CN111946063B - 实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法，包括已建成结构、斜悬挑结构模板、智能调控拉索和用于实验室的缩尺模型；斜悬挑结构模板安装在已建成结构上，斜悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔；智能调控拉索一端与已建成结构上的预埋件连接，另一端与斜悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接；缩尺模型中斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点、局部坐标Z方向测点。本发明可实现通过实验室中模拟浇筑的缩尺模型获得实际浇筑时拉索拉力，对顶点的三维六自由度变形统计，自动对拉索的张力进行调节，从而进一步提高施工的安全性和施工进度。

Description

实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法
技术领域
本发明涉及土木工程施工技术领域，具体为实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法。
背景技术
在大型公共建筑中，一些体育馆的看台，或者建筑的特殊造型需要会存在一些斜悬挑结构，斜悬挑结构不同于普通悬挑结构，在施工过程中，斜悬挑结构在混凝土浇筑过程中，不仅存在巨大的竖向力作用，还有非常大的水平荷载作用，常规的支撑模板在施工过程中非常麻烦，并且由于平台支撑结构对竖向荷载抵抗能力高，但对水平推力的抵抗能力非常弱，特别是常规的脚手架体系，由于其基础形式为浮放，难以承担如此大的荷载，这造成了施工的不安全性和人力物力的巨大消耗。
为了解决上述情形中的问题，经过大量的试验研究和理论分析发现，利用斜拉索体系，可以将斜悬挑体系施工过程中的水平推力转化为拉索的拉力，然后转换到已建成结构上，但是仅仅这样，这种体系还有重大缺陷，因为多根拉索建立的体系为超静定体系，内部就存在滥竽充数的拉索，这些拉索对整体模板体系的受力平衡可能影响不大，但是他们会导致局部模板体系失衡，导致局部尺寸不准确，极端情况下，也会引起整体模板体系的各个击破现象；第二，在施工过程中，混凝土浇筑过程是一个逐步的过程，很多情况下是分段浇筑的，因此受力是逐步的，而拉索提前预紧会导致模板体系受到过大的变形，并且会导致构件的施工精度难以控制。因此，最好的办法是根据浇筑过程中的荷载逐步拉动拉索，反馈拉索实际受力，排除滥竽充数的情况，并且控制关键位移指标，来达到需要的施工精度。
关键位移指标一般位于模板的顶点，一般情况下，控制竖向和水平位移即可，但是对于斜悬挑结构，为进一步提高施工安全性和施工精度，需要不仅对构件的顶点三个平动自由度，还要对剩下的三个旋转自由度都进行测量并控制，特别是沿着构件轴线的扭转自由度，此扭转过大，会导致施工模板体系的失效，造成安全事故。同时，现场施工需要布置测点支架，大大影响了施工的安全性和施工进度。
发明内容
本发明的目的在于提供实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法，可实现通过实验室中模拟浇筑的缩尺模型获得实际浇筑时拉索拉力，对顶点的三维六自由度变形统计，自动对拉索的张力进行调节，同时数据反馈到实验室，对实验数据进行调整，进行下一步的模拟浇筑，从而进一步提高施工的安全性和施工精度，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统，包括已建成结构、斜悬挑结构模板、智能调控拉索和用于实验室的缩尺模型；所述斜悬挑结构模板安装在已建成结构上，斜悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔；
所述智能调控拉索一端与已建成结构上的预埋件连接，另一端与斜悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接；
所述缩尺模型按实际浇筑施工结构进行缩小，其与实际浇筑施工结构所用材料和受力方式均相同；所述缩尺模型中斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点、局部坐标Z方向测点；所述局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点和局部坐标Z方向测点均在实验室布置；
