CN114427183A - 一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，由曲线钢箱梁桥体部分和监测控制部分构成，曲线钢箱梁桥体部分包括：顶板、底板、多个支撑横隔板、中间隔板、注水通道、泄水通道和水泵，底板整体为弧形结构，其截面为U形；中间隔板装配在底板内，将底板分隔成左右两个不连通的注水腔室；支撑横隔板装配在底板上将注水腔室分隔成多个钢箱结构，同侧的钢箱结构相互连通；顶板装配在支撑横隔板顶部；注水腔室中设置多个注水通道和泄水通道；在通向曲线钢箱梁桥体部分两端入口的公路上分别设置监测控制部分，包括地磅和监测控制器，地磅采集该侧通过车辆的重量，监测控制器根据车辆的重量判断危险等级并控制水泵向对侧的注水腔室内注水。

Description

一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统

技术领域

本发明属于小曲线钢箱梁技术领域，涉及一种智能控制的小曲线 抗倾覆钢箱梁系统。

背景技术

随着经济社会的发展，我国已经修建了大量的桥梁。对于小半径 曲线的钢箱梁的倾覆存在很大问题。在曲率半径的影响下，一旦桥梁 外力发生巨大改变，导致梁体倾覆、梁体侧移以及支座脱空和桥墩偏 心受压破坏。近年以来，发生了多起由于上部车辆过重导致小曲线桥 梁倾覆事件，造成了很大的经济和社会影响。桥梁规范新修订的版本 中，也增加桥梁抗倾覆安全系数的验算要求。

曲线梁桥线形变化多端，结构受力比较复杂，当超载车辆在曲线 上行驶时，将会产生较大的离心力，将车辆推向小曲线梁外侧，加大 了外侧桥墩的压力，致使内侧桥墩产生反力，发生内侧支座或桥墩的 脱空现象；并在扭矩的作用下，造成小曲线梁发生外侧倾覆，严重地 影响了小曲线梁桥的安全使用。现有技术中的钢箱梁桥面还无法解决 此类问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种智能控制的小曲 线抗倾覆钢箱梁系统，通过对通过车辆的质量检测，对钢箱梁中的易 倾覆部分进行水体填充，使得在车辆经过时不会发生桥梁倾覆情况。

本发明提供一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，由曲线钢 箱梁桥体部分和监测控制部分构成，所述曲线钢箱梁桥体部分包括： 顶板、底板、多个支撑横隔板、中间隔板、注水通道和泄水通道，所 述底板整体为弧形结构，其截面为U形；所述中间隔板为弧形隔板 装配在底板内，将底板分隔成左右两个不连通的注水腔室；多个支撑 横隔板沿底板延伸方向装配在底板上将注水腔室分隔成多个钢箱结 构，同侧的钢箱结构相互连通；所述顶板装配在支撑横隔板顶部，将 注水腔室封闭；注水腔室中设置多个注水通道和泄水通道；所述曲 线钢箱梁桥体部分还设有多个装配底板，装配底板安装在两个相邻的 支撑横隔板之间；装配底板的截面为U形与底板形状匹配，所述底 板和装配底板都采用波形钢腹板制成，底板和装配底板的装配面通过 波峰和波谷配合装配；在通向曲线钢箱梁桥体部分两端入口的公路上 分别设置监测控制部分，监测控制部分包括地磅和监测控制器，地磅采集该侧通过车辆的重量，监测控制器根据车辆的重量判断危险等级 并控制水泵向对侧的注水腔室内注水。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述顶板采 用波形钢腹板制成，支撑横隔板上端设有波形安装槽口，通过波形安 装槽口与顶板底面的波形结构配合装配。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述支撑横 隔板包括：两个观察横隔板和多个两室横隔板，观察横隔板设置在曲 线钢箱梁桥体部分的两端，观察横隔板设置上设有透明的观察窗和观 察门；多个两室横隔板沿底板延伸方向设在两端的观察横隔板之间， 两室横隔板上设有两个通道，两个通道分别位于中间隔板两侧，使得 同侧的钢箱结构相互连通。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述注水腔 室中设有水位计，泄水通道入口处设有水阀；所述监测控制部分还包 括：出桥监测器、泄水控制器、监控器、闸门和远程控制终端；所述 监控器设置在通向曲线钢箱梁桥体部分两端入口的公路上用于采集 驶入车辆型号、牌照信息；所述出桥监测器设置在曲线钢箱梁桥体部 分的出口处用于采集驶出车辆型号、牌照信息；所述远程控制终端分 别与监控器、出桥监测器、泄水控制器和监测控制器连接，监测控制 器连接闸门；所述远程控制终端接收车体重量、驶入和驶出的车辆型 号、牌照信息，当出桥监测器监测到车辆驶出曲线钢箱梁桥体部分时， 远程控制终端向泄水控制器发送控制指令控制水阀开启进行泄水；当 桥体过载时远程控制终端向监测控制器发送控制指令控制关闭闸门； 所述泄水控制器与水位计连接，当水位超过阈值时泄水控制器控制水 阀开启进行泄水。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述装配底 板的板体内设置底板加热带；所述注水通道和泄水通道外部设有管道 加热带。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述顶板顶 面设有侧栏杆、中间栏杆和太阳能发电板，太阳能发电板为水位计、 底板加热带和管道加热带供电。

