CN114166174A - 一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁施工中钢桁梁的顶推滑移技术领域，并具体公开了一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统及方法。该种变形监测系统包括观测标、测量机器人、无线声光报警器以及控制模块，其通过在滑道支架上设置观测标，测量时通过测量机器人自动捕获观测标，实现观测点的一次性设置及观测点捕获的自动化，无需人工多次参与；同时，通过测量机器人实现多观测点三维坐标的自动测量以及实时测量，且其测量准确、效率高；另一方面，通过控制系统及无线声光报警器实现观测点位置超限的自动判断并自动报警；又一方面，观测标设置于滑道支架顶部，此处变形量最大，对此处实施监测更能确保滑道支架的安全。

Description

一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统及方法

技术领域

本发明属于桥梁施工中钢桁梁的顶推滑移技术领域，更具体地，涉及一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统及方法。

背景技术

钢桁梁的顶推滑移是指利用顶推千斤顶将钢桁梁从拼装场地沿滑道滑移至位于河流中或河流对岸的桥梁墩柱顶端的架设方法。施工时，沿钢桁梁的滑移方向平行设置有两条滑道，且两条滑道分别位于钢桁梁的两侧，使钢桁梁沿滑道滑移；每个滑道底部由一个滑道支架支撑，且两个滑道支架沿滑道方向平行设置。

由于钢桁梁的长度以及桥梁基础的高度要求，滑道支架具有跨度大及外露水面高度大的特点，例如沪宁高速保通桥主跨钢桁梁长度为90米，滑道支架的长度超过60米，滑道支架的支柱外露水面高度超过8米。

在钢桁梁顶推滑移的过程中，受钢桁梁的重力、钢桁梁与滑道和滑轨间摩擦力以及顶推千斤顶顶推力等因素的影响，滑道支架会产生沉降及变形；并且，当钢桁梁产生偏载时，两个滑道支架的沉降及变形量不同；尤其是当钢桁梁的支柱所处的地基层土质松软时，滑道支架的变形更为明显。为了确保钢桁梁顶推滑移的安全，必须对滑道支架的变形进行监测，在滑道支架的变形超出设定值时预警并及时进行处理。

现有技术中通过水准仪和普通全站仪分别测量滑道支架的高程以及平面位置，以判断滑道支架的沉降及变形。然而水准仪和普通全站仪在使用时均存在以下问题：1.一次只能实现一个观测点的测量；2.在每次测量时，均需要测量人员手持塔尺或棱镜杆到达每个观测点处(俗称跑杆)，不仅耗费人力、效率低，而且测量结果受人为因素影响，测量不准确，同时由于滑道支架高度大，测量人员需要高空作业，具有一定的危险性；3.夜间监测精度低；4.无法实现实时测量、自动报警。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的钢桁梁滑道支架的变形监测系统及其监测方法做出进一步的改进设计，提供一种能够实现自动测量、多点测量、连续测量、实时测量及自动报警的变形监测系统，避免人为因素影响，且能够实现夜间监测，解决现有钢桁梁滑道支架的变形监测系统存在的问题。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统及方法，以解决现有技术中在对滑道支架的变形进行监测时，高程及平面位置无法同时测量、每次测量均需要人工逐个设置观测点、测量不准确、效率低、无法实现实时测量和自动报警的问题，提供一种能够实现自动测量、多点测量、连续测量、实时测量且自动报警的变形监测系统，因而尤其适用于钢桁梁顶推滑移过程中滑道支架变形监测的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统，其包括观测标、测量机器人、无线声光报警器以及控制模块；

观测标用于在两个滑道支架上沿滑道方向对称依次设置多个，且用于设置于滑道支架的顶部；

测量机器人设置至少一个，用于测量所有观测标的坐标值，并将坐标值传递给控制模块；

无线声光报警器与观测标的数量相同，用于接收控制模块的报警指令并报警，并用于设置于各滑道支架上，且使每个无线声光报警器靠近一个观测标；

控制模块与测量机器人和无线声光报警器均电信号连接，用于接收测量机器人传递的观测标的坐标值，并用于判断观测标的变形超出限值，且用于在任意一个观测标的变形超出限值时向靠近该观测标的无线声光报警器发出报警指令。

