CN114717975A - 一种极不对称桥梁ivrs智能矢量转动自控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，所述极不对称桥梁包括左桥身和右桥身，左桥身和右桥身相对建造且结构相同；左桥身包括左塔桥、左主梁、左主缆、左主缆收铰组件、左矢量转动支座和左激光对准组件；所述IVRS智能矢量转动自控系统还包括控制器，所述控制器与左矢量转动支座、右矢量转动支座、左激光对准组件、右激光对准组件、左主缆收铰组件、右主缆收铰组件信号连接；所述IVRS智能矢量转动自控系统的工作步骤如下：1）主梁初步对正；2）主梁水平对正；3）主梁高度对正。

Description

一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种转体桥施工控制方法，更具体地涉及一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统。

背景技术

随着我国基础交通建设路网的不断完善，新建线路与既有交通路线不可避免出现交叉情况，为了不中断交通或者降低施工对既有通车线路行车的影响，一般采用转体桥工艺进行施工。因此，新建跨线转体桥在跨越既有铁路，甚至高铁线路及高速公路中发挥着重要的作用。跨线转体桥在跨越既有高铁线路中存在一种极端工况，即有限的施工空间，异常紧张的工期、很高的安全性要求和标志性的工程而采用非对称、非平衡的转体施工工艺。

现有转体结构主要包括无平衡重转体施工体系和有平衡重转动体系。其中，无平衡重转体施工体系的转体装置主要采用转盘-扣索-缆风索结构，该结构具有一定局限性，一般只适合于山区地质条件好或跨越深谷急流处建造大跨桥梁时选用；对于高山、峡谷地段，辅助施工措施不易实施，精度无法保证，施工比较重视经验。此外还存在以下不足：1）对锚锭自身和安装要求非常高，将有平衡重转体施工中的拱圈扣索拉力锚在两岸的岩体中或利用边跨的自重构成平衡体，节省庞大的平衡重；2）工艺复杂，采用平衡多种锁扣结构，工人施工下部锁扣时存在一定的安全隐患；施工不便，称重难度高，操作复杂；3）转动-对中均为机械或者液压控制，精度不高，操控性和对中精度大于0.1mm，转体结束后无法实现高度微调。

有平衡重转动体系的转动装置主要采用球面铰转体和四氟滑板环道转体两种结构。其中球面铰转体具有以下特点：1）转体装置是用砼球面铰作为轴心承受转动体系重力，既要保证自身强度要求很高；2）四周设保险滚轮，转体设计时要求转动体系的重心落在轴心上，辅助配重增加圬工数量，间接增加费用；3）基本无法实现高度微调，精度不高，操控性和对中精度大于0.1mm。

其中四氟滑板环道转体存在以下不足：1）目前承受最大竖向力为4500t，平面直径达到270cm，占地空间大；2）需要专业机构研发核心球铰转盘；3）四氟乙烯作为滑板的环道平面承重转体，对于不平衡、非平面转动体系桥梁适应性差；4）基本无法实现高度微调，操控性和对中精度大于0.1mm。

发明内容

本发明提供了一种极不对称桥梁IVRS（Intelligent vector rotation self-control device）智能矢量转动自控系统，主要目的在于解决现有转体结构及工艺不适用于极不对称工况，且现有转体工艺转体精度差，转体后桥梁高度无法微调的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，所述极不对称桥梁包括左桥身和右桥身，左桥身和右桥身相对建造且结构相同；左桥身包括左塔桥、左主梁和左主缆，左主梁水平固定于左塔桥中部，左主缆的中部跨设于左桥身顶部的鞍座上，左主缆的头端固接于左主梁的头端，左主缆的尾端延伸至左岸边并连接有左主缆收铰组件，左主缆收铰组件固定于岸边，左桥身底部设有用于带动左桥身转动的左矢量转动支座，左主梁头端上表面的中部设有左激光对准组件，左激光对准组件激光发射方向与左主梁平行且朝前；

所述右桥身也包括与左桥身相同的右塔桥、右主梁、右主缆、右主缆收铰组件、右矢量转动支座和右激光对准组件；所述IVRS智能矢量转动自控系统还包括控制器，所述控制器与左矢量转动支座、右矢量转动支座、左激光对准组件、右激光对准组件、左主缆收铰组件、右主缆收铰组件信号连接；所述IVRS智能矢量转动自控系统的工作步骤如下：

