CN114427196B - 一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统,该柔性抗倾自控系统包括下端锚固装置、钢绞线束、上端锚固装置、风速测量仪以及自动控制装置;下端锚固装置包括锚固桩、下端锚具以及双层锚垫板;锚固桩由浇注于河床桩孔内的混凝土形成;钢绞线束的底端穿过双层锚垫板后与下端锚具固定连接;上端锚固装置包括工作锚、千斤顶、工具锚以及油泵;油泵与千斤顶之间通过油路连通;风速测量仪安装于主梁的顶部;自动控制装置与风速测量仪和油泵之间信号连接。该柔性抗倾自控系统具有被动式、柔性约束、自动控制、轻量化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域,具体涉及一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统。
背景技术
斜拉桥是一种常用的大跨径桥梁结构,其中,无背索的斜塔斜拉桥是常见的斜拉桥形式。在无背索的斜塔斜拉桥建造过程中,斜塔、主梁、拉索三者形成悬臂平衡的受力结构。但是,这样的受力结构,在极端大风天气下,极易发生整体倾覆的风险。因此,施工过程中,需要设置抗倾覆的系统。传统的做法是通过抗拔水下灌注桩、抗拔钢管柱、型钢或桁架横梁形成一个框架式的刚性约束体系,通过刚性约束体系约束主梁的位移实现抗倾覆。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统,该柔性抗倾自控系统具有被动式、柔性约束、自动控制、轻量化的特点,用于代替传统的框架式刚性约束体系。
本发明采用以下具体技术方案:
一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统,该柔性抗倾自控系统包括下端锚固装置、钢绞线束、上端锚固装置、风速测量仪以及自动控制装置;
所述下端锚固装置包括锚固桩、下端锚具以及双层锚垫板;所述锚固桩由浇注于河床桩孔内的混凝土形成;所述钢绞线束的底端穿过所述双层锚垫板后与所述下端锚具固定连接;所述钢绞线束的底端、所述下端锚具以及所述双层锚垫板均浇注于所述混凝土内;
所述上端锚固装置包括工作锚、千斤顶、工具锚以及油泵;所述工具锚、所述千斤顶、所述工作锚以及所述主梁沿竖直方向从上到下依次设置;所述钢绞线束的顶端穿过所述主梁、所述工作锚以及所述千斤顶后与所述工具锚固定连接;所述油泵与所述千斤顶之间通过油路连通,用于通过所述千斤顶的伸缩实现所述钢绞线束的张弛;
所述风速测量仪安装于所述主梁的顶部,用于测量风速;
所述自动控制装置与所述风速测量仪和所述油泵之间信号连接;
当所述风速测量仪测量的风速达到警戒值时,所述自动控制装置控制所述油泵启动,并在所述油泵的油压达到预设值时,所述自动控制装置控制所述油泵停止。
更进一步地,所述上端锚固装置还包括设置于所述主梁与所述工作锚之间的分配梁和锚垫板;
所述分配梁固定安装于所述主梁和所述锚垫板之间;
所述工作锚支承于所述锚垫板的顶部。
更进一步地,所述上端锚固装置还包括套设于所述千斤顶和所述工作锚外周侧的稳定支架;
所述稳定支架的底端固定安装于所述锚垫板,用于保持所述千斤顶处于直立状态。
更进一步地,所述油泵设置有用于测量油压的油压传感器,所述油压传感器与所述自动控制装置信号连接。
更进一步地,还包括固定安装于所述主梁顶部的防护围栏;
所述防护围栏围设于所述上端锚固装置和所述风速测量仪的外周侧。
更进一步地,所述钢绞线束上设置有LED光带警示灯。
更进一步地,所述钢绞线束沿其长度方向间隔设置有多个卡箍。
更进一步地,所述下端锚具为P型锚具。
更进一步地,所述工作锚和所述工具锚均为夹片式锚具。
更进一步地,所述混凝土为细粒式混凝土。
有益效果:
