑脚等部分结构的主视图；

图4为本公开实施例中撑脚等部分结构的侧视图；

图5为本公开实施例中环形滑道与驱动轮等部分结构的示意图；

图6为本公开实施例中控制器的结构示意图；

图7为本公开实施例中电路连接的结构示意图；

图8为本公开实施例中控制器控制撑脚升降的工作原理图。

图中：1、上承台；2、顶升承压板；3、螺杆；4、保护壳；5、升降电机；6、万向轮；7、激光测距仪；8、转体动力装置；9、行走轮；10、环形滑道；11、限位行走轮；12、主动轴；13、控制器面板；14、环形滑槽；15、行走轮轴；16、驱动电机；17、升降转轴；18、万向轮转轴；19、栓钉；20、链条；21、桥墩；22、撑脚；23、下承台；24、转体支撑件；25、信号处理器；26、控制器；27、暂停控制按钮；28、前进控制按钮；29、后退控制按钮；31、顶升筒体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如1-8所示，本实施例提供一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统，包括从下向上依次布置的下承台、转体支撑件和上承台，上承台能够在水平面转动以完成桥梁转体，上承台的下表面设置有多个竖向的撑脚，多个撑脚呈圆周布置所述撑脚在竖直方向的高度能够独立调节。

可以理解的是，在本实施例中，上承台的上表面安装有桥墩与梁体等桥梁部件，上承台的转体带动该部分结构转体，然后进行后续的合龙等操作，该部分内容属于现有技术，此处不再赘述。

在本实施例中，转体支撑件采用两个转体支撑块通过弧面配合，在其他实施方式中，也可以采用转体球铰结构，这部分结构属于现有技术，可由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述，但是不应认为是不清楚的。

撑脚的一侧分别安装有距离监测器，以监测撑脚上端面与下承台上表面的距离，控制器能够读取距离数值并判断是否需要升降撑脚。

可以理解的是，距离监测器能够安装在撑脚的侧面，因为撑脚与上承台的下端面固定，因此，控制器通过读取全部撑脚处距离监测器的距离数值后，能够间接获得上承台以及桥墩、梁体的位置姿态，进而为撑脚的升降提供数据支撑。

在本实施例中，距离监测器可以采用激光测距仪，将激光测距仪安装在撑脚的侧面，激光测距仪的发射方向竖直朝下，测得激光测距仪发射点距离撑脚下端面(同时也是支撑撑脚的下承台)之间的距离。激光测距仪的信号发送给信号处理器，信号处理器将处理后的距离数值传递给控制器。

所述下承台的上表面设置有中心轴线竖直的环形滑道，撑脚的侧面安装有转动轴线竖直的行走轮，行走轮能够在驱动机构的带动下沿内环面行走，以带动上承台转体。所述环形滑道上凸于下承台，环形滑道的内环面设置有环形的内齿，行走轮的外圆面设置有环形的外齿，内齿与外齿相啮合。

所述撑脚的下端面设置有滑轮，下承台的上表面设置有环形滑槽，滑轮设置在环形滑槽中。

在本实施例中，滑轮可以采用万向轮结构，万向轮通过万向轮轴转动安装在撑脚的下端。在其他实施方式中，滑轮的具体结构形式可由本领域技术人员自行设置，此处不再赘述；同时，因为滑轮在本实施例中起到支撑上承台、减少摩擦的作用，相对于行走轮来说，滑轮为从动轮。因此，滑轮处不设置动力机构。

所述撑脚包括从上到下依次连接的下部支撑件、升降结构和上部支撑件，所述升降结构能够改变上部支撑件的上端面高度，所述下部支撑件的侧面安装有所述行走轮。

可以理解的是，在完成上承台及桥墩等结构的转体时，需要转体动力装置进行驱动，在本实施例中转动动力系统包括上述的行走轮。具体的，行走轮在竖直方向成组使用，多个行走轮固定安装在同一个行走轮轴上，行走轮轴的转动能够带动行走轮同步转动。

在本实施例中，行走轮轴为从动轴，在撑脚的侧壁处安装有主动轴，主动轴通过驱动电机驱动以实现转动，主动轴与从动轴之间通过链轮、链条传动；为了定位行走轮轴，应该将行走轮轴通过安装支架设置在撑脚的一侧。

每个撑脚的一侧通过行走轮轴安装有多个所述行走轮，位于最上方的行走轮为限位行走轮，限位行走轮外圆面的上端具有轮缘，轮缘下表面与环形滑道上表面之间具有设定间隙。

所述上部支撑件包括顶升筒，顶升筒中具有多个轴线竖直的螺孔，所述升降结构包括与螺孔配合的螺杆；所述螺杆的转动能够转化成顶升筒在竖直方向的升降运动。顶升筒的上端面固定有顶升承压板2，顶升承压板与上承台的下表面固定，顶层承压板的横截面积大于顶升筒上表面面积。

