CN114045754A - 一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法 - Google Patents
一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,监测方法包括以下步骤:在挂篮拼装时,在挂篮托梁中点安装激光测距仪和水平测角仪,并在挂篮托梁两端的吊杆安装拉力传感器;待挂篮走行至梁段悬臂施工特定位置时,在地面上放置反射装置;开始悬臂施工时,启动激光测距仪,测量挂篮托梁与反射装置初始竖直距离;梁段悬臂施工时,观测激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪,得到此时刻挂篮托梁与反射装置竖直距离,挂篮托梁两端的吊杆所受拉力,挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度;将挂篮托梁重心竖向位移与竖向变形限值进行比较,挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度与水平偏角限值进行比较,若实测值超出限值,将自动报警并记录。
Description
技术领域
本发明涉及挂篮变形监测的技术领域,尤其是一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法。
背景技术
挂篮施工,是指浇筑较大跨径的悬臂梁桥时,采用吊篮方法,就地分段悬臂作业。挂篮既是悬臂施工中的主要设备,又是预应力筋未张拉前梁段的主要承重结构,因此其在施工过程中将产生较大的竖向变形,且对于大体积梁的施工,施工中的不平衡重可能导致挂篮各点位的不平衡竖向变形。一旦竖向变形过大,将影响梁段标高和桥梁线形,甚至导致无法合龙,严重时导致梁体倾覆,造成重大施工事故,因此对挂篮重心竖向位移进行监测尤为重要。
目前,常用的变形监测方法主要有精密水准仪法、全站仪法等人工优化测量方法,存在测试时间长、人为误差大、无法获得实时动态数据等不足;而一些新型的监测方法如全球定位系统法(GPS)、连通管法等,虽然能获得较高精度的实时动态数据,但存在安装复杂、成本高昂的缺点,也无法便捷的调整测量点位,对于梁体施工过程中不平衡重下的挂篮重心竖向位移更是难以测量,因而测量局限性大,不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足,提供了一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,实时采集挂篮托梁与反射装置竖直距离、挂篮托梁两端的吊杆所受拉力以及挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度,计算出挂篮托梁重心竖向位移,并将挂篮托梁重心竖向位移与竖向变形限值进行比较,挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度与水平偏角限值进行比较,实现了对挂篮变形实时监测。
本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述监测方法包括以下步骤:
a、在挂篮拼装时,在挂篮托梁中点安装激光测距仪和水平测角仪,并在所述挂篮托梁两端的吊杆安装拉力传感器,测量所述挂篮托梁的长度为L;
b、待所述挂篮走行至梁段悬臂施工特定位置时,在地面上放置反射装置且所述反射装置位于所述激光测距仪的正下方,并观测所述水平测角仪,确保所述挂篮初始状态水平;
c、开始悬臂施工时,启动所述激光测距仪,测量所述挂篮托梁与所述反射装置初始竖直距离为h0;
d、所述梁段悬臂施工进行至时刻t1时,观测所述激光测距仪、所述拉力传感器和所述水平测角仪,得到此时刻所述挂篮托梁与所述反射装置竖直距离为h1,所述挂篮托梁两端的吊杆所受拉力分别为T1、T2,所述挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度为α;
所述挂篮托梁重心距离两端点的水平距离分别为L1、L2,L1+L2=L,L1≥L2;
将所述挂篮托梁重心竖向位移Δy与竖向变形限值进行比较,所述挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度α与水平偏角限值进行比较,若实测值超出限值,将自动报警并记录;
e、进入下一梁段施工时,所述激光测距仪、所述拉力传感器和所述水平测角仪随所述挂篮走行从而相对位置不变,所述反射装置则通过人工重新放置于所述激光测距仪的正下方,重复上述步骤a-d,可对桥梁悬臂施工全过程进行实时监测与预警。