在本发明的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统中，所述装配底 板和支撑横隔板表面涂覆有聚氨酯防水涂料。

本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统至少具有以 下有益效果：

1、该系统由曲线钢箱梁桥体部分和监测控制部分构成，曲线钢 箱梁桥体部分为装配式结构，在工厂进行预处理和切割等操作，将顶 板、观察横隔板、中间隔板、两室横隔板、装配底板、底板装配后焊 接，接入注水通道和泄水通道，节省传统混凝土梁的浇筑成型时间。

2、监测控制部分通过地磅监测驶入车辆质量，通过监测控制器 控制水泵向车辆对侧的注水腔室内进行注水，在车辆限速条件行驶 下，使桥体在汽车通过时达到平衡，达到抗倾覆效果。

3、将驶入车辆的总体质量分为安全等级和4个不同的危险等级， 同时按照危险等级设定注水时间，当监测控制器检测到车辆质量处于 某一危险等级时，可以直接控制水泵进行注水操作。同时可以通过远 程控制终端对注水、泄水操作进行修改和调整。

4、装配底板的顶部为平面结构，且具有一定倾斜角，使泄水更 加方便。在装配底板和隔板上涂上聚氨酯防水涂料，形成防水层抵抗 由于不断注水而造成的钢板锈蚀。

5、采用本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统与支 座和桥墩共同作用，同时起到抵抗桥梁倾覆的作用。其使用的水可以 循环多次使用保护环境节省资源。

附图说明

图1是本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统的曲 线钢箱梁桥体部分去掉顶板后的整体示意图；

图2是曲线钢箱梁桥体部分的局部放大示意图；

图3是曲线钢箱梁桥体部分的装配示意图；

图4是曲线钢箱梁桥体部分拆除顶板和观察横隔板的内部示意 图；

图5是本发明的监测控制部分的原理框图。

其中：1-顶板，2-底板，3-底板加热带，4-观察横隔板，5-中间 隔板，6-注水通道，7-泄水通道，8-两室横隔板，9-装配底板，10-注 水腔室，11-水位计12-通道，13-观察窗，14-观察门，15-侧栏杆，16- 太阳能发电板，17-中间栏杆，18-管道加热带。

具体实施方式

如图1至4所示，本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁 系统，由曲线钢箱梁桥体部分和监测控制部分构成，所述曲线钢箱梁 桥体部分包括：顶板1、底板2、多个支撑横隔板、中间隔板5、注 水通道6、泄水通道7和水泵。所述底板2整体为弧形结构，其截面 为U形，所述中间隔板5为弧形隔板装配在底板2内，将底板2分 隔成左右两个不连通的注水腔室10。多个支撑横隔板沿底板2延伸 方向装配在底板2上将注水腔室10分隔成多个钢箱结构，同侧的钢 箱结构相互连通。所述顶板1装配在支撑横隔板顶部，将注水腔室封 10闭；注水腔室10中设置多个注水通道6和泄水通道7，用于注水 腔室进行注水和泄水操作，使桥面两端质量平衡。

如图2和3所示，曲线钢箱梁桥体部分还设有多个装配底板9，装 配底板9安装在两个相邻的支撑横隔板之间。装配底板9的截面为U形 与底板2形状匹配，所述底板2和装配底板9都采用波形钢腹板制成， 底板2和装配底板9的装配面通过波峰和波谷配合装配。所述顶板1采 用波形钢腹板制成，支撑横隔板上端设有波形安装槽口，通过波形安 装槽口与顶板1底面的波形结构配合装配。

如图2至4所示，所述支撑横隔板包括：两个观察横隔板4和多个 两室横隔板8，观察横隔板4设置在曲线钢箱梁桥体部分的两端，观察 横隔板4设置上设有透明的观察窗13和观察门14。多个两室横隔板8 沿底板2延伸方向设在两端的观察横隔板4之间，两室横隔板8上设有 两个通道12，两个通道12分别位于中间隔板5两侧，使得同侧的钢箱 结构相互连通。

