CN113916143A - 一种渡槽预应力张拉控制方法 - Google Patents

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郁张睿龙
王建
孙嘉怡
谷冰岚
王玮
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Abstract

本发明公开了一种渡槽预应力张拉控制方法，两个激光发射器的发射方向相反，且发射的激光分别指向一个激光接收屏的刻度线上。施工前，使两激光发射器所发射激光照射于两侧激光接收屏的相同刻度线位置，施工时，由施工人员实时观察激光接收屏上激光位置读数，若数值变大，则及时张拉渡槽顶部预应力钢绞线，或部分去除槽身中部支撑；若数值变小，则及时张拉渡槽底部预应力钢绞线。本发明通过激光反射放大效应使得肉眼可明显观测到激光接收屏上光点位置变化情况，反映渡槽所受应力状态和变形情况，操作简便，激光发射器、激光接收屏直接安装在渡槽中，方便安装、移动和拆卸，能够重复使用。

Description

一种渡槽预应力张拉控制方法
技术领域
本发明涉及渡槽预应力张拉监测控制技术领域，具体涉及一种渡槽预应力张拉控制方法。
背景技术
渡槽是用于输水的一种水工建筑物，广泛应用于各类输水工程项目中。当渡槽跨度较大时，钢筋混凝土结构难以满足裂缝控制需求，因此常布设预应力钢绞线。施工期，由于部分钢绞线率先张拉完成，槽体受到预应力筋的作用力处于偏心受压状态，将产生较大弯矩，引起纵向应力导致槽体开裂，可通过控制各预应力筋的张拉顺序，以及部分拆除跨中的支撑模架以叠加渡槽自重的不同顺序方案，保证渡槽安全稳定。
目前，现有技术中大型渡槽施工前，往往采取张拉仿真的方法对预应力筋张拉过程中渡槽所受应力状态和变形情况先进行模拟和控制。在实际施工时，采用在渡槽各部位铺设钢筋计或应力计的方法对渡槽的应力状态进行监控，该种方法操作复杂，钢筋计或应力计易损坏，同时所铺设的钢筋计或应力计无法移动和重复使用，成本高昂，因此需要一种方便操作、能够实时监测渡槽截面沉降和变形情况的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术操作复杂、所铺设的钢筋计或应力计无法移动和重复使用的不足，提供一种渡槽预应力张拉控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：
一种渡槽预应力张拉控制方法，渡槽的端面为U型结构，两侧边墙为竖平面，在渡槽跨中位置的一侧边墙上设置两个激光发射器，两个激光发射器连接为整体，在渡槽两端各设置一个激光接收屏，两个激光接收屏与激光发射器位于同一侧边墙，并关于这两个激光发射器对称设置，两个激光接收屏上均具有竖向的刻度线，两个激光发射器的发射方向相反，且发射的激光分别指向一个激光接收屏的刻度线上；施工前，使两激光发射器所发射激光照射于对应侧激光接收屏的零刻度线位置，施工时，由施工人员实时监测激光接收屏上激光点位置读数，若数值变大至靠近上限刻度时，则表明跨中截面上拱，应及时张拉渡槽顶部预应力钢绞线或部分拆除跨中的支撑模架至激光点位置回归到零刻度线位置，若数值变小至靠近下限刻度时，则表明跨中截面下沉，应及时张拉渡槽底部预应力钢绞线至激光点位置回归到零刻度线位置。
两侧激光发射器相互独立，且分别照射到激光接收屏，激光接收屏的两侧面均能观察到激光照射点在刻度线上的位置，可于渡槽外就能获取接收屏上的刻度线读数，方便施工，通过粘贴方式连接在竖向平面的侧边墙上，连接牢固，方便读数，减小由于装置固定不牢，使得激光接收屏读数因施工震动、风等外部影响而大幅度波动。
优选地，两个激光发射器均滑动连接在支撑杆上，支撑杆和两个激光接收屏分别通过胶粘接在渡槽的同侧边墙上。