所述激光测距仪的数量为三个,分别为第一激光测距仪、第二激光测距仪以及第三激光测距仪,三所述激光测距仪均安装在连杆上,所述第一激光测距仪和所述第三激光测距仪设于所述连杆两端,所述第二激光测距仪设于所述连杆中部,三所述激光测距仪上均分别安装有一所述水平测角仪。
所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪均包括装置外壳以及安装在所述装置外壳内的激光位移传感器,所述第二激光测距仪还包括蓄电池和信号传输系统,所述蓄电池通过供电线路分别同所述激光位移传感器和所述信号传输系统连接,所述信号传输系统同所述激光位移传感器连接。
所述蓄电池安装在所述第二激光测距仪顶部,所述蓄电池上设有液晶电量显示屏和USB充电接口。
所述第二激光测距仪侧部安装有开关和把手且所述把手上设有防滑条,所述第二激光测距仪底部安装有配重块。
所述第一激光测距仪和所述第三激光测距仪均通过转动装置同所述连杆转动连接,所述第二激光测距仪与所述连杆间为铰接。
所述连杆通过其后侧的固定磁铁磁吸连接于所述挂篮托梁。
所述连杆顶部安装有水平仪。
所述反射装置包括三脚架以及安装在所述三脚架上的激光反射板;所述三脚架包括同所述激光反射板连接且高度可调的中轴以及同所述中轴活动连接的三个脚管,所述脚管下端安装有耐磨防滑脚垫,所述激光反射板上设有激光反射板锁紧旋钮,所述中轴上设有中轴锁紧旋钮。
所述三脚架与所述激光反射板间为螺栓连接,所述中轴为齿轮升降式结构,所述中轴与所述脚管间为轴承连接。
本发明的优点是:
1、通过布置激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪来实时监测挂篮重心位置,实现了传统重心测量方法的创新,且其输出的挂篮重心竖向位移值不仅考虑了挂篮的受力变形,还计入了挂篮因不平衡加载导致水平偏转而引起的重心位置变化,可准确获得挂篮的实际工作状态,工作人员可据此及时调整挂篮以保证挂篮的安全可靠;
2、通过设置水平测角仪,能够实时测量出挂篮托梁的水平方向倾角,有效得到梁体施工过程中的偏转情况,如倾角过大,则发出警报,可及时采取措施防止梁体倾覆,提高了施工的安全性;
3、一方面通过设置磁铁,增强了装置安装的简易性;另一方面通过设置三脚架,提高了反射装置的便捷性,且激光反射板与三脚架螺栓紧固连接,可以避免监测过程中反射板偏移影响数据采集的准确性。
附图说明
图1为本发明监测方法示意图;
图2为本发明监测装置结构示意图
图3为本发明监测装置工作状态示意图;
图4为本发明第一激光测距仪结构示意图;
图5为本发明第二激光测距仪结构示意图;
图6为本发明反射装置结构示意图;
图7为本发明转动装置和水平测角仪安装示意图;
图8为本发明水平仪和固定磁铁安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明,以便于同行业技术人员的理解:
如图1-8所示,图中标记1-27分别表示为:测量系统1、反射装置2、激光测距仪3、水平测角仪4、转动装置5、连杆6、固定磁铁7、激光反射板8、三脚架9、第一激光测距仪10、第二激光测距仪11、第三激光测距仪12、装置外壳13、蓄电池14、激光位移传感器15、信号传输系统16、开关17、USB充电接口18、配重块19、把手20、液晶电量显示屏21、水平仪22、激光反射板锁紧旋钮23、中轴24、脚管25、中轴锁紧旋钮26、耐磨防滑脚垫27。
实施例1:如图1所示,本实施例涉及一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,监测方法包括以下步骤:
a、在挂篮拼装时,将激光测距仪和水平测角仪通过磁铁固定在挂篮托梁中点,将两个拉力传感器分别固定在挂篮托梁两端的吊杆,同时测量挂篮托梁长度并记为L。其中,激光测距仪用于测量挂篮托梁至反射装置的竖向距离,拉力传感器用于测量挂篮托梁两端吊杆所受拉力,水平测角仪用于测量挂篮托梁相对水平方向的偏转角度。激光测距仪、水平测角仪以及拉力传感器组成了本监测方法所使用的测量系统,并且激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪均内置有蓝牙,可将数据无线传输至数据分析系统,数据分析系统用于根据测量系统传递来的数据,通过给定的算法程序,输出挂篮重心的竖向位移和实时位置。另外,激光测距仪与磁铁的接触面之间设有滑动轴承,激光测距仪的底部加装配重块,用于通过重力作用保证激光测距仪不随挂篮托梁偏转,而是始终保持竖直向下,确保所测竖向距离的准确性。此外,激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪均分别同蓄电池连接,蓄电池通过磁铁固定于挂篮托梁侧面,并通过供电线路为测量系统供电。
