CN112065041A - 基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统及方法,包括已建成结构、悬挑结构模板、智能调控拉索、临时性斜拉体系和装有应变片的钢筋组;悬挑结构模板安装在已建成结构上,悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔和混凝土浇灌与振捣孔;智能调控拉索的一端与临时性斜拉体系连接,另一端与悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接;临时性斜拉体系包括斜拉体系压杆底座、斜拉体系压杆、斜拉体系拉索和斜拉体系拉索底座。本发明可实现通过分段浇筑中待浇筑模板四根钢筋的应变片进行多节点应力反馈,根据预设条件,时刻根据荷载和模板的关键变形,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

基于力与位移双控的大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,具体为基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统及方法。
背景技术
在高层建筑中,顶部存在连体结构或者一些特殊的造型等情况,会存在大跨度的悬挑结构,在这类悬挑结构的施工过程中,如果采用常规的技术手段搭设满堂支撑不够现实,而悬挑脚手架有时也存在一些安全问题,花费的物力人力也较大。
现有的悬挑结构的模板使用都是临时性的,只要浇筑完成后即可拆除,因此可以采用一种临时的斜拉索体系,将施工中模板的竖向荷载转化为拉索拉力和模板的轴力,而非模板的弯矩,拉索的拉力又传递到斜拉锁体系上。但是常规的斜拉索体系在施工过程中由于加工精度的问题,存在由于多根拉索建立的体系为超静定体系,内部有些拉索受力并非按照预定模式受力,这些非均匀受力的拉索模式对整体模板体系的受力平衡可能影响不大,但是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,这也是拉锁体系在大跨悬挑结构施工中并不太用的原因;具体施工过程中,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。
发明内容
本发明的目的在于提供基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统及方法,可实现通过分段浇筑中待浇筑模板四根钢筋的应变片进行多节点应力反馈,获得荷载变量,根据预设条件,对整个悬挑结构模板的竖向变形和扭转变形进行监控,全时段自动对拉索的张力进行调节,达到力与位移的双控,从而进一步提高施工的安全性和施工进度,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:
基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,包括已建成结构、悬挑结构模板、智能调控拉索、临时性斜拉体系和装有应变片的钢筋组;所述悬挑结构模板安装在已建成结构上,悬挑结构模板上设有多个模板侧边拉索穿孔和混凝土浇灌与振捣孔,在悬挑结构模板的底面上布置有位移测点;
所述智能调控拉索的一端与临时性斜拉体系连接,另一端与悬挑结构模板上设有的多个模板侧边拉索穿孔连接;
所述临时性斜拉体系包括斜拉体系压杆底座、斜拉体系压杆、斜拉体系拉索和斜拉体系拉索底座;所述斜拉体系压杆底座与斜拉体系拉索底座预埋在已建成结构上或与已建成结构上的预埋件连接;所述斜拉体系压杆套接固定在斜拉体系压杆底座上,所述斜拉体系拉索的一端与斜拉体系压杆相连,另一端与斜拉体系拉索底座连接;
所述钢筋组连接在悬挑结构模板的内部,钢筋组由四根装有应变片的钢筋组成,分散在悬挑结构模板的四角,与悬挑结构模板底端相连。
进一步地,所述位移测点分两排布置,与位移测点相对应的设有位移传感器,位移传感器采用普通市面上的激光或者拉线传感器,用于安装在已建成结构上。
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。
进一步地,所述智能调控拉索包括液压缸、拉索和液压活塞;拉索的一端与液压活塞连接,液压活塞受控于液压缸。
进一步地,所述临时性斜拉体系相对于悬挑结构模板成对布置。