优选地，连接激光发射器的支撑杆两侧各连接有一个竖向的滑轨，竖向滑轨两侧边的支撑杆上竖向开设有若干个螺纹孔，滑轨上滑动连接有滑块，激光发射器固定连接在滑块上，滑块的两侧各沿伸形成有一个凸耳，两个凸耳上竖向开设有若干个与支撑杆螺纹孔对应的螺纹孔，通过在滑块与支撑杆的螺纹孔中拧设螺钉，将激光发射器固定在滑轨上。
通过滑轨、滑块的设置，使激光发射器的高度可调。
优选地，支撑杆上安装有气泡水平仪，依据气泡水平仪调节支撑架，以确保支撑杆安装竖直。
优选地，激光接收屏的外部罩设有遮光罩，遮光罩上设置有气泡水平仪。遮光罩遮挡外部自然光，以增加对比度，使激光点成像清晰，依据气泡水平仪调节激光接收屏，保证激光接收屏始终竖直。
优选地，激光接收屏的高度可调，激光接收屏的底部固定连接在伸缩杆的伸缩端。
通过伸缩杆的设置，使激光接收屏的高度可调，通过调节激光接收屏的高度、激光发射器的高度，使两侧激光点承接于人眼高度位置，使两侧激光点承接于激光承接屏的0刻度线位置。
优选地，位于两个激光发射器上方的支撑杆两侧均安装有平面反射镜a，两个激光接收屏的下端安装有平面反射镜b，激光发射器发射的激光先照射在对应侧的平面反射镜b上，经该平面反射镜b反射至平面反射镜a上，再由平面反射镜a反射至对应侧的激光接收屏上。
通过平面反射镜b、平面反射镜a、激光接收屏的相互配合，使激光接收屏激光点成像清晰，对渡槽的微小变形起到放大显示作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过两个激光发射器发射激光，照射在两个激光接收屏的刻度线上，通过肉眼观测光点位置变化情况，还通过平面反射镜b、平面反射镜a、激光接收屏相互配合所起的放大效应，更好地反映渡槽所受应力状态和变形情况，操作简便，激光发射器、激光接收屏直接安装在渡槽中，方便安装、移动和拆卸，能够重复使用。
附图说明
图1显示了监控装置安装在渡槽中的主视图结构；
图2显示了监控装置安装在渡槽中的立体图结构；
图3显示了激光接收屏安装在渡槽中的结构；
图4显示了激光发射器安装在渡槽中的结构；
图5显示了激光发射器安装在支撑杆上的结构；
图6显示了激光接收屏的结构；
图7显示了激光接收屏底部连接伸缩杆的结构；
图8显示跨中截面变形情况，其中8a显示了跨中截面上拱的情况，8b显示了跨中截面下沉的情况；
图9显示了激光发射器发射的激光点经平面反射镜b、平面反射镜a后呈现在激光接收屏上的激光点情况。
具体实施方式
为了使本发明的结构更清楚，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1-5所示，一种渡槽预应力张拉控制方法，需要在渡槽中安装监控装置，渡槽的端面为U型结构，两侧边墙为竖平面，所述监控装置包括两个激光发射器1和两个激光接收屏2，两个激光发射器均连接在支撑杆3上，支撑杆下端固定连接于支撑架12上，支撑架粘贴设置在渡槽6跨中位置的一侧边墙上，两个激光发射器分别连接在支撑杆相对设置的两侧，两个激光发射器的发射方向相反，并分别指向渡槽长度方向的两端，支撑杆相对设置的两侧各连接有一个竖向滑轨8，竖向滑轨两侧的支撑杆上竖向开设有若干个螺纹孔11，竖向滑轨上滑动连接有滑块9，滑块的两侧各沿伸形成有一个凸耳10，两个凸耳上竖向开设有若干个与支撑杆螺纹孔对应的螺纹孔，通过在滑块与支撑杆的螺纹孔中拧设螺钉，将滑块固定在滑轨上，激光发射器固定连接在滑块上。
两个激光接收屏分别通过胶粘接在与支撑杆同侧的渡槽边墙上，两个激光接收屏相对支撑杆对称设置，激光接收屏上沿竖向设置有若干刻度线7，两个激光发射器发射的激光分别指向对应侧的激光接收屏的刻度线上。
本实施例中，支撑杆为高强度不锈钢棱柱体，支撑杆的下端固定连接于支撑架，确保整个激光发射装置的安全稳定，确保监测精度，在其他实施例中也可以不用支撑架，将支撑杆直接粘贴在渡槽竖直侧边墙上。