1）主梁初步对正：控制器控制左矢量转动支座和右矢量转动支座相对同步转动，带动左桥身和右桥身相向转动，直至左主梁头端和右主梁头端逐步对齐；

矢量旋转器转体中角度与角度变量关系：

；

其中：ω-矢量旋转器的角速度；

t-旋转时间；

x-偏转的水平线位移；

时刻第n块矢量转盘的水平转动位移矢量；

2）主梁水平对正：控制器控制左激光对准组件和右激光对准组件相互发射水平激光进行找正；

左激光对准组件向前发射激光束X，右激光对准组件向前发射激光束Y，控制器计算得出两光束之间的夹角φ、水平方向矢量i、竖直方向矢量j；根据水平方向矢量i值控制左矢量转动支座、右矢量转动支座缓慢转动直至两束激光水平方向矢量归零，代表左主梁和右主梁水平对正；然后在桥身下部浇筑混凝土，将左矢量转动支座和右矢量转动支座分别凝固固定于左桥身和右桥身内；

3）主梁高度对正：根据竖直方向矢量j调整左主缆收铰组件、右主缆收铰组件，带动两个主缆收紧或放松，从而调整左主梁和右主梁头端的高度，直至竖直方向矢量j归零，代表左主梁和右主梁高度对正；

高度补偿计算关系：

；

其中：z-主梁竖向高差调整补偿；

时刻第n块矢量转盘的高差补偿位移矢量；

其中：

时刻两个激光对中器方向矢量函数，包含控制器计算得到水平、高度调整所需的距离及角度的函数；

时刻主缆系统输出关于拉力和调整高度的函数。

进一步地，所述左矢量转动支座包括固定底座，固定底座固定于混凝土基座上；固定底座顶部设有水平的支撑盘，支撑盘上表面设有若干环向布设的支撑滚轮；桥身中心插入固定底座中，桥身下端面紧贴支撑滚轮，桥身上连接有带动桥身转动的驱动件。

进一步地，所述桥身下端面上设有用于增大摩擦力的低摩阻材料四氟乙烯涂层。

进一步地，所述左激光对准组件包括毫米波激光发射器、激光接收器和信号发射器，信号发射器与控制器信号连接。

本发明的有益效果在于：

1.组合式转体施工体系适应强，兼容性好，适应包括多跨连续跨线桥、斜拉桥、刚构桥，以及高原特殊地区桥梁建设、跨越既有铁路、公路桥等在内的多种转体情况，既可以适应有平衡重转动体系，又可以适应无平衡重转动体系；

2. IVRS智能矢量转动自控系统引入转动智能AI控制-反馈-控制系统、激光-毫米波雷达对正、调节高度拉索系统协同工作，普遍适应大多数桥型“平转及高度调整”；精度毫米级，操作性简单，全程AI智能自动控制，通过终端实时监测；

3. VRS智能矢量转动自控系统，先进行目视初步对正，后进行主梁水平对正，最后进行主梁高度对正，实现毫米级准确对正；算法准确先进，根据工程特点不断适应转体要求，时间断，反应快，平转、高度调整节省时间和费用；

4.相对传统转动装置承受荷载存在上限，辅助精确对中装置，转体效率、精度上处于绝对优势；

5.高原地区转体桥梁工程对不论对施工人员还是技术设备考验极大，应用极不对称桥梁和IVRS不仅提高精度、效率，节约投资，同样工作，投入资源更少，连续桥大约节约35%的费用；

6.本发明钢缆系统升顶过程，偏重侧钢缆的张拉使转动体沿梁轴线的竖向平面内发生顺时针方向微小转动；可通过在钢缆上连接应变片，通过应片测量钢缆拉力，换算得到桥梁不平衡力，并对钢缆尾端进行实时配重，不仅在张拉顶升过程中对梁体实现称重，另一方面节约了繁琐的专门称重的流程和平衡配重的装置。

附图说明

图1是本发明极不对称桥梁的结构示意图；

图2是本发明激光对准示意图；

图3是本发明矢量转动支座的结构俯视图；

图中：1-左塔桥，2-左主梁，3-左钢桁架，4-左主缆，5-转轮，6-左主缆收铰组件，7-左激光对准组件，8-左矢量转动支座，9-固定底座，10-右塔桥，11-右主梁，12-右主缆，13-右主缆收铰组件，14-右激光对准组件，15-右矢量转动支座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1～3所示，一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，极不对称桥梁包括建造于左岸的左桥身和建造于右岸的右桥身，左桥身和右桥身相对建造且结构相同。左桥身包括左塔桥1、左主梁2和左主缆4，左塔桥1包括下部的混凝土桥墩和上部的左钢桁架3，左主梁2水平固定于混凝土桥墩顶部，左钢桁架3固定于左主梁2顶部。左钢桁架3包括两个，两左钢桁架3分别位于左主梁2两侧。

左主缆4也包括两个，两个左主缆4分别连接至两个左钢桁架3上。左主缆4的中部跨设于左桥身顶部的鞍座上，左主缆4可沿鞍座滑动，左主缆4的头端固接于左主梁2的头端。左主缆4的尾端延伸至左岸边并连接有左主缆收铰组件6，左主缆收铰组件6用于收紧或放松左主缆4。为了降低左主缆4与鞍座之间的滑动阻力，钢桁架顶部设有用于连接主缆的转轮5，转轮5的转动轴沿竖直方向。