b、待挂篮走行至梁段悬臂施工特定位置时,在地面上放置反射装置且反射装置位于激光测距仪的正下方,反射装置由激光反射板和三脚架组成,激光反射板为漫反射标准白板,并采用螺栓紧固连接于三脚架顶部,同时观测水平测角仪,确保挂篮初始状态水平。
c、开始悬臂施工时,启动激光测距仪,测量挂篮托梁与反射装置(激光反射板)初始竖直距离并记为h0。
d、梁段悬臂施工进行至时刻t1时,观测激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪,得到此时刻挂篮托梁与反射装置(激光反射板)竖直距离为h1,挂篮托梁左、右两端的吊杆所受拉力分别为T1、T2,挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度为α。
挂篮托梁重心距离两端点的水平距离分别为L1、L2,L1+L2=L,L1≥L2。
数据分析系统通过上述算法,根据测量系统传输的实时数据,即可输出挂篮重心的实时竖向位移,将挂篮托梁重心竖向位移Δy与竖向变形限值进行比较,挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度α与水平偏角限值进行比较,若实测值(挂篮托梁重心竖向位移Δy与挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度α)超出限值,将自动报警并记录。
e、进入下一梁段施工时,激光测距仪、拉力传感器和水平测角仪随挂篮走行从而相对位置不变,反射装置则通过人工重新放置于激光测距仪的正下方,重复上述步骤a-d,可对桥梁悬臂施工全过程进行实时监测与预警。
实施例2:如图2-8所示,本实施例涉及一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,该监测方法通过监测装置实现对挂篮变形的实时监测。该监测装置主要包括测量系统1和反射装置2,测量系统1安装在挂篮托梁上,反射装置2放置于测量系统1的下方。测量系统1由激光测距仪3、水平测角仪4、转动装置5、连杆6和固定磁铁7组成,激光测距仪3的数量为3个,分别为第一激光测距仪10、第二激光测距仪11以及第三激光测距仪12,第一激光测距仪10和第三激光测距仪12均通过转动装置5分别同连杆6两端进行转动连接,能够保证第一激光测距仪10和第三激光测距仪12的测距激光以一定角度进行发射,第二激光测距仪11铰接于连杆6中部,并且第二激光测距仪11底部安装有配重块19,能够保证第二激光测距仪11的测距激光竖直向下射出,本实施例中,连杆6长度为1200mm,第一激光测距仪10和第三激光测距仪12间的距离为1000mm,第二激光测距仪11位于两者中点,即第一激光测距仪10和第二激光测距仪11、第二激光测距仪11和第三激光测距仪12间的距离均为500mm。第一激光测距仪10、第二激光测距仪11和第三激光测距仪12上均安装有水平测角仪4,分别用于测量3个激光测距仪3的测距激光与连杆6间的夹角。固定磁铁7安装在连杆6后侧,连杆6通过固定磁铁7磁吸连接于挂篮托梁,另外,连杆6顶部安装有水平仪22,以水平仪22为准调整装置及挂篮托梁位置,使两者保持水平。反射装置2包括三脚架9和激光反射板8,激光反射板8螺栓连接于三脚架9顶部,以确保激光反射板8位置固定,避免因其偏移影响数据采集的准确性,本实施例中,激光反射板8为25×25cm的漫反射标准白板。
如图2-8所示,第一激光测距仪10和第三激光测距仪12均包括装置外壳13和激光位移传感器15(由激光发射器和激光接收器组成,激光发射器发射出的激光经激光反射板8反射被激光接收器接收),激光位移传感器15安装在装置外壳13内,装置外壳13前侧为透明PVC板。第二激光测距仪11除包括装置外壳13和激光位移传感器15外,还包括蓄电池14和信号传输系统16,其激光位移传感器15和信号传输系统16均安装在装置外壳13内,蓄电池14设于装置外壳13顶部,蓄电池14通过供电线路分别同3个激光测距仪3的激光位移传感器15和信号传输系统16连接,为3个激光测距仪3的激光位移传感器15和信号传输系统16供电,并且3个激光测距仪3的激光位移传感器15均同信号传输系统16连接,激光位移传感器15的激光接收器接收反射后的激光可将数据通过信号传输系统16上传至计算机内,并进行算法分析。
如图2-8所示,蓄电池14上设有液晶电量显示屏21和USB充电接口18,分别用于显示蓄电池14的电量以及蓄电池14的充电。第二激光测距仪11侧部安装有开关17和把手20,分别用于开启或关闭本装置以及拿放本装置,并且把手20上设有防滑条,起防滑作用。