本实施例中，在安装激光发射器的支撑杆上安装有气泡水平仪，依据气泡水平仪调节支撑架，以确保支撑杆安装竖直。
本实施例中，激光发射器为红外激光发射器，型号为QS186LE。
本实施例中，激光接收屏为HCP-IR-1201红外显色卡，激光接收屏的外部罩设有遮光罩5，遮光罩遮挡外部自然光，以增加对比度，使激光点成像清晰，保证激光接收屏的两面均可显示清晰激光点，便于渡槽外侧施工人员实时监测。遮光罩上也设置有气泡水平仪，依据气泡水平仪调节支撑架，以确保激光接收屏竖直安装。
如图6所示，本实施例中，激光接收屏通过胶水连结在支撑架上，保证激光接收屏的安全稳定。激光接收屏标有精确刻度，激光发射器所发射激光照射在刻度线上，将渡槽跨中截面的微小变形显示在刻度线上。
张拉方法包括：
S1、施工前，测量渡槽实际长度，确定渡槽跨中位置，将连接激光发射器的支撑架安装于渡槽跨中位置处，将两个激光接收屏对称安装于渡槽两端，确保激光发射器和两个激光接收屏三者位于同一水平线上。
S2、滑动支撑杆上的滑块，使两侧激光发射器位于人眼高度，方便观察，并使两个激光发射器所发射激光照射在对应侧激光接收屏的同一个初始刻度线上，保持支撑杆和激光接收屏竖直，并将遮光罩装配于两侧激光接收屏上。
如图8a、8b所示，S3、施工时，由施工人员实时监测激光接收屏上激光位置读数，若数值变大，则表明跨中截面上拱，应及时张拉渡槽顶部预应力钢绞线或部分拆除跨中支撑模架，若数值变小，则表明跨中截面下沉，应及时张拉渡槽底部预应力钢绞线。
施工结束后，可即时拆除激光发射器和激光接收屏。
根据材料力学方法,渡槽可简化为简支梁模型。渡槽跨长为L，所用混凝土弹性模量为E,截面面积为A，惯性矩为I，渡槽顶部至形心距离为y，设计要求应力限度值为σ0。以渡槽跨中上拱为例，以位移向上为正。根据：
Figure BDA0003292070190000041
式中，F为预应力筋张拉所产生轴力，σ为截面应力，M为截面弯矩；
可得跨中弯矩限度值为：
Figure BDA0003292070190000051
由，
Figure BDA0003292070190000052
Figure BDA0003292070190000053
其中，w0为跨中挠度；θ0为端部转角。
得出渡槽未叠加自重时，跨中位移限度和端部转角限度为：
Figure BDA0003292070190000054
Figure BDA0003292070190000055
渡槽自重视为均布荷载q，其引起的跨中挠度和端部转角为：
Figure BDA0003292070190000056
Figure BDA0003292070190000057
得出叠加渡槽自重后跨中位移限度和端部转角限度为：
Figure BDA0003292070190000058
Figure BDA0003292070190000059
如图8、9，渡槽上拱时，跨中截面位移与两侧接收屏角度偏转均使激光接收屏上激光点位置上移，渡槽下沉时，跨中截面位移与两侧接收屏角度偏转均使激光接收屏上激光点位置下移。而两偏移效应同向，可叠加。故结合激光发射器同激光接收屏间距离
Figure BDA00032920701900000510
与截面危险位移d对应的端部转角α。根据光的反射定律得激光点偏移距离：
Figure BDA0003292070190000061
或：
Figure BDA0003292070190000062
跨中截面下沉同理，确定激光点偏移下限为Y；以此可以确定上限刻度和下限刻度范围为(Y，X)。
实施例2