1、被动式,即在柔性抗倾自控系统用于斜塔斜拉桥的施工过程中时不参与施工正常过程的受力结构,钢绞线束保持“微松弛”状态,当风速达到警戒值时,该系统启动锁定状态,开启“应急”状态,给斜塔斜拉桥的主梁施加一种有利的位移约束。
2、自控功能,即该系统通过风速测量仪、自动控制装置、油泵以及千斤顶形成自动化控制系统,从而保证在极端大风天气时系统启动的及时性,更有效的起到抗倾覆作用。
3、柔性受力和轻量化,即该柔性抗倾自控系统在对主梁施加应急约束时,采用钢绞线束及其端部锚固结构代替传统的由灌注桩、钢管柱和桁架横梁构成的框架式刚性约束体系,钢绞线束为具有较大弹性的柔性约束,使斜塔、主梁以及拉索构成的结构体系在动态受力情况下更加趋向合理,同时大大减轻了结构重量,实现了轻量化,直接降低了施工成本,使施工操作更加便捷。
附图说明
图1为本发明柔性抗倾自控系统的工作状态示意图;
图2为本发明柔性抗倾自控系统在主梁上的部分结构示意图;
图3为本发明柔性抗倾自控系统的上端锚固装置部分的结构示意图;
图4为本发明柔性抗倾自控系统的下端锚固装置部分的结构示意图。
其中,1-斜塔,2-主梁,3-拉索,4-河床,5-钢绞线,6-锚固桩,7-风速测量仪,8-自动控制装置,9-下端锚具,10-双层锚垫板,11-混凝土,12-工作锚,13-千斤顶,14-工具锚,15-油泵,16-分配梁,17-锚垫板,18-稳定支架,19-防护围栏,20-卡箍
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供了一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统,如图1、图2和图4结构所示,斜塔斜拉桥包括斜塔1、主梁2以及多个拉索3,拉索3连接于斜塔1和主梁2之间;该柔性抗倾自控系统包括下端锚固装置、钢绞线束、上端锚固装置、风速测量仪7以及自动控制装置8;下端锚固装置和上端锚固装置设置于钢绞线束的两端部,并且钢绞线束的顶端通过上端锚固装置连接于斜塔斜拉桥的主梁2,钢绞线束的底端通过下端锚固装置固定于河床4;上端锚固装置、风速测量仪7以及自动控制装置8均设置于主梁2上;通过钢绞线束张紧后的拉力实现主梁2的抗倾覆功能;钢绞线束可以由多根钢绞线5构成;钢绞线束沿其长度方向间隔设置有多个卡箍20,通过卡箍20将多根钢绞线5聚拢在一起形成钢绞线束;
如图4结构所示,下端锚固装置包括锚固桩6、下端锚具9以及双层锚垫板10;锚固桩6由浇注于河床4桩孔内的混凝土11形成,还可以在桩孔内设置有钢筋笼;钢绞线束的底端穿过双层锚垫板10后与下端锚具9固定连接;钢绞线束的底端、下端锚具9、双层锚垫板10以及卡箍20均浇注于混凝土11内;混凝土11可以为细粒式混凝土11;在实际施工过程中,为了提高抗倾覆能力,在主梁2上可以间隔分布有多个钢绞线束,在河床4中设置有多个锚固桩6,锚固桩6与钢绞线束一一对应,并且钢绞线束底端连接于对应的锚固桩6;下端锚具9可以为P型锚具;
如图2和图3结构所示,上端锚固装置包括工作锚12、千斤顶13、工具锚14以及油泵15;工具锚14、千斤顶13、工作锚12以及主梁2沿竖直方向从上到下依次设置;钢绞线束的顶端穿过主梁2、工作锚12以及千斤顶13后与工具锚14固定连接;油泵15与千斤顶13之间通过油路连通,用于通过千斤顶13的伸缩实现钢绞线束的张弛;当油泵15向千斤顶13的油缸内供油时,千斤顶13的顶部向上伸展,使钢绞线束张紧,钢绞线束拉紧于主梁2和锚固桩6之间,实现主梁2的抗倾覆;当千斤顶13内油缸中的液压油流出被油泵15回收时,千斤顶13的顶部向下收缩,使钢绞线束进入松弛状态,此时钢绞线束则失去对主梁2的抗倾覆功能;工作锚12和工具锚14均可以为夹片式锚具;
如图2结构所示,风速测量仪7安装于主梁2的顶部,用于测量风速,并将测得的风速信号发送到自动控制装置8;