本发明提供另一种技术方案:基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统的施工方法,包括以下步骤:
S1:施工时,首先进行初次浇筑,将混凝土从混凝土浇灌与振捣孔中注入悬挑结构模板中并进行振捣,获得浇筑混凝土流量,悬挑结构模板的尺寸等相关结构参数,并根据装有应变片的钢筋组得到已浇筑结构的应力值,再根据施工步安排,可获得悬挑结构模板内的混凝土分布,因此可获得混凝土引起的悬挑结构模板的荷载;
S2:根据现场的其他荷载条件,包括风荷载,模板荷载,施工荷载获得悬挑结构模板的综合荷载,然后根据悬挑结构模板的力学平衡方程算出此时刻拉索的初步拉力;
S3:将拉索的初步拉力输入到拉索力输出设备,即智能调控拉索的控制设备里,通过液压设备输出拉索拉力并反馈拉力与拉索变形信息;
S4:混凝土浇筑引起了荷载的改变以及拉索的拉力发生了改变二者同时作用于悬挑结构模板上,悬挑结构模板发生变形,布置在悬挑结构模板底端的多个位移测点,时刻对悬挑结构模板变形测量,根据多点的测量结果知道悬挑结构模板的竖向变形模式和扭转变形情况;
S5:将悬挑结构模板的变形条件与S3中获得的拉索拉力,同时输入到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;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S3-S5过程,循环,一直满足要求后,退出,保持拉索拉力;
S6:继续施工,再进入S1,依次循环,直至浇筑完成,当悬挑结构模板由于混凝土凝固逐步卸载,拉索拉力和悬挑结构模板变形发生变化,S3和S4中的条件发生改变,依次循环。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统及方法,可实现通过分段浇筑中待浇筑模板四根钢筋的应变片进行多节点应力反馈,获得荷载变量,根据预设条件,对整个悬挑结构模板的竖向变形和扭转变形进行监控,全时段自动对拉索的张力进行调节,达到力与位移的双控,从而进一步提高施工的安全性和施工进度,此外,当施工中风荷载等荷载条件发生变化时,该系统可以自动调节,保证位移和已有结构受力值在正常允许范围内。
附图说明
图1为本发明系统的轴测图;
图2为本发明系统的侧立面图;
图3为本发明系统的平面图;
图4为本发明不包含已建成结构的轴测图;
图5为本发明不包含已建成结构的平面图;
图6为本发明不包含已建成结构的侧面图;
图7为本发明不包含已建成结构的正面图;
图8为本发明中悬挑结构模板的轴侧图;
图9为本发明中悬挑结构模板的立面图;
图10为本发明中悬挑结构模板的平面图;
图11为本发明中悬挑结构模板顶端的位移测点布置图;
图12为本发明拉索应力控制设备示意轴侧图;
图13为本发明拉索应力控制设备示意剖面图;
图14为本发明中临时性斜拉体系的轴侧图;
图15为本发明中临时性斜拉体系的侧立面图;
图16为本发明中临时性斜拉体系的剖面图;
图17为本发明中临时性斜拉体系的压杆预埋件图;
图18为本发明装有应变片的钢筋组轴测图;
图19为本发明施工方法工作流程图。
图中:1、已建成结构;2、悬挑结构模板;201、模板侧边拉索穿孔;202、混凝土浇灌与振捣孔;203、位移测点;3、智能调控拉索;301、液压缸;302、拉索;303、液压活塞;4、临时性斜拉体系;401、斜拉体系压杆底座;402、斜拉体系压杆;403、斜拉体系拉索;404、斜拉体系拉索底座;5、钢筋组;501、应变片。
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1-18,本发明实施例中:提供基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,包括已建成结构1、悬挑结构模板2、智能调控拉索3、临时性斜拉体系4和装有应变片501的钢筋组5;悬挑结构模板2安装在已建成结构1上,悬挑结构模板2上设有多个模板侧边拉索穿孔201和混凝土浇灌与振捣孔202,在悬挑结构模板2的底面上布置有位移测点203;智能调控拉索3的一端与临时性斜拉体系4连接,另一端与悬挑结构模板2上设有的多个模板侧边拉索穿孔201连接;临时性斜拉体系4相对于悬挑结构模板2成对布置,临时性斜拉体系4包括斜拉体系压杆底座401、斜拉体系压杆402、斜拉体系拉索403和斜拉体系拉索底座404;所述斜拉体系压杆底座401与斜拉体系拉索底座404预埋在已建成结构1上或与已建成结构1上的预埋件连接;所述斜拉体系压杆402套接固定在斜拉体系压杆底座401上,所述斜拉体系拉索403的一端与斜拉体系压杆402相连,另一端与斜拉体系拉索底座404连接;所述钢筋组5连接在悬挑结构模板2的内部,钢筋组5由四根装有应变片501的钢筋组成,分散在悬挑结构模板2的四角,与悬挑结构模板2底端相连;当采用分段浇筑混凝土时,可根据每个位置的应变片501及时反馈应力数据,获得荷载变量,从而对拉索302的张力进行调整,做到多节点反馈,避免因拉索302张力不足或过大,导致已浇筑完成结构的损坏。
