CN112875530B - 一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置及方法，属于建筑施工技术领域，用于预防塔吊在极端环境下受强风载荷导致的侧向变形。它包括侧向支撑本体、侧向压力监测模块、竖向驱动机构、竖向定位机构、传动齿条、塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置和水平度监测系统；筒架柱由上至下依次间隔设有竖向定位机构、中部连接件和下部连接件，下部连接件固定连接侧向支撑本体和传动齿条，下部连接件能够在竖向驱动机构作用下沿着筒架柱爬升和下降；侧向支撑本体包括侧向支撑驱动机构和侧向压力监测模块，侧向支撑驱动机构的末端设置侧向压力监测模块，传动齿条的下端固定设置于下部连接件上，传动齿条的齿条部与转动齿轮形成齿轮齿条啮合配合。

Description

一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置及方法。

背景技术

国内外超高层建筑数量日益增多，在建设过程中，塔吊施工起到了重要作用。塔吊作为高层建筑施工的重要特种装备，它的安全性能受到国家社会的重点关注，每年因塔吊坍塌、倾覆导致的重大事故时有发生。事故主要原因在于塔吊高度比较大，在施工过程的塔吊重心不稳，再加上塔吊的基座固定不牢固等关键因素导致了塔吊的坍塌。据塔吊事故统计，恶劣的天气因素对于塔吊施工极其不利，大风环境容易引起的塔吊自身的振动以及摇摆，台风天气可能会将塔吊体吹翻，这种事故经常被报道。由于塔吊所处的高度很高，其周围的风力远远超过地面风速大小，在极端天气下，塔吊受到周围风载荷的影响，塔吊架体钢结构件可能发生变形、弯曲。塔吊在频繁的风载荷作用下，塔吊筒架柱以及结构连接角点容易产生形变。相对于质量较轻的塔吊结构，大风恶劣环境，塔吊可能发生微侧移，因此，塔吊施工过程中需要设计一种用于塔吊安全作业的超高层施工塔吊的支撑监测装置及方法，减小风环境载荷下的塔吊施工过程不安全性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种支撑监控装置用于超高层施工塔吊的支撑监测装置及方法，通过塔吊侧向支撑压力监测监控、支撑位置竖向位置可控可调节、塔吊竖向搁置不平度监测、塔吊筒架倾斜监测的自动化装置自动监控，预防塔吊在极端环境下受强风载荷导致的侧向变形、侧向平移甚至倾覆现象，降低施工过程中侧向载荷对钢结构变形的影响，提高了极端天气下塔吊搁置施工的安全性与稳定性，并实现了塔吊侧向支撑的科学性、安全性、定量性、灵活性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，所述塔吊的相邻标准节之间设置筒架柱，所述支撑监控装置包括：

侧向支撑本体、侧向压力监测模块、竖向驱动机构、竖向定位机构、传动齿条、塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置、塔吊筒支撑底座水平度监测系统；

所述筒架柱由上至下依次间隔设有竖向定位机构、中部连接件和下部连接件，所述下部连接件两侧设置竖向驱动机构，所述下部连接件上设置所述侧向支撑本体和传动齿条，所述下部连接件能够在所述竖向驱动机构作用下沿着所述筒架柱爬升和下降；

所述侧向支撑本体包括侧向支撑驱动机构和侧向压力监测模块，所述侧向支撑驱动机构的末端设置所述侧向压力监测模块，所述传动齿条的下端固定设置于所述下部连接件上，所述传动齿条的齿条部与转动齿轮形成齿轮齿条啮合配合；

所述塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置包括单轴无线倾角计和倾角采集无线网关，所述单轴无线倾角计布设于每节塔吊筒筒架柱上方，每一节塔吊筒标准节顶层底面各设置一个倾角采集无线网关；

所述塔吊筒支撑底座水平度监测系统包括四个静力水准仪、连通水管、通信光纤以及水平度数据采集仪，四个所述静力水准仪通过所述连通水管相互连接，所述静力水准仪内设置的光栅位移计通过通信光纤串联在一起，所述通信光纤输出端连接水平度数据采集仪。