自动控制装置8与风速测量仪7和油泵15之间信号连接,自动控制装置8可以通过风速测量仪7获取风速信号,还可以通过油泵15中液压油的压力值检测钢绞线束的张紧程度;自动控制装置8可以为PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)、单片机、微处理器等,用于根据风速测量仪7和油泵15的信号进行判断,实现对油泵15的启停控制;油泵15可以设置有用于测量油压的油压传感器,油压传感器与自动控制装置8信号连接;
当风速测量仪7测量的风速达到警戒值时,自动控制装置8控制油泵15启动,警戒值可以根据实际情况确定,例如10m/s,即,当检测到风速大于或等于10m/s时,则自动控制装置8控制油泵15启动,通过油泵15向千斤顶13供油,千斤顶13开始伸展,使钢绞线束张紧在主梁2和锚固桩6之间;并在油泵15的油压达到预设值时,自动控制装置8控制油泵15停止,预设值可以为通过实验测定,如:0.5MPa,即当油泵15的油压达到0.5MPa时则确定钢绞线束满足张紧程度。
上述柔性抗倾自控系统用于斜塔斜拉桥的施工过程中时不参与施工正常过程的受力结构,钢绞线束保持“微松弛”状态,当风速达到警戒值时,该系统启动锁定状态,开启“应急”状态,给斜塔斜拉桥的主梁2施加一种有利的位移约束;上述柔性抗倾自控系统通过风速测量仪7、自动控制装置8、油泵15以及千斤顶13形成自动化控制系统,从而保证在极端大风天气时系统启动的及时性,更有效的起到抗倾覆作用;该柔性抗倾自控系统在对主梁2施加应急约束时,采用钢绞线束及其端部锚固结构代替传统的由灌注桩、钢管柱和桁架横梁构成的框架式刚性约束体系,钢绞线束为具有较大弹性的柔性约束,使斜塔1、主梁2以及拉索3构成的结构体系在动态受力情况下更加趋向合理,同时大大减轻了结构重量,实现了轻量化,直接降低了施工成本,使施工操作更加便捷。
一种具体的实施方式中,如图2和图3结构所示,上端锚固装置还可以包括设置于主梁2与工作锚12之间的分配梁16和锚垫板17;分配梁16固定安装于主梁2和锚垫板17之间;工作锚12支承于锚垫板17的顶部。通过设置于主梁2与工作锚12之间的分配梁16和锚垫板17,可以将钢绞线束的作用力通过锚垫板17和分配梁16均布于主梁2上,分配梁16的长度方向可以沿主梁2的宽度方向设置,从而将钢绞线束的拉力沿主梁2宽度方向的均布。
更进一步地,如图2结构所示,上端锚固装置还可以包括套设于千斤顶13和工作锚12外周侧的稳定支架18;稳定支架18的底端固定安装于锚垫板17,用于保持千斤顶13处于直立状态。通过设置于千斤顶13外周侧的稳定支架18,可以防止千斤顶13歪斜或倾倒,从而保证千斤顶13始终处于竖直状态,时刻能够进入工作状态,保证钢绞线束的可靠张紧。
具体地,如图2结构所示,上述柔性抗倾自控系统还包括固定安装于主梁2顶部的防护围栏19;防护围栏19围设于上端锚固装置和风速测量仪7的外周侧。通过防护围栏19能够对上端锚固装置和风速测量仪7进行围挡,防止各部件掉落,同时还能起到警示作用。
为了防止出现意外,钢绞线束上还设置有LED光带警示灯,通过钢绞线束上设置的LED光带警示灯发出的警示灯光,可以对白天或夜间的行人提供警示功能,以免发生碰撞等危险事件,保证柔性抗倾自控系统以及行人的安全。
上述柔性抗倾自控系统的安装及使用过程如下:
第一步,利用小直径钻孔桩机,在主梁2下侧的河床4施工小直径锚固桩桩孔;成孔后,将下端锚固装置及钢绞线束安装进桩孔内;
第二步,在桩孔内灌入细粒式混凝土11,养护至设计强度;
第三步,安装上端锚固装置的分配梁16、锚垫板17及稳定支架18;
第四步,将钢绞线5从主梁2下端的预留孔内穿至主梁2顶面,依次穿过分配梁16、锚垫板17板后,安装工作锚12;
第五步,在工作锚12上安装千斤顶13和工具锚14,并使钢绞线束处于非锁定的“微松弛”状态;
第六步,在主梁2顶部安装油泵15,启动试泵;
第七步,在主梁2顶部安装风速测量仪7和自动控制装置8,并进行试启,确保处于工作状态;