为增加顶升承压板与上承台之间的连接紧固性，在二者之间布设一定数量的栓钉，提高了结构整体性能，进一步保证安全性。

可以理解的是，为了实现撑脚在竖直方向的升降，进而实现上承台的顶升，需要设置顶升系统，顶升系统即包括上述的顶升筒和螺杆。为了实现螺杆的转动，应该设置升降电机，在本实施例中，升降电机的输出轴竖直布置，输出轴与升降转轴固定，升降转轴与螺杆固定，螺杆、升降转轴和输出轴同轴布置。

所述下部支撑件包括保护壳，保护壳为上端开口的筒形结构，保护壳中底壁的上表面用于支撑螺杆，顶升筒的下端插入保护壳中；在任意时刻，顶升筒上端面在竖直方向高于保护壳的上端面。

撑脚22按照理论计算均匀布置在环形滑槽14位置处，转体支撑件位于整个转体装置的中间位置，由上、下两个互补的转体支撑块组合而成，下承台的整体尺寸略大于上承台的尺寸。

可以理解的是，在本实施例中，驱动电机的驱动带动行走轮的转动，在进行转体的过程中，为了方便施工人员操控，在本实施中提供控制面板13，控制面板13上具有暂停控制按钮27，前进控制按钮28，后退控制按钮29；控制面板与控制器信号连接，以实现控制。

控制电路主要是信号处理器和控制器组成，激光测距仪将测量的实际结果发送给信号处理器，信号处理器对信号进行放大之后传送给控制器，控制器将信号分析计算之后，将结果进一步传递给顶升系统的升降电机，进而通过控制螺杆调整整体位移。

其中控制器对信号处理按下式进行计算：|H₂-H₁|≤ε；式中，H₁—转体时的初始位移；H₂—转体到某关键位置处的位移；ε—容许误差值。

根据经验，此处容许误差值ε取值为0.5-1.0cm之间，当容许误差值ε在0.5-1.0cm之间时，认为梁体在转体过程中处于安全状态，无需进行调节；当容许误差值ε在0.5-1.0cm之外时，认为梁体在转体过程中处于失衡状态，自调节系统要进行调整整个转体系统，使其容许误差值恢复到正常区间内。

本实施例中基于自调节撑脚的桥梁转体系统的制作方法，包括以下步骤：

a)下承台23施工完成，待混凝土达到养护龄期以后，开始进行转体支撑件24、环形滑槽14、环形滑道10的安装，在安装的过程中，确保上下转体支撑件位置的精确性；环形滑槽14的平整度需要实时监测，保证平整度满足规范要求；环形滑道10与下承台23的连接要牢固，保证下侧支撑的稳定性，尤其保证环形滑道10齿状的完整性，在安装过程中，应对锯齿进行必要的防护措施。

b)保护壳4的材质为钢材，保护壳4为敞口式，保护壳4钢板之间使用焊接的方式焊接在一起，再将万向轮6的顶面焊接到保护壳的底侧，焊接时一定注意对万向轮转轴18采取适当的保护措施，避免焊接时对万向轮转轴18造成破坏。

c)接下来，进行行走轮9以及限位行走轮11的安装，将带转体动力装置的主动轴12固定在保护壳侧壁的卡槽内，把行走轮9以及限位行走轮11按照顺序穿到行走轮轴15上，在此过程中，重点确保链条将主动轴12和行走轮轴15连接在一起，内部齿轮咬合紧密，严禁在启动过程中发生脱齿现象。

d)顶升系统的安装。螺杆3的加工要非常精确，两个螺杆3滑丝的间距要一致，以保证有相同的升降距离。升降转轴17与螺杆3之间的连接要紧密，保持两个螺杆3的转速相同，保证匀速、等距的达到升降目的。

e)驱动电机16位于主动轴12的上方，控制驱动电机16的是控制面板13，控制面板13上面有三个控制按钮，分别为暂停控制按钮27、前进控制按钮28、后退控制按钮29，对主动轮的运动进行控制。激光测距仪7设置在主动轴12下方保护壳4外侧的表面上，固定方式采用粘结的连接方式。升降电机5位于升降转轴17的下侧，数量为两个，分别为两个螺杆3提供动力，通过螺栓将升降电机5固定在保护壳4的下侧底板上。