更进一步地，所述局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点均至少布置一个测点，局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点至少有一个布置两组有相对距离的测点；局部坐标Z方向测点在斜悬挑结构模板的四角至少布置三组。
更进一步地，所述局部坐标X方向测点、局部坐标Y方向测点和局部坐标Z方向测点上相对设置有位移传感器，位移传感器采用市面上的顶杆或者拉线位移传感器。
更进一步地，所述智能调控拉索为根据方程计算出的拉力可调设备，智能调控拉索对称设置，分别向两边斜拉。
更进一步地，所述智能调控拉索包括正反转电机、拉索、丝杆、从动齿轮、主动齿轮和滑座；从动齿轮固定套接在丝杆的中部，丝杆以从动齿轮为界，其一端加工有正旋螺纹，另一端加工有反旋螺纹，并通过正旋螺纹和反旋螺纹传动连接滑座，滑座上对应连接拉索，滑座、从动齿轮以及丝杆设置在壳体内，壳体的外侧安装正反转电机，正反转电机的转轴上套接主动齿轮，主动齿轮通过在壳体上开设的槽口与从动齿轮啮合传动。
本发明提供另一种技术方案：实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法，包括以下步骤：
第一步：施工时，首先在实验室对缩尺模型进行模拟浇筑获得缩尺模型的拉索拉力，根据此数据，由实验室缩尺模型与实际施工模型存在的相似律原理和实际施工过程中的其他荷载，包括风荷载，模板荷载，施工荷载等可以获得斜悬挑结构模板综合荷载；
第二步：根据斜悬挑结构模板的力学平衡方程得到设计施工拉索拉力，再将此数值输入到拉索力输出设备里即为智能调控拉索的控制设备里，通过智能调控拉索的控制设备输出拉索拉力，并反馈此时刻的拉索拉力；
第三步：浇筑时，顶端的施工现场位移传感器时刻监测，根据多点测得的局部坐标系下的位移数据，反算出顶点的三维六自由度数据，此过程即为时刻监测顶点局部坐标系六自由度位移变化；
第四步：根据此变化通过局部坐标系和整体坐标系的关系，进行线性变换，转化为顶点整体坐标系六自由度位移变化；
第五步：再将此变化与智能调控拉索的控制设备中获得的拉索拉力，同时输入到斜悬挑结构模板的位移条件与力学平衡方程中，判断位移条件与力学平衡方程是否满足要求；
第六步：如果满足要求，即可保持拉索拉力不变；如果不满足要求，根据力学平衡方程和力与位移条件重新计算拉索拉力，将迭代出的新拉索拉力输入到拉索力输出设备中，重复步骤二-步骤五，循环，直到满足要求后，退出，保持拉索拉力；
第七步：根据实际施工拉索拉力和顶点位移的变化情况调整实验室缩尺模型数据，阶段施工结束后由调整后的实验数据再进入步骤一，依次循环，直到浇筑完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统及方法，可实现通过实验室中模拟浇筑的缩尺模型获得实际浇筑时拉索拉力，对顶点的三维六自由度变形统计，自动对拉索的张力进行调节，同时数据反馈到实验室，对实验数据进行调整，进行下一步的模拟浇筑，从而进一步提高施工的安全性和施工精度。
附图说明
图1为本发明的施工系统的轴测图；
图2为本发明的施工系统的正立面图；
图3为本发明的施工系统的平面图；
图4为本发明的斜悬挑结构模板轴侧图；
图5为本发明的斜悬挑结构模板立面图；
图6为本发明的斜悬挑结构模板平面图；
图7为本发明的斜悬挑结构模板顶端的位移测点布置图；
图8为本发明的智能调控拉索内部结构图；
图9为本发明的丝杆安装结构图；
图10为本发明的施工方法流程图。
图中：1、已建成结构；2、斜悬挑结构模板；201、模板侧边拉索穿孔；202、局部坐标X方向测点；203、局部坐标Y方向测点；204、局部坐标Z方向测点；3、智能调控拉索；301、正反转电机；302、拉索；303、丝杆；304、从动齿轮；305、主动齿轮；306、滑座；307、正旋螺纹；308、反旋螺纹；309、壳体；4、缩尺模型。
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。
实施例一：
请参阅图1-9，本发明实施例中：提供实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统，包括已建成结构1、斜悬挑结构模板2、智能调控拉索3和用于实验室的缩尺模型4；斜悬挑结构模板2安装在已建成结构1上，斜悬挑结构模板2上设有多个模板侧边拉索穿孔201。