与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：

1、本发明提供的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，包括侧向支撑本体、侧向压力监测模块、竖向驱动机构、竖向定位机构、传动齿条、塔吊筒筒架柱倾斜角度监测系统和水平度监测系统，筒架柱由上至下依次间隔设有竖向定位机构、中部连接件和下部连接件，下部连接件两侧设置竖向驱动机构，下部连接件能够在竖向驱动机构作用下沿着筒架柱爬升和下降，下部连接件固定连接侧向支撑本体和传动齿条，侧向支撑本体包括侧向支撑驱动机构和侧向压力监测模块，侧向支撑驱动机构的末端设置侧向压力监测模块；传动齿条的下端固定设置于下部连接件上，传动齿条的齿条部与转动齿轮形成齿轮齿条啮合配合。侧向压力监测模块实现了支撑监控装置支撑压力的实时监测；支撑监控装置在竖向驱动机构的作用下沿着筒架柱的竖向位置可调节；齿条锁紧机构实现了支撑监控装置的竖向定位。通过在塔吊筒支撑层底部支撑腿底面下安装的水平度监测系统，可对塔吊底座支撑的不平整度进行实时监测；通过在塔吊筒筒架柱上安装倾角计，联合侧向支撑装置控制系统，实现了筒架倾斜自动调节。该专利实施方法简单，操作步骤明确，支撑装置以及监控方法在塔吊施工中起到发挥重要作用，能够提高塔吊施工过程的安全。

2、本发明提供的超高层施工塔吊的支撑监控方法，压力监测装置结合PLC控制系统中的侧向油缸驱动系统，实现了油缸顶伸过程的力控制定量化；操作简便，控制方法简单易操作，该支撑监控装置能够提高塔吊施工过程的安全性。

进一步地，塔吊标准节的首层板上设有塔吊筒支撑腿，塔吊相邻标准节之间的连接板上设置传动齿条竖向预留孔，塔吊筒支撑腿与塔吊支撑附着剪力墙上的预留支撑洞相配合，从而将塔吊搁置于塔吊支撑附着剪力墙上，即进入施工过程。

进一步地，所述侧向支撑驱动机构包括油缸底座和侧向油缸，所述油缸底座与所述下部连接件螺栓连接，所述侧向油缸的柱塞杆前端设置所述侧向压力监测模块。

进一步地，所述侧向压力监测模块通过法兰盘与所述侧向油缸的伸缩杆固定连接，所述侧向压力监测模块包括压力传感器、传感器底座和受压环体，所述法兰盘的中心位置设置所述传感器底座，所述压力传感器与所述传感器底座螺纹连接，所述受压环体与所述法兰盘螺栓连接，所述受压环体与所述压力传感器相配合，所述受压环体的高度为压力传感器和传感器底座的高度之和，所述受压环体预留传感器线槽，所述受压环体的前端面与压力传感器前端面重合。

进一步地，所述竖向驱动机构通过所述下部连接件固定设置于筒架柱上，竖向驱动机构包括电机底座、驱动电机、侧向挡板、转动齿轮、转动轴承、电机转动轴、联轴器，所述驱动电机设置于所述电机底座上，所述驱动电机的一侧设置两个侧向挡板，两个侧向挡板之间设置所述转动齿轮，转动轴承设置于侧向挡板上，电机转动轴通过联轴器与转动齿轮连接，转动齿轮上下两侧各设置一个支撑杆，支撑杆两端分别设置转动轴承。

进一步地，所述竖向定位机构有两个，竖向定位机构包括凸耳、支撑座，两个所述凸耳设置于所述筒架柱的两侧，所述支撑座内部预留传动齿条运动通道，所述支撑座上设有插销孔和伸缩气缸，所述插销孔内设有插销轴，所述伸缩气缸的伸缩杆固定于所述插销轴的末端。

本发明还提供了一种超高层施工塔吊的支撑监控方法，该方法包括：

步骤S1、提供前述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置备用；当塔吊爬升至设计层时，塔吊筒支撑腿进入塔吊支撑附着剪力墙的支撑洞内，塔吊进入搁置状态，塔吊筒支撑层底座的水平度监测系统实时监测各支撑腿搁置高度不平度，并将各采集点的水平度实时监测数据上传监控系统；当塔吊筒水平度高差大于5mm，需要对塔吊筒支撑腿搁置的混凝土预留洞口的高度进行调整；当塔吊筒支撑底座的水平度小于5mm，塔吊筒安全的进入搁置状态；

步骤S2、当所述侧向支撑本体的压力监测模块的前端面与塔吊支撑附着剪力墙的墙面保持设计距离时，启动侧向油缸，当压力监测模块反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸停止工作，所述侧向支撑本体进入支撑状态；

步骤S3、当所述侧向支撑本体需要到达指定位置时，启动驱动电机，竖向驱动机构的传动齿条带动下部连接件爬升或下降，从而侧向支撑本体在齿轮传动作用下爬升或下降，当侧向支撑本体到达指定位置时，关闭驱动电机，使得侧向支撑本体固定在筒架柱上；启动侧向油缸，当压力监测模块接触塔吊支撑附着剪力墙的墙面，压力监测模块反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸停止工作，侧向支撑本体在指定位置进入支撑状态；