通过以上构思，一方面，通过测量机器人实现观测点三维坐标的测量，无需使用多个设备，简化系统；另一方面，通过在滑道支架上设置观测标，测量时通过测量机器人自动捕获观测标，实现观测点捕获的自动化，且在滑移前一次设置即可，无需人工多次参与；再一方面，通过测量机器人能够实现多观测点的自动测量以及实时测量，且其测量准确、效率高；又一方面，通过控制系统及无线声光报警器实现观测点位置超限的自动判断并自动报警；进一步的，观测标设置于滑道支架顶部，此处变形量最大，对此处实施监测更能确保滑道支架的安全性。

作为进一步优选的，观测标为自贴式反光棱镜纸，能够粘贴于滑道支架,使用反光棱镜纸，粘贴方便，且其固定不受滑道支架变形的影响。

作为进一步优选的，滑道支架包含多根竖向设置并延伸至滑道支架顶端的支柱，观测标固定于支柱顶部。

作为进一步优选的，无线声光报警器固定于其靠近的观测标所位于的支柱上，以助于判断变形超出限值的观测标的位置。

作为进一步优选的，测量机器人设置有两个，分别用于设置于滑道支架沿滑道方向的两端，并远离滑道支架，以使方便将所有观测标纳入其视线范围。

作为进一步优选的，测量机器人设置有导向光，能够实现夜间测量，以使该系统能够实现对滑道支架变形的日夜连续监测，解决现有技术中夜间监测效率低、准确度差的问题。

作为进一步优选的，控制模块包括信息接收子模块、判断子模块以及指令发送子模块；信息接收子模块用于接收测量机器人传递的观测标的坐标值，判断子模块用于判断观测标的变形超出限值，指令发送子模块用于向靠近变形超出限值的观测标的无线声光报警器发出报警指令。

按照本发明的另一方面，提供了一种实施钢桁梁滑道支架变形监测的方法，其包括以下步骤：

S1，设定观测点：在滑道支架上设定观测点，观测点在两个滑道支架上沿滑道方向对称依次设定多个，且设置于滑道支架的顶端；

S2，测量初始坐标值：在钢桁梁滑移之前，测量每个观测点三维坐标的初始值；所述三维坐标为观测点的高程、观测点沿平行于滑道的水平方向坐标以及观测点沿垂直于滑道的水平方向坐标；

S3，测量实际坐标值：在钢桁梁滑移过程中，测量每个观测点三维坐标的实际值；

S4，判断变形超限：判断每个观测点的变形是否超过限值，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S3；具体判断方法为：

若观测点任意一个方向坐标值的变化超过该方向坐标变化的限值，则判断该观测点的变形超过限值；

若对称设置的两个观测点的高程差超过高程差限值，则判断该两个观测点的变形超过限值；

S5，变形超限报警：变形超过限值的观测点处报警。

作为进一步优选的，每个观测点高程变化的限值为1cm-3cm，每个观测点沿平行于滑道的水平方向坐标变化的限值为1cm-4cm，每个观测点沿垂直于滑道的水平方向坐标变化的限值为1cm-5cm。

作为进一步优选的，对称设置的每两个观测点的高程差限值为0cm-1cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.通过测量机器人实现观测点三维坐标的测量，无需使用多个设备，简化系统；通过测量机器人自动捕获观测标，实现观测点的一次性设置及观测点捕获的自动化，无需人工多次参与；通过测量机器人实现多观测点的自动测量以及实时测量，且其测量准确、效率高；通过控制系统及无线声光报警器实现观测点点位置超限的自动判断并自动报警，并明确位置超限的观测点；通过将观测标设置于滑道支架顶部，确保滑道支架的安全性。

2.通过使用反光棱镜纸，粘贴方便，且其固定不受滑道支架变形的影响。

3.通过使无线声光报警器与其所靠近的观测标固定于同一根支柱，以助于判断变形超出限值的观测标的位置。

4.通过设置两个测量机器人，方便将所有观测标纳入视线范围。

5.通过选取能够夜间测量的测量机器人，实现对滑道支架变形的日夜连续监测。

附图说明

图1是本发明实施例中钢桁梁滑道支架变形监测系统的正视图；

图2是本发明实施例中钢桁梁滑道支架变形监测系统的侧视图；

图3是本发明实施例中钢桁梁滑道支架变形监测系统的俯视图；

图4是本发明实施例中实施钢桁梁滑道支架变形监测方法的流程图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