如图2-8所示,三脚架9包括高度可调的中轴24和角度可调的三个脚管25,本实施例中,中轴24为齿轮升降式结构,以准确调节其高度,且中轴24最大可伸长长度为0.6m;中轴24与脚管25间为轴承连接,可以自由调节角度以适应不同地形需要,且脚管25最大可调节角度为60°;脚管25下端安装有耐磨防滑脚垫27。此外,激光反射板8上设有激光反射板锁紧旋钮23,中轴24上设有中轴锁紧旋钮26,分别用于激光反射板8和中轴24的锁紧固定。
如图1-7所示,本监测装置可单独使用第二激光测距仪11及对应水平测角仪4进行挂篮竖向变形和横向倾角的测量,其使用方法为:
1、使用前,通过USB充电接口18向测量系统1内蓄电池14进行充电,使用时,将测量系统1安装于被测挂篮托梁,通过固定磁铁7将测量系统1吸附于挂篮托梁外侧,以水平仪22为准调整测量系统1及挂篮托梁位置,使两者保持水平。
2、进行梁体悬臂挂篮施工时,通过开关17启动测量系统1,待挂篮行走至施工位置时,将反射装置2设置于第二激光测距仪11正下方,第二激光测距仪11与连杆6铰接,且由于配置了配重块19,能够保证第二激光测距仪11的测距激光竖直向下射出,在反射装置2上形成光斑,第二激光测距仪11内的激光位移传感器15内部有激光发射器和激光接收器,通过激光三角测量原理可测得挂篮底托与反射装置2间的距离,激光发射器将可见红色激光射向激光反射板8,激光接收器接收反射后的激光并将其转化为电信号传递给信息传输系统16。位于第二激光测距仪11处的水平测角仪4可测出第二激光测距仪11射出激光与连杆6间的夹角,通过信息传输系统16。
4、正式开始悬臂施工后,将测出数据实时上传至计算机,在施工全过程中对挂篮托梁位置进行监测,实时得到挂篮底托的竖向变形和横向倾角,可准确获得挂篮的实际安全状态,如发生实际测量值超过规定限制值的情况时,及时向操作人员发出警报。
5、进入下一梁段施工时,测量系统1随挂篮走行从而相对位置不变,反射装置2则通过人工重新放置于第二激光测距仪11正下方,如此循环,直至完成全部悬臂施工。
如图2-8所示,本实施例监测装置还具有以下使用方法:
1、挂篮施工前,通过USB充电接口18向测量系统1内蓄电池14进行充电,充电完成后,根据挂篮托梁形式及尺寸,通过固定磁铁7将测量系统1吸附于挂篮托梁外侧,将第二激光测距仪11与挂篮托梁中点对齐,并根据测量系统1上设置的水平仪22对测量系统1进行调整,使得测量系统1与挂篮托梁轴线在水平时处在平行状态。
2、施工开始后,通过开关17将测量系统1启动,待挂篮行走至梁段悬臂施工特定位置时,将反射装置2放置于地面上并且反射装置2位于第二激光测距仪11的正下方,由于第二激光测距仪11与连杆6铰接且底部设置有配重块19,可以保持测距激光束竖直向下射出,调整三脚架9并进行预测量以确保能够获得有效数据。
3、正式开始悬臂施工前,启动激光测距仪3,通过第二激光测距仪11测得竖直距离,通过激光三角测量原理实时测出挂篮与反射装置2间的距离,第一激光测距仪10与第三激光测距仪12启动后,转动装置5工作,使得第一激光测距仪10和第三激光测距仪12射出的激光能够与第二激光测距仪11在激光反射板8上的光斑重合,通过分别设置在第一激光测距仪10和第三激光测距仪12处的水平测角仪4得到第一激光测距仪10和第三激光测距仪12射出激光与连杆6的夹角,将三个激光测距仪3测得的距离值与两个水平测角仪4测得的夹角值通过信号传输系统上传至分析系统。
4、获得上传的数据后,记第一激光测距仪10测量的距离值为d1,第一激光测距仪10处的水平测角仪4测量的夹角值为β1,记第三激光测距仪12测量的距离值为d2,第三激光测距仪12处的水平测角仪4测量的夹角值为β2,由于第一激光测距仪10、和第三激光测距仪12间距为1000mm,第一激光测距仪10和第三激光测距仪12与第二激光测距仪11间的距离为500mm,记第二激光测距仪11测得挂篮托梁与激光反射板8间的竖向距离为H0,根据三角形面积等于底乘高除以二和两夹边之积乘夹角正弦值的一半得到将d1、β1代入上述公式计算得到H1(通过第一激光测距仪10及其对应水平测角仪4间接测得挂篮托梁与激光反射板8间的竖向距离),将d2、β2代入上述公式计算得到H2(通过第三激光测距仪12及其对应水平测角仪4间接测得挂篮托梁与激光反射板8间的竖向距离),取H1、H2和H0平均值作为实际测量值,通过三组不同位置的激光测距,能够减小测量误差,提高测量精度。
5、正式开始悬臂施工后,将测出数据实时上传至计算机,在施工全过程中对挂篮托梁位置进行监测,实时得到挂篮底托的竖向变形和横向倾角,可准确获得挂篮的实际安全状态,如发生实际测量值超过规定限制值的情况时,及时向操作人员发出警报。
6、进入下一梁段施工时,测量系统1随挂篮走行从而相对位置不变,反射装置2则通过人工重新放置于第二激光测距仪11正下方,如此循环,直至完成全部悬臂施工。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明,但本领域普通技术人员可以认识到,在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下,仍然可以对本发明作出各种改进和变换,故在此不一一赘述。