步骤S4、在塔吊筒架柱安装四对单轴无线倾角计，用于监测筒架柱在x方向和y方向的倾斜变化，并预防因侧向支撑过度而导致的筒架变形、倾斜；设置的筒架柱倾角预警指标为±0.5°，当筒架柱倾角超过预警指标时，监控系统便发出报警响应，结合侧向支撑压力数据，通过监控系统控制侧向支撑装置运行，调整塔吊筒筒架柱的倾斜角度；所有单轴无线倾角计通过无线局域网传输方式进行数据采集，最终通过倾角采集无线网关把监测数据传送给监控系统，实现塔吊筒架倾斜状况的实时监测。

进一步地，所述侧向油缸的驱动采用PLC控制器，侧向油缸伸出位移采用拉线式位移传感器，侧向油缸伸出控制采用速度控制以及位移控制法，当压力监测模块的前端面与墙面保持设计距离时，侧向油缸伸出控制方式采用力控制方式，侧向油缸能够保持恒定的支撑压力。

进一步地，所述步骤S3中所述侧向支撑本体爬升时，侧向油缸的驱动采用PLC控制器，启动驱动电机，伸缩气缸的气缸伸缩杆带动插销轴缩回，传动齿条解除竖向约束；驱动电机运行，电机轴逆时针转动，转动齿轮正转，传动齿条在转动齿轮传动下上升，传动齿条下端固定连接的下部连接件跟随上升，从而侧向支撑本体在齿轮传动作用下提升，当侧向支撑本体到达指定位置时，驱动电机停止工作，转动齿轮及传动齿条停止运动并进行位置锁定；控制系统发送指令，伸缩气缸的气缸伸缩杆推动插销轴从插销孔内伸出，插销轴前端设计成人字齿形状，使得插销轴伸出后其前端齿与传动齿条的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条下方连接的侧向支撑本体在目标位置处锁定。

进一步地，所述步骤S3中所述侧向支撑本体下降时，驱动电机供电后进入制动状态，伸缩气缸缩缸，插销轴缩回插销孔内；驱动电机运行，电机轴顺时针转动，转动齿轮反转，传动齿条在啮合传动作用下下降，下降过程中，传动齿条受到第一支撑杆、第二支撑杆的支撑，使得传动齿条带动下部连接件降落，从而侧向支撑本体下降，当其下降至目标位置时，驱动电机停止工作，转动齿轮及传动齿条停止运动，并锁紧传动齿条；控制系统发送指令，伸缩气缸进行伸缸，此时气缸伸缩杆推动插销轴从插销孔内伸出，插销轴前端设计成人字齿形状，插销轴伸出后前端齿可与传动齿条的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条下方连接的侧向支撑本体在目标位置处锁定。

附图说明

图1为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的工作示意图；图3为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置中塔吊筒一层平台侧向支撑装置示意图；

图4为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置中塔吊筒侧向支撑装置的立面示意图；

图5为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置中塔吊筒不平整度监测装置示意图；

图6为图3的A部放大图；

图7为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的侧向压力监测及侧向油缸驱动部件示意图；

图8为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的竖向驱动机构示意图；

图9为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的竖向驱动机构俯视图；

图10为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置中齿轮齿条传动示意图；

图11为本发明一实施例中用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的竖向锁紧机构示意图；

图12为本发明一实施例中超高层施工塔吊的支撑监测方法施工流程图。

图中：

110-首层板；120-塔吊筒支撑腿；130-筒架柱；140-连接板；150-齿条竖向预留孔；160-下部连接件；200-侧向支撑驱动机构；201-油缸底座；202-固定螺栓；203-侧向油缸；300-侧向压力监测模块；310-法兰盘；320-传感器底座；330-压力传感器；340-锁紧螺杆；350-受压环体；360-紧固螺杆；370-紧固螺母；400-竖向驱动机构；401–中部连接件；402-固定螺丝；403-电机底座；404-驱动电机；405-电机转动轴；406-联轴器；407-第一侧向挡板；408-转动齿轮；409-第二侧向挡板；410-转动轴承；411-第一支撑转动杆；412-第二支撑转动杆；500-竖向定位机构；510-凸耳；520-支撑座；530-插销孔；540-伸缩气缸；550-伸缩杆；560-插销轴；600-传动齿条；700-塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置；710-单轴无线倾角计；720-倾角采集无线网关；800-塔吊支撑附着剪力墙；900-塔吊筒支撑底座水平度监测系统；901-1#静力水准仪，902-2#静力水准仪，903-3#静力水准仪，904-4#静力水准仪，910-连通水管，920-通信光纤，930-水平度数据采集仪；1000-监控系统中心。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一