观测标1，测量机器人2，无线声光报警器3，滑道支架4，钢桁梁5，滑道6，支柱41。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在钢桁梁顶推滑移的过程中，沿钢桁梁的滑移方向平行设置有两条滑道，以分别支撑钢桁梁的两侧，并使钢桁梁沿滑道滑移；滑道支架设置有两个，分别支撑于两条滑道下方，并沿滑道方向平行设置。受钢桁梁的重力、钢桁梁与滑道和滑轨间摩擦力以及顶推千斤顶的顶推力等因素的影响，滑道支架会产生沉降及变形；当钢桁梁产生偏载时，两个滑道支架的沉降及变形不同。为了确保钢桁梁顶推滑移的安全，必须对滑道支架的变形进行监测，在滑道支架的变形超出设定值时预警并及时进行处理。

测量机器人又叫智能型全站仪，其包含目标捕获系统，能够自动搜索观测点，并将观测点添加到其监测列表中，实现多点监测，并保证观测点不遗漏；其镜头能够绕仪器的纵轴和横轴分别在在水平面360°、竖面180°范围内旋转，视野范围大；其包括成像系统，能够实现获取观测点的三维坐标信息；其设置有导向光，能够实现夜间监测。本发明利用测量机器人的上述特点，将其应用于钢桁梁滑道支架的变形监测。

如图1-图3中所示，本发明实施例提供的钢桁梁滑道支架的变形监测系统包括观测标1、测量机器人2、无线声光报警器3以及控制模块；

观测标1在两个滑道支架4上沿滑道6方向对称依次设置多个，且设置于滑道支架4的顶端；

测量机器人2设置至少一个，用于测量所有观测标1的坐标值，并将坐标值传递给所述控制模块；设置测量机器人2时，使测量机器人2远离两个滑道支架4，并使测量机器人2的视线范围能够覆盖所有观测标1，使其能够对每个观测标1的高程、沿平行于滑道6的水平方向坐标以及沿垂直于滑道6的水平方向坐标均进行观测。

无线声光报警器3与观测标1的数量相同，用于接收控制模块的报警指令并报警，其设置于各滑道支架4上，且每个无线声光报警器3靠近一个观测标1；

控制模块与测量机器人2和无线声光报警器3均电信号连接，用于接收测量机器人2传递的观测标1的坐标值，并用于判断观测标1的变形超出限值，且用于在任意一个观测标1的变形超出限值时向靠近该观测标1的无线声光报警器3发出报警指令。

通过上述各个部件的相互配合，一方面，通过测量机器人2实现观测点三维坐标的测量，无需使用多个设备，简化系统；另一方面，通过在滑道支架4上设置观测标1，测量时测量机器人2自动捕获观测标1，实现观测标1的一次设置及观测标1捕获的自动化，无需人工多次参与；再一方面，通过测量机器人2实现多观测点的自动测量以及实时测量，且其测量准确、效率高；又一方面，通过控制系统及无线声光报警器3实现观测点位置超限的自动判断并自动报警，并明确位置超限的观测点。因此，本发明实施例的滑道支架变形监测系统可实现对滑道支架变形的自动测量、多点测量、连续测量、实时测量且可实现自动报警，具有先进性。

下面将对各个部件逐一进行更为具体的说明。

在本发明实施例中，观测标1为自贴式反光棱镜纸，能够粘贴于滑道支架4，使用方便，且其固定不受滑道支架4变形的影响；在一些实施例中，还可以为反射棱镜。

如图1及图3中所示，在本发明实施例中，观测标1在两个滑道支架4上沿滑道6方向对称依次设置五个，共设置十个；在一些实施例中，观测标1在两个滑道支架4上沿滑道方向对称依次设置两个，共设置四个，每个滑道支架4上的两个观测标1分别位于该滑道支架4沿滑道6方向的两端；观测标1的数量依据滑道支架4的结构和尺寸设定，在另一些实施例中，钢桁梁5的跨度更大，观测标1的数量更多；在本实施例中，滑道支架4包含多根竖向设置并延伸至滑道支架4顶端的支柱41，观测标1固定于支柱41顶部；在一些实施例中，滑道支架4顶部为横梁，观测标1固定于横梁上；在另一些实施例中，滑道支架4的结构不同，观测标1依据滑道支架4的结构进行设置，使其位于滑道支架4的顶端。

如图1及图3中所示，在本发明实施例中，无线声光报警器3固定于其靠近的观测标1所位于的支柱41上，以助于判断变形超出限值的观测标1的位置；在一些实施例中，依据滑道支架4的结构，将无线声光报警器3靠近观测标1设置。