Claims (10)
1.一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述监测方法包括以下步骤:
a、在挂篮拼装时,在挂篮托梁中点安装激光测距仪和水平测角仪,并在所述挂篮托梁两端的吊杆安装拉力传感器,测量所述挂篮托梁的长度为L;
b、待所述挂篮走行至梁段悬臂施工特定位置时,在地面上放置反射装置且所述反射装置位于所述激光测距仪的正下方,并观测所述水平测角仪,确保所述挂篮初始状态水平;
c、开始悬臂施工时,启动所述激光测距仪,测量所述挂篮托梁与所述反射装置初始竖直距离为h0;
d、所述梁段悬臂施工进行至时刻t1时,观测所述激光测距仪、所述拉力传感器和所述水平测角仪,得到此时刻所述挂篮托梁与所述反射装置竖直距离为h1,所述挂篮托梁两端的吊杆所受拉力分别为T1、T2,所述挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度为α;
所述挂篮托梁重心距离两端点的水平距离分别为L1、L2,L1+L2=L,L1≥L2;
将所述挂篮托梁重心竖向位移Δy与竖向变形限值进行比较,所述挂篮托梁相比于水平方向的偏转角度α与水平偏角限值进行比较,若实测值超出限值,将自动报警并记录;
e、进入下一梁段施工时,所述激光测距仪、所述拉力传感器和所述水平测角仪随所述挂篮走行从而相对位置不变,所述反射装置则通过人工重新放置于所述激光测距仪的正下方,重复上述步骤a-d,可对桥梁悬臂施工全过程进行实时监测与预警。
2.如权利要求1所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述激光测距仪的数量为三个,分别为第一激光测距仪、第二激光测距仪以及第三激光测距仪,三所述激光测距仪均安装在连杆上,所述第一激光测距仪和所述第三激光测距仪设于所述连杆两端,所述第二激光测距仪设于所述连杆中部,三所述激光测距仪上均分别安装有一所述水平测角仪。
3.如权利要求2所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪均包括装置外壳以及安装在所述装置外壳内的激光位移传感器,所述第二激光测距仪还包括蓄电池和信号传输系统,所述蓄电池通过供电线路分别同所述激光位移传感器和所述信号传输系统连接,所述信号传输系统同所述激光位移传感器连接。
4.如权利要求3所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述蓄电池安装在所述第二激光测距仪顶部,所述蓄电池上设有液晶电量显示屏和USB充电接口。
5.如权利要求3所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述第二激光测距仪侧部安装有开关和把手且所述把手上设有防滑条,所述第二激光测距仪底部安装有配重块。
6.如权利要求2所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述第一激光测距仪和所述第三激光测距仪均通过转动装置同所述连杆转动连接,所述第二激光测距仪与所述连杆间为铰接。
7.如权利要求2所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述连杆通过其后侧的固定磁铁磁吸连接于所述挂篮托梁。
8.如权利要求2所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述连杆顶部安装有水平仪。
9.如权利要求1所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述反射装置包括三脚架以及安装在所述三脚架上的激光反射板;所述三脚架包括同所述激光反射板连接且高度可调的中轴以及同所述中轴活动连接的三个脚管,所述脚管下端安装有耐磨防滑脚垫,所述激光反射板上设有激光反射板锁紧旋钮,所述中轴上设有中轴锁紧旋钮。
10.如权利要求9所述的一种桥梁悬臂施工用挂篮重心竖向位移实时监测方法,其特征在于:所述三脚架与所述激光反射板间为螺栓连接,所述中轴为齿轮升降式结构,所述中轴与所述脚管间为轴承连接。
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CN114045754B (zh) | 2023-08-04 |
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