下面结合图1至图12，详细说明本发明的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置的结构组成。

请参考图1至图12，一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，塔吊的相邻标准节之间设置筒架柱筒架柱130，支撑监控装置包括侧向支撑本体、侧向支撑驱动机构200，侧向压力监测模块300、竖向驱动机构400、竖向定位机构500、传动齿条600、塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置以及塔吊筒支撑底座水平度监测系统900。

竖向定位机构500对称分布于筒架柱130的两侧；筒架柱130由上至下依次间隔设有竖向定位机构500、中部连接件401和下部连接件160，下部连接件160固定连接侧向支撑本体和传动齿条600；下部连接件160能够在竖向驱动机构400作用下沿着筒架柱130爬升和下降，侧向支撑本体包括侧向支撑驱动机构200和侧向压力监测模块300，侧向压力监测模块300设置于侧向支撑驱动机构200的末端；传动齿条600的下端固定设置于下部连接件160上，传动齿条600的齿条部与转动齿轮408形成齿轮齿条啮合配合。

塔吊筒筒架柱130倾斜角度监测装置包括单轴无线倾角计710和倾角采集无线网关720，单轴无线倾角计710布设于每节塔吊筒筒架柱上方，每一节塔吊筒标准节顶层底面各设置一个倾角采集无线网关720。特别地，塔吊筒筒架柱130的X/Y方向各设置一个单轴无线倾角计710，X方向设置x轴倾角计，Y方向设置y轴倾角计，且安装于每节塔吊筒筒架柱130的上方位置，每一标准节安装4对x/y轴无线倾角计710，每一节塔吊筒筒架柱130各设置一个倾角采集无线网关720且安装于标准节顶层底面，用于采集单轴无线倾角计710发送的变化信号。

塔吊筒支撑底座水平度监测系统900安装于塔吊筒支撑层110底面，塔吊筒支撑底座水平度监测系统900包括四个静力水准仪、连通水管910、通信光纤920以及水平度数据采集仪930，四个静力水准仪依次为1#静力水准仪901、2#静力水准仪902、3#静力水准仪903、4#静力水准仪904，四个静力水准仪对应设置于塔吊筒支撑层110的每根支撑腿的位置底面，并通过连通水管910相互连接，静力水准仪内设置的光栅位移计通过通信光纤920串联在一起，通信光纤920输出端连接水平度数据采集仪930。

具体来说，塔吊标准节的首层板110上设有塔吊筒支撑腿120，塔吊相邻标准节之间的连接板140上设置传动齿条竖向预留孔150，塔吊筒支撑腿120与塔吊支撑附着剪力墙700上的预留支撑洞相配合。

筒架柱130上共设置两个矩形钢框即下部连接件160和中部连接件401，下部连接件160能够沿着筒架柱130的Z方向爬升或下降，但是在筒架柱130的x、y方向受到约束；中部连接件401固定设置于筒架柱130上；每个筒架柱130上设置有两个侧向支撑本体，两个侧向支撑本体标高一致互为90°夹角设置于筒架柱130上。

侧向支撑驱动机构200中的油缸底座201通过固定螺栓202固定安装于下部连接件160上，侧向油缸203伸缩杆前端设置连接侧向压力监测模块300；在筒架柱130上的竖向高度可调节，即爬升或下降。侧向支撑本体的侧向支撑驱动机构200以及侧向压力监测模块300固定安装于下部连接件160上，下部连接件160相对筒架柱130位置在Z方向上可调节，即竖向爬升或下降。塔吊每个标准节有四根筒架柱130，每根筒架柱130在x方向和y方向各设一个侧向支撑本体，从而一个标准节共设置8个侧向支撑本体。

侧向压力监测模块300的法兰盘310固定设置于侧向油缸203伸缩杆前端，且法兰盘310中心位置设置传感器底座320，传感器底座320与法兰盘310焊接固定，传感器底座320中心部位设计螺纹孔，压力传感器330内部设置螺纹通孔，通过锁紧螺杆340将压力传感器330固定安装于传感器底座320之上；受压环体350中间设置圆柱通孔，该圆柱通孔与压力传感器330半径大小一致；受压环体350上还预留传感器线槽。受压环体350的高度为压力传感器330高度与传感器底座320高度之和，配合安装后，受压环体350前端面与压力传感器330前端面重合。受压环体350上分布设置4个通孔，法兰盘310表面也分布设置4个通孔，通过紧固螺杆360以及紧固螺母370将受压环体350固定设置于法兰盘310表面。