本发明的曲线钢箱梁桥体部分采用了装配式钢箱梁结构形式，该 装配式钢箱梁结构是采用波形钢腹板预处理制成的底板2上插入不同 的支撑横隔板而形成的一个个单独的钢箱，将支撑横隔板设置好后再 将装配底板9和顶板1分别组装而成。装配式钢箱梁结构的顶板1和波 底板2及支撑横隔板均采用波形钢腹板预制。并利用预应力技术，将 叠合单元组成一个钢叠合梁，使桥体安装更加方便快捷。在装配式钢 箱梁结构中增加了中间隔板5来隔开形成两个注水腔室，使注水时不 会互相打扰。装配底板9的顶部为平面结构，且具有2～6度倾斜角， 使泄水更加方便。在前端观察横隔板4上设置了观察窗13和观察门14，可以随时观察桥梁内部问题并通过观察门进而桥体内部及时检修。

具体实施时，所述装配底板9的板体内设置底板加热带3；所述注 水通道6和泄水通道7外部设有管道加热带18。所述顶板1顶面设有侧 栏杆15、中间栏杆17和太阳能发电板16，太阳能发电板16为水位计11、 底板加热带3和管道加热带18供电。通过太阳能供电更加节约环保。 使用管道加热带18和底板加热带3给注水通道、泄水通道和底板供热， 防止冬季因为天气寒冷导致管道和钢箱梁中的水冻结不流通，无法正 常工作。

具体实施时，所述装配底板9和支撑横隔板表面涂覆有聚氨酯防 水涂料。形成防水层抵抗由于不断注水而造成的钢板锈蚀。

如图5所示为监测控制部分的原理框图，监测控制部分包括：地 磅、监测控制器、出桥监测器、泄水控制器、监控器、闸门和远程控 制终端。在通向曲线钢箱梁桥体部分入口的6～10km的公路上设置监 测控制部分的地磅、监测控制器、监控器和闸门，地磅采集该侧通过 车辆的重量，监测控制器根据车辆的重量判断危险等级并控制水泵向 对侧的注水腔室10内注水。具体实施时，曲线钢箱梁桥体部分用于 双向行驶的桥面时，需要设置两套监测控制部分。用于单向行驶的桥 面时，设置一套监测控制部分即可。

如图4所示，注水腔室10中设有水位计11，泄水通道7入口处设有 水阀。所述监控器用于采集驶入车辆型号、牌照信息；所述出桥监测 器设置在曲线钢箱梁桥体部分的出口处用于采集驶出车辆型号、牌照 信息；泄水控制器和水泵设置在曲线钢箱梁桥体部分附件。所述远程 控制终端分别与监控器、出桥监测器、泄水控制器和监测控制器进行 远程通信，监测控制器连接闸门；所述远程控制终端接收车体重量、 驶入和驶出的车辆型号、牌照信息，当出桥监测器监测到车辆驶出曲 线钢箱梁桥体部分时，远程控制终端向泄水控制器发送控制指令控制 水阀开启进行泄水。当桥体过载时远程控制终端向监测控制器发送控制指令控制关闭闸门。所述泄水控制器与水位计11连接，当水位超过 阈值时泄水控制器控制水阀开启进行泄水。

具体实施时，将同一时段驶入桥体部分的汽车总质量按照质量分 为安全级、危险一级(50t～70t)、危险二级(70t～80t)、危险三级 (80t～90t)、危险四级(90t～100t)四个等级，通过监测控制器将质 量信息发送到远程控制终端，同时监测控制器可以直接控制桥墩进行 注水操作。同时可以通过远程控制终端对注水、泄水操作进行修改和 调整。

本发明的一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统的工作流程 如下：

1、由监测控制部分实时监控来往车辆的质量、型号、牌照等具 体情况，地磅采集通行车辆的质量并通过监测控制器发送给远程控制 终端。监测控制器监测到同一时段驶入桥体部分的汽车总质量将达到 某一危险等级时，监测控制器将信息传输到远程控制终端，同时监测 控制器根据危险等级范围确定注水量，并立刻控制水泵进行注水。当 同一时段驶入桥体部分的汽车总质量将超过最高危险等级时或桥体 进行检修时，远程控制终端向监测控制器发送指令将闸门关上禁止通 行。

2、当到达注水量时，监测控制器控制水泵停止，等待车辆通过。

3、出桥监测器监测到车辆驶出曲线钢箱梁桥体部分时，远程控 制终端向泄水控制器发送控制指令控制水阀开启进行泄水，使水及时 从泄水通道7中排出回到桥墩，达到桥体平衡。通过水位计11随时监 测注水情况，如果注水超过最高水位时，泄水控制器控制水阀开启进 行泄水。