第八步,在主梁2顶部安装防护围栏19,并在钢绞线束上安装LED光带警示灯;
第九步,检查验收,并保证各个系统均处于有效状态;
第十步,当风速达到警戒值,自动控制装置8启动油泵15,千斤顶13的油缸工作,张拉钢绞线束,当钢绞线束张拉力达到设计值时,自动控制装置8停止,千斤顶13及油泵15停止工作,工作锚12的夹片处于夹紧状态,上端锚固装置处于“锁定”工作状态;
第十一步,当极端天气过后,斜塔1、主梁2、拉索3处于正常受力状态后,手动操作,将工作锚12的夹片退回,重新更换一套新的夹片,使得钢绞线束再回到非锁定的“微松弛”状态。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)
1.一种用于斜塔斜拉桥施工的柔性抗倾自控系统,其特征在于,包括下端锚固装置、钢绞线束、上端锚固装置、风速测量仪以及自动控制装置;
所述下端锚固装置包括锚固桩、下端锚具以及双层锚垫板;所述锚固桩由浇注于河床桩孔内的混凝土形成;所述钢绞线束的底端穿过所述双层锚垫板后与所述下端锚具固定连接;所述钢绞线束的底端、所述下端锚具以及所述双层锚垫板均浇注于所述混凝土内;
所述上端锚固装置包括工作锚、千斤顶、工具锚以及油泵;所述工具锚、所述千斤顶、所述工作锚以及主梁沿竖直方向从上到下依次设置;所述钢绞线束的顶端穿过所述主梁、所述工作锚以及所述千斤顶后与所述工具锚固定连接;所述油泵与所述千斤顶之间通过油路连通,用于通过所述千斤顶的伸缩实现所述钢绞线束的张弛;
所述风速测量仪安装于所述主梁的顶部,用于测量风速;
所述自动控制装置与所述风速测量仪和所述油泵之间信号连接;
当所述风速测量仪测量的风速达到警戒值时,所述自动控制装置控制所述油泵启动,并在所述油泵的油压达到预设值时,所述自动控制装置控制所述油泵停止。
2.如权利要求1所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述上端锚固装置还包括设置于所述主梁与所述工作锚之间的分配梁和锚垫板;
所述分配梁固定安装于所述主梁和所述锚垫板之间;
所述工作锚支承于所述锚垫板的顶部。
3.如权利要求2所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述上端锚固装置还包括套设于所述千斤顶和所述工作锚外周侧的稳定支架;
所述稳定支架的底端固定安装于所述锚垫板,用于保持所述千斤顶处于直立状态。
4.如权利要求1所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述油泵设置有用于测量油压的油压传感器,所述油压传感器与所述自动控制装置信号连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,还包括固定安装于所述主梁顶部的防护围栏;
所述防护围栏围设于所述上端锚固装置和所述风速测量仪的外周侧。
6.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述钢绞线束上设置有LED光带警示灯。
7.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述钢绞线束沿其长度方向间隔设置有多个卡箍。
8.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述下端锚具为P型锚具。
9.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述工作锚和所述工具锚均为夹片式锚具。
10.如权利要求1-4任一项所述的柔性抗倾自控系统,其特征在于,所述混凝土为细粒式混凝土。
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