一对竖向驱动机构400固定设置于筒架柱130上，且位于竖向定位机构500的下方；其中中部连接件401通过固定螺丝402固定安装于筒架柱130上，中部连接件401左右两侧设置竖向驱动机构400。以左侧竖向驱动机构400为例，其中电机底座403固定设置于中部连接件401侧面，驱动电机404设置于电机底座403上，驱动电机404右侧设有两个侧向挡板，分别为第一侧向挡板407、第二侧向挡板409，两个侧向挡板均安装于中部连接件401表面；两个侧向挡板中间设置转动齿轮408，转动齿轮408轴右侧设置转动轴承410，转动轴承410安装于第二侧向挡板409上，转动齿轮408轴左侧设置的转动轴承410安装于第一侧向挡板407内，电机转动轴405通过联轴器406与转动齿轮408进行连接设置；转动齿轮408侧边还设有支撑杆作为锁紧机构，该支撑杆有两个，分别为第一支撑转动杆411和第二支撑转动杆412，两个支撑杆分别设置于转动齿轮408的上下两侧，支撑杆两端各设置转动轴承410，转动轴承410安装于两侧挡板内。

竖向定位机构500对称式分布于筒架柱130两侧，其侧向凸耳510设置于筒架柱130两侧，并通过螺栓将支撑座520固定于筒架柱130上，支撑座520侧端面与侧向凸耳510焊接连接，支撑座520内部预留传动齿条600运动通道；支撑座520上固定设置插销孔530，伸缩气缸540设置于插销孔530左侧安装在支撑座520上，伸缩气缸540的伸缩杆550固定连接于插销轴560末端，插销轴560置于插销孔530内。

传动齿条600下端固定连接于侧向支撑本体的下部连接件160侧面；传动齿条600齿条部分与转动齿轮408形成齿轮齿条啮合配合。齿条传动工作时，传动齿条600纵跨支撑座520内，传动齿条600右侧设置锁紧机构，锁紧机构的第一支撑转动杆411、第二支撑转动杆412约束传动齿条600在X方向的偏移，防止齿条脱离齿轮的配合传动。

请继续参考图1至图12，本实施例还提供了超高层施工塔吊的支撑监控方法，该方法包括如下步骤：

步骤S1、提供前述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置备用；当塔吊爬升至设计层时，塔吊筒支撑腿120进入塔吊支撑附着剪力墙800的预留洞内，塔吊进入搁置状态，通过塔吊监控系统控制塔吊筒支撑腿120伸缩，实现塔吊筒支撑腿120进入建筑进入塔吊支撑附着剪力墙800的预留洞内，并完成塔吊进入搁置筒架的降落过程。当各塔吊筒支撑腿搁置于塔吊支撑附着剪力墙800洞口内，塔吊筒支撑层底座的水平度监测系统900实时监测各支撑腿搁置高度不平度，并将各采集点的水平度实时监测数据上传监控系统，以便采取进一步的控制措施。当塔吊筒水平度高差大于5mm，需要对塔吊筒支撑腿搁置的混凝土预留洞口的高度进行调整。塔吊筒支撑底座的水平度小于5mm，塔吊筒可以安全的进入搁置状态。

步骤S2、将侧向支撑本体固定于筒架柱130上，并使得其末端的压力监测模块300的前端面与塔吊支撑附着剪力墙700的墙面保持设计距离，例如200mm左右，并启动侧向油缸203，当压力监测模块300反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸203停止工作，侧向支撑本体进入支撑状态。

步骤S3、当施工工况要求侧向支撑本体爬升或下降时，启动驱动电机404，竖向驱动机构400的传动齿条600带动下部连接件160爬升或下降，从而侧向支撑本体在齿轮传动作用下爬升或下降，当侧向支撑本体到达指定位置时，关闭驱动电机404，使得侧向支撑本体固定在筒架柱130上；启动侧向油缸203，当压力监测模块300接触塔吊支撑附着剪力墙700的墙面，压力监测模块300反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸203停止工作，侧向支撑本体进入支撑状态；

步骤S4、在塔吊筒架柱130安装四对单轴无线倾角计710，用于监测筒架柱在x方向和y方向的倾斜变化，并预防因侧向支撑过度而导致的筒架变形、倾斜；设置的筒架柱130倾角预警指标为±0.5°，当筒架柱130倾角超过预警指标时，监控系统便发出报警响应，结合侧向支撑压力数据，通过监控系统控制侧向支撑装置运行，调整塔吊筒筒架柱130的倾斜角度；所有单轴无线倾角计710通过无线局域网传输方式进行数据采集，最终通过倾角采集无线网关720把监测数据传送给监控系统，实现塔吊筒架倾斜状况的实时监测。