如图1及图3中所示，在本发明实施例中，测量机器人2设置有两个，分别设置于滑道支架4沿滑道方向的两端；具体的，在本实施例中，一个测量机器人2设置于滑道支架4沿滑道6方向的前端，并位于河道中的墩柱上，另一个测量机器人2设置于滑道支架4沿滑道方向的后端，并位于岸边的一个墩柱上；通过调整两个测量机器人2的位置，使所有观测标1均进入测量机器人2的视线范围；在一些实施例中，依据滑道支架4的尺寸及结构，相应设置一个或两个以上测量机器人2，并依据现场情况设置测量机器人2的位置，以使所有观测标1均进入测量机器人2的视线范围。

在本发明实施例中，测量机器人2设置有导向光，能够实现夜间测量，以使该系统能够实现对滑道支架4变形的日夜连续监测。

在本发明实施例中，控制模块包括信息接收子模块、判断子模块以及指令发送子模块；信息接收子模块用于接收测量机器人2传递的观测标1的坐标值，判断子模块用于判断观测标1的变形超出限值，指令发送子模块用于向靠近该变形超出限值的观测标1的无线声光报警器3发出报警指令，以使该无线声光报警器3报警。

以上例子用于对该变形监测系统进行示例性说明，不构成对本发明保护范围的限制。

下面将具体介绍本发明实施例在钢桁梁滑移过程中实施钢桁梁滑道支架变形监测的方法，其包含以下步骤：

S1，设定观测点：在滑道支架4上设定观测点；在本实施例中，通过固定观测标1的方式设置观测点，且在本实施例中，观测标1为反光棱镜纸；

S2，测量初始坐标值：在钢桁梁5滑移之前，测量每个观测点三维坐标的初始值；三维坐标为观测点的高程、观测点沿平行于滑道6的水平方向坐标以及观测点沿垂直于滑道6的水平方向坐标；在本实施例中，其具体方式为，通过测量机器人2测量每个观测标1三维坐标的初始值；测量后，测量机器人2将测量结果传递给控制模块；

S3，测量实际坐标值：在钢桁梁5滑移过程中，测量每个观测点三维坐标的实际值；在本实施例中，其具体方式为，通过测量机器人2测量每个观测标1三维坐标的实际值；测量后，测量机器人2将测量结果传递给控制模块；

S4，判断变形超限：判断观测点的变形是否超过限值，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S3；具体判断方法为：

若观测点任意一个方向坐标值的变化超过该方向坐标变化的限值，则判断该观测点的变形超过限值；

若对称设置的两个观测点的高程差超过高程差限值，则判断该两个观测点的变形超过限值；

在本实施例中，控制模块在接收到测量机器人2传递的测量结果后，将每个观测标1三维坐标的实际值与初始值进行比较，得到每个方向上实际值相对于初始值的差值，再将每个方向坐标的差值与预先设定的该方向坐标变化的限值进行对比，若任意一个观测标1任意一个方向坐标的差值超过限值，则控制模块向该观测标1所在支柱41上的无线声光报警器3发出报警指令；在一些实施例中，每个观测点高程变化的限值为1cm-3cm，在本实施例中优选为3cm；在一些实施例中，每个观测点在沿平行于滑道6的水平方向坐标变化的限值为1cm-4cm，在本实施例中优选为4cm；在一些实施例中，每个观测点沿垂直于滑道6的水平方向坐标变化的限值为1cm-5cm，在本实施例中优选为5cm；

同时，在本实施例中，控制模块在接收到测量机器人2传递的测量结果后，将对称设置的每两个观测点高程的实际值进行比较，得到其差值，再将该差值与预先设定的高程差的限值进行对比，若该差值超过限值，则控制模块向该两个观测标1所在支柱41上的无线声光报警器3发出报警指令；在本实施例中，对称设置的每两个观测点高程差的限值为0cm-1cm；

S5，变形超限报警：变形超过限值的观测点处报警；在本实施中，无线声光报警器3接收控制模块的报警指令并报警；通过控制模块的控制，若任一观测标1在步骤4中被判断为变形超过限值，则与其位于同一根支柱41的无线声光报警器3报警；