如图7，本实施例与实施例1的区别仅在于，激光接收屏的高度可调，具体为：激光接收屏的底部固定连接在伸缩杆的伸缩端，在调节激光发射器使两侧激光点承接于人眼高度位置后，也能分别调节两侧伸缩杆，使两侧激光点承接于激光承接屏的0刻度线位置。
实施例3
本实施例与实施例2的区别仅在于，位于两个激光发射器上方的支撑杆两侧均安装有平面反射镜a，两个激光接收屏的下端安装有平面反射镜b，激光发射器发射的激光先照射在对应侧的平面反射镜b上，经该平面反射镜b反射至平面反射镜a上，再由平面反射镜a反射至对应侧的激光接收屏上。
如图9，激光点A为初始状态，经平面反射镜b、平面反射镜a后呈现在激光接收屏上的激光点为a点；激光点B为跨中下沉状态，呈现在激光接收屏上的激光点为b点；激光点C为跨中上拱状态，呈现在激光接收屏上的激光点为c点，在激光接收屏上偏差显著，平面反射镜b、平面反射镜a、激光接收屏相互配合，使激光接收屏激光点成像清晰，对渡槽的微小变形起到放大显示作用。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种渡槽预应力张拉控制方法，渡槽的端面为U型结构，两侧边墙为竖平面，其特征在于，在渡槽跨中位置的一侧边墙上设置两个激光发射器，两个激光发射器连接为整体，在渡槽两端各设置一个激光接收屏，两个激光接收屏与激光发射器位于同一侧边墙，并关于这两个激光发射器对称设置，两个激光接收屏上均具有竖向的刻度线，两个激光发射器的发射方向相反，且发射的激光分别指向一个激光接收屏的刻度线上。施工前，使两激光发射器所发射激光照射于对应侧激光接收屏的零刻度线位置，施工时，由施工人员实时监测激光接收屏上激光点位置读数，若数值变大至靠近上限刻度时，则表明跨中截面上拱，应及时张拉渡槽顶部预应力钢绞线或部分去除槽身中部支撑，至激光点位置回归到零刻度线位置；若数值变小至靠近下限刻度时，则表明跨中截面下沉，应及时张拉渡槽底部预应力钢绞线至激光点位置回归到零刻度线位置。
2.根据权利要求1所述的一种渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，两个激光发射器均滑动连接在支撑杆上，支撑杆和两个激光接收屏分别通过胶粘接在渡槽的同一侧边墙上。
3.根据权利要求2所述的渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，连接激光发射器的支撑杆两侧各连接有一个竖向的滑轨，竖向滑轨两侧边的支撑杆上竖向开设有若干个螺纹孔，滑轨上滑动连接有滑块，激光发射器固定连接在滑块上，滑块的两侧各沿伸形成有一个凸耳，两个凸耳上竖向开设有若干个与支撑杆螺纹孔对应的螺纹孔，通过在滑块与支撑杆的螺纹孔中拧设螺钉，将激光发射器固定在滑轨上。
4.根据权利要求3所述的渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，支撑杆上安装有气泡水平仪。
5.根据权利要求1所述的渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，激光接收屏的外部罩设有遮光罩，遮光罩上设置有气泡水平仪。
6.根据权利要求1所述的渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，激光接收屏的高度可调，激光接收屏的底部固定连接在伸缩杆的伸缩端。
7.根据权利要求1所述的渡槽预应力张拉控制方法，其特征在于，位于两个激光发射器上方的支撑杆两侧均安装有平面反射镜a，两个激光接收屏的下端安装有平面反射镜b，激光发射器发射的激光先照射在对应侧的平面反射镜b上，经该平面反射镜b反射至平面反射镜a上，再由平面反射镜a反射至对应侧的激光接收屏上。
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