特别地，所述步骤S3中，侧向油缸203的油缸驱动系统采用PLC控制器，侧向油缸203的伸出位移采用拉线式位移传感器(图中未进行表示)，侧向油缸203伸出初始阶段速度较快，油缸伸出控制采用速度控制以及位移控制法；当侧向油缸203位移达到190mm左右，油缸伸出控制方式采用力控制方式，侧向油缸203能够保持恒定的支撑压力。当压力监测模块300接触塔吊支撑附着剪力墙700的表面时，侧向油缸203继续伸出，支撑压力监测数值上升，当压力监测模块300反馈的压力数据达到5Mpa时，侧向油缸203停止供油。

特别地，压力监测模块300的接触面一般设计为圆形，半径R至少为100mm,侧向油缸203的伸缩杆半径r为25mm，压力传感器330的监测数值为P_A，单位为Mpa,P_A一般取安全值设为5Mpa。侧向油缸203的压力为P_B，单位为Mpa。通过力传递关系，得到侧向油缸203的力控制过程的压力数值。计算公式如下：

P_A*S₁＝P_B*S₂

5*Π*R²＝P_B*Π*r²

P_B＝5*Π*R²/Π*r²

P_B＝5*100²/25²

P_B＝80Mpa

通过上述公式，我们可以得到侧向油缸203力控制的恒定压力，将上述公式计算输入PLC控制器中，只要设置压力传感器330的监测数值P_A，即能够计算得到P_B，控制系统在控制侧向油缸203力控制过程自动识别顶伸力；P_A数值大小设定根据塔吊支撑附着剪力墙700墙面的厚度而定，因此在控制系统内，P_A为输入值，可以通过外部显示屏将目标值P_A输入，系统自动计算出P_B数值大小，并在力控制过程中，以P_B变量作为力控制的指标，从而达到力恒定、自动反馈控制的效果。

特别地，当施工工况要求侧向支撑本体爬升时，驱动电机404供电后进入制动状态；伸缩气缸540立即缩缸，气缸伸缩杆550带动插销轴560缩回，传动齿条600解除Z向约束；驱动电机404运行，电机轴405逆时针转动，转动齿轮408正转，传动齿条600在转动齿轮408传动下上升，齿条600侧面受到第一支撑杆411、第二支撑杆412约束，防止传动齿条600在X方向上发生偏移，保证传动齿条600沿着Z方向正常运动，传动齿条600下端固定连接的下部连接件160跟随上升，即侧向支撑本体在齿轮传动作用下提升，当侧向支撑本体到达可支撑位置时，驱动电机404停止工作，转动齿轮408及传动齿条600停止运动。接下来，将传动齿条600的z方向位置锁定；控制系统发送指令，伸缩气缸540进行伸缸，此时气缸伸缩杆550推动插销轴560从插销孔530内伸出，插销轴560前端设计成人字齿形状，插销轴560伸出后其前端齿可与传动齿条600的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条600下方连接的侧向支撑本体在Z方向上完成固定。侧向支撑本体动作，控制系统发送指令，侧向油缸203以恒定速度伸出190mm左右，再通过力控制方式控制油缸油压，直到压力监测模块300接触塔吊支撑附着剪力墙700的墙面，监测压力达到设定值后，侧向油缸203停止运行，并对系统油压进行保持。

当施工工况要求侧向支撑本体下降时，驱动电机404供电后进入制动状态，伸缩气缸540缩缸，插销轴560缩回插销孔530内；驱动电机404运行，电机轴405顺时针转动，转动齿轮408反转，传动齿条600在啮合传动作用下下降，下降过程中，传动齿条600受到第一支撑杆411、第二支撑杆412的支撑，使得传动齿条600沿着Z方向受转动齿轮408驱动降落，传动齿条600下端固定连接的下部连接件160降落，下部连接件160上连接的侧向支撑本体下降，当侧向支撑本体达到可支撑目标位置的高度时，驱动电机404停止工作，转动齿轮408及传动齿条600停止运动；接下来，将传动齿条600进行Z方向锁紧；控制系统发送指令，伸缩气缸540进行伸缸，此时气缸伸缩杆550推动插销轴560从插销孔530内伸出，插销轴560前端设计成人字齿形状，插销轴560伸出后前端齿可与传动齿条600的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条600下方连接的侧向支撑本体在Z方向上完成锁定。侧向支撑本体动作，控制系统发送指令，侧向油缸203以恒定速度伸出190mm左右，再通过力控制方式控制油缸油压，直到压力监测模块300接触塔吊支撑附着剪力墙700的墙面，监测压力达到设定值后，油缸停止运行，并对系统油压进行保持。