其中，智能调控拉索3一端与已建成结构1上的预埋件连接，另一端与斜悬挑结构模板2上设有的多个模板侧边拉索穿孔201连接。
上述缩尺模型4由缩小的已建成结构1、斜悬挑结构模板2、智能调控拉索3组成；缩尺模型4中斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203、局部坐标Z方向测点204，上述局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203和局部坐标Z方向测点204均在实验室布置。
在上述实施例中，局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203均至少布置一个测点，局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203至少有一个布置两组有相对距离的测点；局部坐标Z方向测点204在斜悬挑结构模板2的四角至少布置三组，其中，局部坐标X方向测点202、局部坐标Y方向测点203和局部坐标Z方向测点204上相对设置有位移传感器，位移传感器采用市面上的顶杆或者拉线位移传感器，根据这些位移传感器的传感结果，不仅可以测出斜悬挑结构模板2顶端三维的平动位移，还可以测量出斜悬挑结构模板2顶端的三个旋转位移分量。
在上述实施例中，智能调控拉索3为根据方程计算出的拉力可调设备，智能调控拉索3对称设置，分别向两边斜拉，来保证平衡以及斜悬挑结构模板2的轴向的扭转位移；智能调控拉索3可采用液压传动装置、伺服电机旋转螺栓传动设备以及电动花篮螺栓传动装置等设备，本实施例采用电机传动方式，其智能调控拉索3包括正反转电机301、拉索302、丝杆303、从动齿轮304、主动齿轮305和滑座306；从动齿轮304固定套接在丝杆303的中部，丝杆303以从动齿轮304为界，其一端加工有正旋螺纹307，另一端加工有反旋螺纹308，并通过正旋螺纹307和反旋螺纹308传动连接滑座306，滑座306上对应连接拉索302，滑座306、从动齿轮304以及丝杆303设置在壳体309内，壳体309的外侧安装正反转电机301，正反转电机301的转轴上套接主动齿轮305，主动齿轮305通过在壳体309上开设的槽口与从动齿轮304啮合传动，正反转电机301转动，通过齿轮传动丝杆303转动，滑座306移动对拉索302施加力和位移，运行过程中，设备可对拉索302进行测力和测位移。
请参阅图10，本发明提供另一种技术方案：实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法，包括以下步骤：
第一步：施工时，首先在实验室对缩尺模型4进行模拟浇筑获得缩尺模型4的拉索302拉力，根据此数据，由实验室缩尺模型4与实际施工模型存在的相似律原理和实际施工过程中的其他荷载，包括风荷载，模板荷载，施工荷载等可以获得斜悬挑结构模板2综合荷载；
第二步：根据斜悬挑结构模板2的力学平衡方程得到设计施工拉索302拉力，再将此数值输入到拉索力输出设备里即为智能调控拉索3的控制设备里，通过智能调控拉索3的控制设备设备输出拉索302拉力，并反馈此时刻的拉索302拉力；
第三步：浇筑时，顶端的位移传感器时刻监测，根据多点测得的局部坐标系下的位移数据，反算出顶点的三维六自由度数据，此过程即为时刻监测顶点局部坐标系六自由度位移变化；
第四步：根据此变化通过局部坐标系和整体坐标系的关系，进行线性变换，转化为顶点整体坐标系六自由度位移变化；
第五步：再将此变化与智能调控拉索3的控制设备中获得的拉索302拉力，同时输入到斜悬挑结构模板2的位移条件与力学平衡方程中，判断位移条件与力学平衡方程是否满足要求；
第六步：如果满足要求，即可保持拉索302拉力不变；如果不满足要求，根据力学平衡方程和力与位移条件重新计算拉索302拉力，将迭代出的新拉索拉力输入到拉索力输出设备中，重复步骤二-步骤五，循环，直到满足要求后，退出，保持拉索302拉力；
第七步：根据实际施工拉索302拉力和顶点位移的变化情况调整实验室缩尺模型4数据，阶段施工结束后由调整后的实验数据再进入步骤一，依次循环，直到浇筑完成。