在上述实施例中,位移测点203分两排布置,与位移测点203相对应的设有位移传感器,位移传感器采用普通市面上的激光或者拉线传感器,用于安装在已建成结构1上,通过位移测点203的测试数据可以反算出模板体系的竖向变形和扭转变形。
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;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,为常规的设备,该实施例采用液压传动设备做介绍,智能调控拉索3包括液压缸301、拉索302和液压活塞303;拉索302的一端与液压活塞303连接,液压活塞303受控于液压缸301,液压活塞303在液压控制系统的作用下,在液压缸301中移动,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19,基于力与位移双控的大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,首先进行初次浇筑,将混凝土从混凝土浇灌与振捣孔202中注入悬挑结构模板2并进行振捣,获得浇筑混凝土流量,悬挑结构模板2的尺寸等相关结构参数,并根据装有应变片501的钢筋组5得到已浇筑结构的应力值,再根据施工步安排,可获得悬挑结构模板2内的混凝土分布,因此可获得混凝土引起的悬挑结构模板2的荷载;
第二步:再根据现场的其他荷载条件,包括风荷载,模板荷载,施工荷载等可以获得悬挑结构模板2综合荷载,然后根据悬挑结构模板2的力学平衡方程可以算出此时刻拉索302的初步拉力;
第三步:将初步拉力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,通过液压设备输出拉索302拉力并反馈拉力与拉索302变形信息;
第四步:由于混凝土浇筑引起了荷载的改变以及拉索302的拉力发生了改变,二者同时作用于悬挑结构模板2上,悬挑结构模板2发生变形,布置在悬挑结构模板2底端的多个位移测点203,时刻对悬挑结构模板2变形测量,根据多点的测量结果可以知道悬挑结构模板2的竖向变形模式和扭转变形情况;
第五步:再将变形条件与步骤三中获得的拉索302拉力,同时输入到悬挑结构模板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;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302拉力输入到拉索力输出设备中,重复步骤三-步骤五的过程,循环,一直满足要求后,退出,保持拉索302拉力;
第六步:继续施工,进行下一次浇筑,再进入步骤一,依次循环,直至浇筑完成,当悬挑结构模板2由于混凝土凝固逐步卸载,拉索302拉力和悬挑结构模板2变形发生变化,因为是时刻监控,因此步骤三和步骤四条件发生改变,依次循环。
由上可知:该实施例一中,可实现通过分段浇筑中待浇筑模板四根钢筋的应变片501进行多节点应力反馈,获得荷载变量,根据预设条件,对整个悬挑结构模板2的竖向变形和扭转变形进行监控,全时段自动对拉索302的张力进行调节,达到力与位移的双控,从而进一步提高施工的安全性和施工进度,此外,当施工中风荷载等荷载条件发生变化时,该系统可以自动调节,保证位移和已有结构受力值在正常允许范围内。
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 (6)

1.基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,其特征在于,包括已建成结构(1)、悬挑结构模板(2)、智能调控拉索(3)、临时性斜拉体系(4)和装有应变片(501)的钢筋组(5);所述悬挑结构模板(2)安装在已建成结构(1)上,悬挑结构模板(2)上设有多个模板侧边拉索穿孔(201)和混凝土浇灌与振捣孔(202),在悬挑结构模板(2)的底面上布置有位移测点(203);