塔吊臂吊装重物作业、大风天气环境都是引起塔吊筒架倾斜的重要因素，在筒架柱的支撑钢柱上安装了无线倾角计710，用于监测塔吊筒筒架柱在x和y方向的倾斜变化，并预防因侧向支撑过度而导致的筒架变形、倾斜。设置的筒架柱倾角预警指标为-/+0.5°，当筒架柱倾角超过预警指标时，监控系统便发出报警响应，结合侧向支撑压力数据，通过监控系统控制侧向支撑装置运行，调整塔吊筒架倾斜角度。每节塔吊筒内安装了四对单轴无线倾角计710，并通过无线局域网传输方式进行数据采集，最终通过倾角采集无线网关720把监测数据传送给监控系统中心1000，实现塔吊筒筒架柱倾斜状况的实时监测。

请继续参考图11，超高层施工塔吊的支撑监控方法主要施工流程为：监控中心发送指令-准备塔吊搁置作业-塔吊筒牛腿支撑-塔吊筒水平度监测(判断水平度是否大于5mm)-塔吊筒搁置施工(主要通过调整水平度)-筒架柱倾角监测(通过调整X轴倾角和Y轴倾角实现)-塔吊安全施工。

以上过程实现了塔吊侧向支撑压力定量化、侧向支撑压力调节可控化，监测压力与油缸控制联动，侧向支撑装置竖向位置可调节、侧向支撑装置可固定、塔吊搁置不平度监测、塔吊筒架架体倾斜监测的功能。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述塔吊的相邻标准节之间设置筒架柱，所述支撑监控装置包括：

侧向支撑本体、侧向压力监测模块、竖向驱动机构、竖向定位机构、传动齿条、塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置、塔吊筒支撑底座水平度监测系统；

所述筒架柱由上至下依次间隔设有竖向定位机构、中部连接件和下部连接件，所述下部连接件两侧设置竖向驱动机构，所述下部连接件固定连接所述侧向支撑本体和传动齿条，所述下部连接件能够在所述竖向驱动机构作用下沿着所述筒架柱爬升和下降；

所述侧向支撑本体包括侧向支撑驱动机构和侧向压力监测模块，所述侧向支撑驱动机构的末端设置所述侧向压力监测模块，所述传动齿条的下端固定设置于所述下部连接件上，所述传动齿条的齿条部与转动齿轮形成齿轮齿条啮合配合；

所述塔吊筒筒架柱倾斜角度监测装置包括单轴无线倾角计和倾角采集无线网关，所述单轴无线倾角计布设于每节筒架柱上方，每一节标准节顶层底面各设置一个倾角采集无线网关；

所述塔吊筒支撑底座水平度监测系统包括四个静力水准仪、连通水管、通信光纤以及水平度数据采集仪，四个所述静力水准仪通过所述连通水管相互连接，所述静力水准仪内设置的光栅位移计通过通信光纤串联在一起，所述通信光纤输出端连接水平度数据采集仪。

2.根据权利要求1所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述塔吊标准节的首层板上设有塔吊筒支撑腿，所述塔吊相邻标准节之间的连接板上设置传动齿条竖向预留孔，所述塔吊筒支撑腿与塔吊支撑附着剪力墙上的预留支撑洞相配合。

3.根据权利要求1所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述侧向支撑驱动机构包括油缸底座和侧向油缸，所述油缸底座与所述下部连接件螺栓连接，所述侧向油缸的伸缩杆前端设置所述侧向压力监测模块。

4.根据权利要求3所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述侧向压力监测模块通过法兰盘与所述侧向油缸的伸缩杆固定连接，所述侧向压力监测模块包括压力传感器、传感器底座和受压环体，所述法兰盘的中心位置设置所述传感器底座，所述压力传感器与所述传感器底座螺纹连接，所述受压环体与所述法兰盘螺栓连接，所述受压环体与所述压力传感器相配合，所述受压环体的高度为压力传感器和传感器底座的高度之和，所述受压环体预留传感器线槽，所述受压环体的前端面与压力传感器前端面重合。

5.根据权利要求3所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述竖向驱动机构通过所述下部连接件固定设置于筒架柱上，竖向驱动机构包括电机底座、驱动电机、侧向挡板、转动齿轮、转动轴承、电机转动轴、联轴器，所述驱动电机设置于所述电机底座上，所述驱动电机的一侧设置两个侧向挡板，两个侧向挡板之间设置所述转动齿轮，转动轴承设置于侧向挡板上，电机转动轴通过联轴器与转动齿轮连接，转动齿轮上下两侧各设置一个支撑杆，支撑杆两端分别设置转动轴承。