由上可知，实施例一可实现通过实验室中模拟浇筑的缩尺模型4获得实际浇筑时拉索302拉力，对顶点的三维六自由度变形统计，自动对拉索302的张力进行调节，同时数据反馈到实验室，对实验数据进行调整，进行下一步的模拟浇筑，从而进一步提高施工的安全性和施工精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.实验数据直接指导施工的斜悬挑安全智能施工系统的施工方法，其特征在于，施工系统包括已建成结构(1)、斜悬挑结构模板(2)、智能调控拉索(3)和用于实验室的缩尺模型(4)；所述斜悬挑结构模板(2)安装在已建成结构(1)上，斜悬挑结构模板(2)上设有多个模板侧边拉索穿孔(201)；所述智能调控拉索(3)一端与已建成结构(1)上的预埋件连接，另一端与斜悬挑结构模板(2)上设有的多个模板侧边拉索穿孔(201)连接；所述缩尺模型(4)按实际浇筑施工结构进行缩小，其与实际浇筑施工结构所用材料和受力方式均相同；所述缩尺模型(4)中斜悬挑结构模板的顶端上布置有局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)、局部坐标Z方向测点(204)，所述局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)和局部坐标Z方向测点(204)均在实验室布置；所述局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)均至少布置一个测点，局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)至少有一个布置两组有相对距离的测点；局部坐标Z方向测点(204)在斜悬挑结构模板(2)的四角至少布置三组；所述局部坐标X方向测点(202)、局部坐标Y方向测点(203)和局部坐标Z方向测点(204)上相对设置有位移传感器，位移传感器采用顶杆或者拉线位移传感器；所述智能调控拉索(3)为根据方程计算出的拉力可调设备，智能调控拉索(3)对称设置，分别向两边斜拉；所述智能调控拉索(3)包括正反转电机(301)、拉索(302)、丝杆(303)、从动齿轮(304)、主动齿轮(305)和滑座(306)；从动齿轮(304)固定套接在丝杆(303)的中部，丝杆(303)以从动齿轮(304)为界，其一端加工有正旋螺纹(307)，另一端加工有反旋螺纹(308)，并通过正旋螺纹(307)和反旋螺纹(308)传动连接滑座(306)，滑座(306)上对应连接拉索(302)，滑座(306)、从动齿轮(304)以及丝杆(303)设置在壳体(309)内，壳体(309)的外侧安装正反转电机(301)，正反转电机(301)的转轴上套接主动齿轮(305)，主动齿轮(305)通过在壳体(309)上开设的槽口与从动齿轮(304)啮合传动，采用以下步骤：
第一步：施工时，首先在实验室对缩尺模型(4)进行模拟浇筑获得缩尺模型(4)的拉索(302)拉力，根据此数据，由实验室缩尺模型(4)与实际施工模型存在的相似律原理和实际施工过程中的其他荷载，包括风荷载，模板荷载，施工荷载等可以获得斜悬挑结构模板(2)综合荷载；
第二步：根据斜悬挑结构模板(2)的力学平衡方程得到设计施工拉索(302)拉力，再将此数值输入到拉索力输出设备里即为智能调控拉索(3)的控制设备里，通过智能调控拉索(3)的控制设备输出拉索(302)拉力，并反馈此时刻的拉索(302)拉力；
第三步：浇筑时，顶端的施工现场位移传感器时刻监测，根据多点测得的局部坐标系下的位移数据，反算出顶点的三维六自由度数据，此过程即为时刻监测顶点局部坐标系六自由度位移变化；
第四步：根据此变化通过局部坐标系和整体坐标系的关系，进行线性变换，转化为顶点整体坐标系六自由度位移变化；
第五步：再将此变化与智能调控拉索(3)的控制设备中获得的拉索(302)拉力，同时输入到斜悬挑结构模板(2)的位移条件与力学平衡方程中，判断位移条件与力学平衡方程是否满足要求；
第六步：如果满足要求，即可保持拉索(302)拉力不变；如果不满足要求，根据力学平衡方程和力与位移条件重新计算拉索(302)拉力，将迭代出的新拉索拉力输入到拉索力输出设备中，重复步骤二-步骤五，循环，直到满足要求后，退出，保持拉索(302)拉力；
第七步：根据实际施工拉索(302)拉力和顶点位移的变化情况调整实验室缩尺模型(4)数据，阶段施工结束后由调整后的实验数据再进入步骤一，依次循环，直到浇筑完成。
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