f)以上安装完成以后，将栓钉19焊接到顶升承压板2的顶面，栓钉19的材质为钢材即可，由尺寸合适的钢筋头焊接在一起而成，确保顶升承压板2与上承台1之间连接稳固性。将带有栓钉19的顶升承压板2与顶升顶升承压板31焊接在一起。将整个撑脚22吊装到已经完成的环形滑槽14上，此时，为避免撑脚22的万向轮6滑动，要先将限位行走轮11和行走轮9的齿轮与环形滑道10的齿轮吻合在一起，保证撑脚22的固定。

g)所有的撑脚22均布置完成以后，开始绑扎上承台1的钢筋，浇筑上承台1混凝土，严格按照规范的要求进行施工。

h)上承台1混凝土龄期达到要求以后，开始桥墩21和主梁的施工，按照设计图纸的要求，在计划的工期范围内，保质保量地完成桥墩和主梁的施工。

实施例2

本实施例提供一种基于自调节撑脚的桥梁转体方法，包括以下步骤：

在转体开始之前，对整个转体结构进行称重，检查激光测距仪7、动力系统、电源等工作是否畅通，检查无误后，开始进行转体。

先点动前进控制按钮28进行试转体，同时查看齿轮的咬合是否处于正常状态，试转体成功后，开始进行正式转体，时刻检查各个部位的动向，控制好转体的速度，确保转体过程中的安全。转体到快接近设计桥位以后，使用点动的方式进行调整。

转体到设计位置后，立刻将撑脚22的行走轮9和限位行走轮11与环形滑道10焊接在一起，同时将万向轮6与环形滑槽14焊接在一起，绑扎转体支撑件24处的钢筋，开始进行封锚。

封锚完成以后，最终将转体的桥梁与两侧线路结合在一起，最后，清理现场，整理器械。

当上承台的某处发生升降时，相应位置的撑脚升降，以平衡上承台中各处的相对高度；

桥梁转体完毕，升降相应的撑脚，以调整上承台的姿态，进而调整桥梁的线型。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于自调节撑脚的桥梁转体系统，包括从下向上依次布置的下承台、转体支撑件和上承台，上承台能够在水平面转动以完成桥梁转体，上承台的下表面设置有多个竖向的撑脚，多个撑脚呈圆周布置，其特征在于，所述下承台的上表面设置有中心轴线竖直的环形滑道，撑脚的侧面安装有转动轴线竖直的行走轮，行走轮能够在驱动机构的带动下沿内环面行走，以带动上承台转体；

所述撑脚包括从下到上依次连接的下部支撑件、升降结构和上部支撑件，所述上部支撑件包括顶升筒，顶升筒中具有多个轴线竖直的螺孔，所述升降结构包括与螺孔配合的螺杆；所述螺杆的转动能够转化成顶升筒在竖直方向的升降运动；

还包括顶升系统，所述顶升系统包括所述顶升筒和螺杆，以及可实现螺杆转动的升降电机；

所述各撑脚的一侧均安装有距离监测器，以监测各撑脚上端面与下承台上表面的距离，控制器能够读取距离数值并判断是否需要升降撑脚，所述控制器将信号分析计算之后，将结果进一步传递给顶升系统的升降电机，进而通过控制螺杆调整整体位移；

所述各撑脚在竖直方向的高度能够独立调节。

2.根据权利要求1所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，所述环形滑道上凸于下承台，环形滑道的内环面设置有环形的内齿，行走轮的外圆面设置有环形的外齿，内齿与外齿相啮合。

3.根据权利要求1或2所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，所述撑脚的下端面设置有滑轮，下承台的上表面设置有环形滑槽，滑轮设置在环形滑槽中。

4.根据权利要求1所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，所述升降结构能够改变上部支撑件的上端面高度，所述下部支撑件的侧面安装有所述行走轮。

5.根据权利要求1所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，每个撑脚的一侧通过行走轮轴安装有多个所述行走轮，位于最上方的行走轮为限位行走轮，限位行走轮外圆面的上端具有轮缘，轮缘下表面与环形滑道上表面之间具有设定间隙。

6.根据权利要求1所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，所述下部支撑件包括保护壳，保护壳为上端开口的筒形结构，保护壳中底壁的上表面用于支撑螺杆，顶升筒的下端插入保护壳中；在任意时刻，顶升筒上端面在竖直方向高于保护壳的上端面。

7.一种基于自调节撑脚的桥梁转体方法，利用了权利要求1-6中任意一项所述的基于自调节撑脚的桥梁转体系统，其特征在于，包括以下步骤：

以转体支撑件和撑脚为支撑，上承台带动墩柱及梁体完成转体；

当上承台的某处发生升降时，相应位置的撑脚升降，以平衡上承台中各处的相对高度；

桥梁转体完毕，升降相应的撑脚，以调整上承台的姿态，进而调整桥梁的线型；

注浆以永久固定下承台、上承台、撑脚和转体支撑件。

Images