6.根据权利要求5所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置，其特征在于，所述竖向定位机构有两个，所述竖向定位机构包括凸耳、支撑座，两个所述凸耳设置于所述筒架柱的两侧，所述支撑座内部预留传动齿条运动通道，所述支撑座上设有插销孔和伸缩气缸，所述插销孔内设有插销轴，所述伸缩气缸的伸缩杆固定于所述插销轴的末端。

7.一种超高层施工塔吊的支撑监控方法，其特征在于，包括：

步骤S1、提供权利要求6所述的用于超高层施工塔吊的支撑监控装置备用；当塔吊爬升至设计层时，塔吊筒支撑腿进入塔吊支撑附着剪力墙的支撑洞内，塔吊进入搁置状态，首层板的底面的塔吊筒支撑底座水平度监测系统实时监测各塔吊筒支撑腿搁置高度不平度，并将各采集点的水平度实时监测数据上传监控系统；当塔吊筒水平度高差大于5 mm，需要对塔吊筒支撑腿搁置的混凝土预留洞口的高度进行调整；当塔吊筒支撑底座的水平度小于5mm，塔吊筒安全的进入搁置状态；

步骤S2、当所述侧向支撑本体的侧向压力监测模块的前端面与塔吊支撑附着剪力墙的墙面保持设计距离时，启动侧向油缸，当侧向压力监测模块反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸停止工作，所述侧向支撑本体进入支撑状态；

步骤S3、当所述侧向支撑本体需要到达指定位置时，启动驱动电机，竖向驱动机构的传动齿条带动下部连接件爬升或下降，从而侧向支撑本体在齿轮传动作用下爬升或下降，当侧向支撑本体到达指定位置时，关闭驱动电机，使得侧向支撑本体固定在筒架柱上；启动侧向油缸，当侧向压力监测模块接触塔吊支撑附着剪力墙的墙面，侧向压力监测模块反馈的压力数据达到设定值时，侧向油缸停止工作，侧向支撑本体在指定位置进入支撑状态；

步骤S4、在塔吊筒架柱安装四对单轴无线倾角计，用于监测筒架柱在x方向和y方向的倾斜变化，并预防因侧向支撑过度而导致的筒架柱变形、倾斜；设置的筒架柱倾角预警指标为±0.5°，当筒架柱倾角超过预警指标时，监控系统便发出报警响应，结合侧向支撑压力数据，通过监控系统控制侧向支撑本体运行，调整筒架柱的倾斜角度；所有单轴无线倾角计通过无线局域网传输方式进行数据采集，最终通过倾角采集无线网关把监测数据传送给监控系统，实现筒架柱倾斜状况的实时监测。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述侧向油缸的驱动采用PLC控制器，侧向油缸伸出位移采用拉线式位移传感器，侧向油缸伸出控制采用速度控制以及位移控制法，当侧向压力监测模块的前端面与墙面保持设计距离时，侧向油缸伸出控制方式采用力控制方式，侧向油缸能够保持恒定的支撑压力。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述侧向支撑本体爬升时，侧向油缸的驱动采用PLC控制器，启动驱动电机，伸缩气缸的伸缩杆带动插销轴缩回，传动齿条解除竖向约束；驱动电机运行，电机转动轴逆时针转动，转动齿轮正转，传动齿条在转动齿轮传动下上升，传动齿条下端固定连接的下部连接件跟随上升，从而侧向支撑本体在齿轮传动作用下提升，当侧向支撑本体到达指定位置时，驱动电机停止工作，转动齿轮及传动齿条停止运动并进行位置锁定；控制系统发送指令，伸缩气缸的伸缩杆推动插销轴从插销孔内伸出，插销轴前端设计成人字齿形状，使得插销轴伸出后其前端齿与传动齿条的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条下方连接的侧向支撑本体在目标位置处锁定。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述侧向支撑本体下降时，驱动电机供电后进入制动状态，伸缩气缸缩缸，插销轴缩回插销孔内；驱动电机运行，电机转动轴顺时针转动，转动齿轮反转，传动齿条在啮合传动作用下下降，下降过程中，传动齿条受到第一支撑杆、第二支撑杆的支撑，使得传动齿条带动下部连接件降落，从而侧向支撑本体下降，当其下降至目标位置时，驱动电机停止工作，转动齿轮及传动齿条停止运动，并锁紧传动齿条；控制系统发送指令，伸缩气缸进行伸缸，此时伸缩气缸的伸缩杆推动插销轴从插销孔内伸出，插销轴前端设计成人字齿形状，插销轴伸出后前端齿可与传动齿条的传动齿进行配合实现齿条位置固定，传动齿条下方连接的侧向支撑本体在目标位置处锁定。

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