所述智能调控拉索(3)的一端与临时性斜拉体系(4)连接,另一端与悬挑结构模板(2)上设有的多个模板侧边拉索穿孔(201)连接;
所述临时性斜拉体系(4)包括斜拉体系压杆底座(401)、斜拉体系压杆(402)、斜拉体系拉索(403)和斜拉体系拉索底座(404);所述斜拉体系压杆底座(401)与斜拉体系拉索底座(404)预埋在已建成结构(1)上或与已建成结构(1)上的预埋件连接;所述斜拉体系压杆(402)套接固定在斜拉体系压杆底座(401)上,所述斜拉体系拉索(403)的一端与斜拉体系压杆(402)相连,另一端与斜拉体系拉索底座(404)连接;
所述钢筋组(5)连接在悬挑结构模板(2)的内部,钢筋组(5)由四根装有应变片(501)的钢筋组成,分散在悬挑结构模板(2)的四角,与悬挑结构模板(2)底端相连。
2.如权利要求1所述的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述位移测点(203)分两排布置,与位移测点(203)相对应的设有位移传感器,位移传感器采用普通市面上的激光或者拉线传感器,用于安装在已建成结构(1)上。
3.如权利要求1所述的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,其特征在于: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。
4.如权利要求1所述的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述智能调控拉索(3)包括液压缸(301)、拉索(302)和液压活塞(303);拉索(302)的一端与液压活塞(303)连接,液压活塞(303)受控于液压缸(301)。
5.如权利要求1所述的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统,其特征在于:所述临时性斜拉体系(4)相对于悬挑结构模板(2)成对布置。
6.如权利要求1所述的基于力与位移双控的大悬挑安全智能施工系统的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:施工时,首先进行初次浇筑,将混凝土从混凝土浇灌与振捣孔(202)中注入悬挑结构模板(2)中并进行振捣,获得浇筑混凝土流量,悬挑结构模板(2)的尺寸等相关结构参数,并根据装有应变片(501)的钢筋组(5)得到已浇筑结构的应力值,再根据施工步安排,可获得悬挑结构模板(2)内的混凝土分布,因此可获得混凝土引起的悬挑结构模板(2)的荷载;
S2:根据现场的其他荷载条件,包括风荷载,模板荷载,施工荷载获得悬挑结构模板(2)的综合荷载,然后根据悬挑结构模板(2)的力学平衡方程算出此时刻拉索(302)的初步拉力;
S3:将拉索(302)的初步拉力输入到拉索力输出设备,即智能调控拉索(3)的控制设备里,通过液压设备输出拉索(302)拉力并反馈拉力与拉索(302)变形信息;
S4:混凝土浇筑引起了荷载的改变以及拉索(302)的拉力发生了改变二者同时作用于悬挑结构模板(2)上,悬挑结构模板(2)发生变形,布置在悬挑结构模板(2)底端的多个位移测点(203),时刻对悬挑结构模板(2)变形测量,根据多点的测量结果知道悬挑结构模板(2)的竖向变形模式和扭转变形情况;
S5:将悬挑结构模板(2)的变形条件与S3中获得的拉索(302)拉力,同时输入到悬挑结构模板(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;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(302)拉力输入到拉索力输出设备中,重复S3-S5过程,循环,一直满足要求后,退出,保持拉索(302)拉力;
S6:继续施工,再进入S1,依次循环,直至浇筑完成,当悬挑结构模板(2)由于混凝土凝固逐步卸载,拉索(302)拉力和悬挑结构模板(2)变形发生变化,S3和S4中的条件发生改变,依次循环。
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