本发明的工作原理：

本发明通过向行驶汽车的另一侧的注水腔室10中注水操作，增加 了曲线钢箱梁桥体部分另一侧的荷载，水形成的荷载近似于均布荷载 对曲线钢箱梁桥体部分的中心产生一个抵抗力矩M_力来抵抗重型车辆 行驶于曲线钢箱梁桥体部分使产生的离心力造成的扭矩M_扭使桥体下 部结构只受车辆竖向均布荷载影响。具体公式如下：

M_力＝M_扭

M_力＝m_水×b/4

M_扭＝F_离×h

q＝mg

其中，m_水为注水质量，b为顶板的宽度，F_离为车辆造成的离心 力，h为从底板到顶板的高度，v为车辆行驶速度，f为竖向活载折 减系数，q为汽车造成的竖向均布荷载，m汽车的质量，R_内侧为车辆 行驶在内侧时的曲率半径，R_外侧为车辆行驶在外侧时的曲率半径，r 为曲线钢箱梁桥体部分的曲率半径。

车辆通过地磅时采集质量信息，通过监测控制器或远程控制终端 根据桥体区域内将驶入车辆的总质量判断危险等级，再通过上述公式 计算出其应注入水的质量。根据不同的危险等级注水时间大致为：危 险等级一级(3～4分钟)，危险等级二级(4～5分钟)，危险等级三 级(5分钟)，危险等级四级(5～6分钟)。注水数值可根据危险等 级提前定制好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思 想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，由曲线钢箱梁桥体部分和监测控制部分构成，所述曲线钢箱梁桥体部分包括：顶板、底板、多个支撑横隔板、中间隔板、注水通道和泄水通道，所述底板整体为弧形结构，其截面为U形；所述中间隔板为弧形隔板装配在底板内，将底板分隔成左右两个不连通的注水腔室；多个支撑横隔板沿底板延伸方向装配在底板上将注水腔室分隔成多个钢箱结构，同侧的钢箱结构相互连通；所述顶板装配在支撑横隔板顶部，将注水腔室封闭；注水腔室中设置多个注水通道和泄水通道；所述曲线钢箱梁桥体部分还设有多个装配底板，装配底板安装在两个相邻的支撑横隔板之间；装配底板的截面为U形与底板形状匹配，所述底板和装配底板都采用波形钢腹板制成，底板和装配底板的装配面通过波峰和波谷配合装配；

在通向曲线钢箱梁桥体部分两端入口的公路上分别设置监测控制部分，监测控制部分包括地磅和监测控制器，地磅采集该侧通过车辆的重量，监测控制器根据车辆的重量判断危险等级并控制水泵向对侧的注水腔室内注水。

2.如权利要求1所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述顶板采用波形钢腹板制成，支撑横隔板上端设有波形安装槽口，通过波形安装槽口与顶板底面的波形结构配合装配。

3.如权利要求1所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述支撑横隔板包括：两个观察横隔板和多个两室横隔板，观察横隔板设置在曲线钢箱梁桥体部分的两端，观察横隔板设置上设有透明的观察窗和观察门；多个两室横隔板沿底板延伸方向设在两端的观察横隔板之间，两室横隔板上设有两个通道，两个通道分别位于中间隔板两侧，使得同侧的钢箱结构相互连通。

4.如权利要求1所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述注水腔室中设有水位计，泄水通道入口处设有水阀；所述监测控制部分还包括：出桥监测器、泄水控制器、监控器、闸门和远程控制终端；所述监控器设置在通向曲线钢箱梁桥体部分两端入口的公路上用于采集驶入车辆型号、牌照信息；所述出桥监测器设置在曲线钢箱梁桥体部分的出口处用于采集驶出车辆型号、牌照信息；所述远程控制终端分别与监控器、出桥监测器、泄水控制器和监测控制器连接，监测控制器连接闸门；所述远程控制终端接收车体重量、驶入和驶出的车辆型号、牌照信息，当出桥监测器监测到车辆驶出曲线钢箱梁桥体部分时，远程控制终端向泄水控制器发送控制指令控制水阀开启进行泄水；当桥体过载时远程控制终端向监测控制器发送控制指令控制关闭闸门；所述泄水控制器与水位计连接，当水位超过阈值时泄水控制器控制水阀开启进行泄水。

5.如权利要求4所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述装配底板的板体内设置底板加热带；所述注水通道和泄水通道外部设有管道加热带。

6.如权利要求5所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述顶板顶面设有侧栏杆、中间栏杆和太阳能发电板，太阳能发电板为水位计、底板加热带和管道加热带供电。

7.如权利要求1所述的智能控制的小曲线抗倾覆钢箱梁系统，其特征在于，所述装配底板和支撑横隔板表面涂覆有聚氨酯防水涂料。

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