在钢桁梁5滑移过程中重复步骤S3至S6，在每次报警后停止钢桁梁5滑移，对报警处的滑道支架4进行处置，然后再重新开始钢桁梁5滑移；直至钢桁梁5滑移结束。

综上，按照本发明的钢桁梁滑道支架的变形监测系统实现了自动测量、多点测量、连续测量、实时测量及自动报警，避免人为因素影响，且能够实现夜间监测，因而尤其适用于钢桁梁顶推滑移过程中滑道支架变形监测的应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢桁梁滑道支架的变形监测系统，其特征在于，包括观测标(1)、测量机器人(2)、无线声光报警器(3)以及控制模块；

所述观测标(1)用于在两个滑道支架(4)上沿滑道(6)方向对称依次设置多个，且用于设置于滑道支架(4)的顶部；

所述测量机器人(2)设置至少一个，用于测量所有所述观测标(1)的坐标值，并将坐标值传递给所述控制模块；

所述无线声光报警器(3)与所述观测标(1)的数量相同，用于接收所述控制模块的报警指令并报警，并用于设置于各滑道支架(4)上，且使每个无线声光报警器(3)靠近一个观测标(1)；

所述控制模块与所述测量机器人(2)和所述无线声光报警器(3)均电信号连接，用于接收所述测量机器人(2)传递的观测标(1)的坐标值，并用于判断所述观测标(1)的变形超出限值，且用于在任意一个所述观测标(1)的变形超出限值时向靠近该观测标(1)的所述无线声光报警器(3)发出报警指令。

2.如权利要求1所述的变形监测系统，其特征在于，所述观测标(1)为自贴式反光棱镜纸，能够粘贴于滑道支架(4)。

3.如权利要求1所述的变形监测系统，其特征在于，滑道支架(4)包含多根竖向设置并延伸至滑道支架(4)顶端的支柱(41)，所述观测标(1)固定于所述支柱(41)顶部。

4.如权利要求3所述的变形监测系统，其特征在于，所述无线声光报警器(3)固定于其靠近的所述观测标(1)所位于的支柱(41)上。

5.如权利要求1所述的变形监测系统，其特征在于，所述测量机器人(2)设置有两个，分别用于设置于滑道支架(4)沿滑道(6)方向的两端，并远离滑道支架(4)。

6.如权利要求1所述的变形监测系统，其特征在于，所述测量机器人(2)设置有导向光，能够实现夜间测量。

7.如权利要求1所述的变形监测系统，其特征在于，所述控制模块包括信息接收子模块、判断子模块以及指令发送子模块；所述信息接收子模块用于接收所述测量机器人(2)传递的观测标(1)的坐标值，所述判断子模块用于判断所述观测标(1)的变形超出限值，所述指令发送子模块用于向靠近变形超出限值的观测标(1)的所述无线声光报警器(3)发出报警指令。

8.利用如权利要求1-7所述的变形监测系统，在钢桁梁滑移过程中实施钢桁梁滑道支架变形监测的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1，设定观测点：在滑道支架(4)上设定观测点，所述观测点在两个滑道支架(4)上沿滑道(6)方向对称依次设定多个，且设置于滑道支架(4)的顶端；

S2，测量初始坐标值：在钢桁梁(5)滑移之前，测量每个所述观测点三维坐标的初始值；所述三维坐标为观测点的高程、沿平行于滑道(6)的水平方向坐标以及沿垂直于滑道(6)的水平方向坐标；

S3，测量实际坐标值：在钢桁梁(5)滑移过程中，测量每个所述观测点三维坐标的实际值；

S4，判断变形超限：判断所述观测点的变形是否超过限值，若是则执行步骤S5，若否则执行步骤S3；具体判断方法为：

若所述观测点任意一个方向坐标值的变化超过该方向坐标变化的限值，则判断该观测点的变形超过限值；

若对称设置的两个所述观测点的高程差超过高程差限值，则判断该两个观测点的变形超过限值；

S5，变形超限报警：所述变形超过限值的观测点处报警。

9.如权利要求8所述的实施钢桁梁滑道支架变形监测的方法，其特征在于，所述观测点高程变化的限值为1cm-3cm，所述观测点沿平行于滑道(6)的水平方向坐标变化的限值为1cm-4cm，所述观测点沿垂直于滑道(6)的水平方向坐标变化的限值为1cm-5cm。

10.如权利要求8所述的实施钢桁梁滑道支架变形监测的方法，其特征在于，对称设置的每两个所述观测点的高程差限值为0cm-1cm。

Images