左桥身底部设有用于带动左桥身转动的左矢量转动支座8，左矢量转动支座8包括固定底座9，固定底座9固定于混凝土基座上；固定底座9顶部设有水平的支撑盘，支撑盘上表面设有若干环向布设的支撑滚轮；桥身中心插入固定底座9中，桥身下端面紧贴支撑滚轮，桥身上连接有带动桥身转动的驱动件。桥身下端面上设有用于增大摩擦力的低摩阻材料四氟乙烯涂层。

左主梁2头端上表面的中部设有左激光对准组件7，左激光对准组件7激光发射方向与左主梁2平行且朝前。左激光对准组件7包括毫米波激光发射器、激光接收器和信号发射器，信号发射器与控制器信号连接。右桥身也包括与左桥身相同的右塔桥10、右主梁11、右主缆12、右主缆收铰组件13、右矢量转动支座15和右激光对准组件14。

IVRS智能矢量转动自控系统还包括控制器，控制器与左矢量转动支座8、右矢量转动支座15、左激光对准组件7、右激光对准组件14、左主缆收铰组件6、右主缆收铰组件13信号连接。

本发明IVRS智能矢量转动自控系统的工作步骤如下：

1）主梁初步对正：控制器控制左矢量转动支座8和右矢量转动支座15相对同步转动，带动左桥身和右桥身相向转动，目视两主梁逐步转动对正，直至目视左主梁2头端和右主梁11头端逐步对齐；

矢量旋转器转体中角度与角度变量关系：

；

其中：ω-矢量旋转器的角速度；

t-旋转时间；

x-偏转的水平线位移；

时刻矢量转动支座转动位移矢量。

2）主梁水平对正：控制器控制左激光对准组件7和右激光对准组件14相互发射水平激光进行找正；

左激光对准组件7向前发射激光束X，右激光对准组件14向前发射激光束Y，控制器计算得出两光束之间的夹角φ、水平方向矢量i、竖直方向矢量j；根据水平方向矢量i值控制左矢量转动支座8、右矢量转动支座15缓慢转动直至两束激光水平方向矢量归零，代表左主梁2和右主梁11水平对正；然后在桥身下部浇筑混凝土，将左矢量转动支座8和右矢量转动支座15分别凝固固定于左桥身和右桥身内，该步骤可实现两主梁水平方向毫米级对正。

3）主梁高度对正：根据竖直方向矢量j调整左主缆收铰组件6、右主缆收铰组件13，带动两个主缆收紧或放松，从而调整左主梁2和右主梁11头端的高度，直至竖直方向矢量j归零，代表左主梁2和右主梁11高度对正，该步骤可实现两主梁竖直方向毫米级对正；

本发明钢缆系统升顶过程，偏重侧钢缆的张拉使转动体沿梁轴线的竖向平面内发生顺时针方向微小转动；可通过在钢缆上连接应变片，通过应片测量钢缆拉力，换算得到桥梁不平衡力，并对钢缆尾端进行实时配重，不仅在张拉顶升过程中对梁体实现称重，另一方面节约了繁琐的专门称重的流程和平衡配重的装置。

高度补偿计算关系：

；

其中：z-主梁竖向高差调整补偿；

时刻第n块矢量转盘的高差补偿位移矢量；

其中：

时刻两个激光对中器方向矢量函数，包含控制器计算得到水平、高度调整所需的距离及角度的函数；

时刻主缆系统输出关于拉力和调整高度的函数。

Claims (5)

1.一种极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，其特征在于，所述极不对称桥梁包括建造于一侧的左桥身和建造于另一侧的右桥身，左桥身和右桥身相对建造且结构相同；左桥身包括左塔桥（1）、左主梁（2）和左主缆（4），左主梁（2）水平固定于左塔桥（1）中部，左主缆（4）的中部跨设于左桥身顶部的鞍座上，左主缆（4）的头端固接于左主梁（2）的头端，左主缆（4）的尾端延伸至左侧并连接有左主缆收铰组件（6），左桥身底部设有用于带动左桥身转动的左矢量转动支座（8），左主梁（2）头端上表面的中部设有左激光对准组件（7），左激光对准组件（7）激光发射方向与左主梁（2）平行且朝前；

所述右桥身包括与左桥身相同的右塔桥（10）、右主梁（11）、右主缆（12）、右主缆收铰组件（13）、右矢量转动支座（15）和右激光对准组件（14）；所述IVRS智能矢量转动自控系统还包括控制器，所述控制器与左矢量转动支座（8）、右矢量转动支座（15）、左激光对准组件（7）、右激光对准组件（14）、左主缆收铰组件（6）、右主缆收铰组件（13）信号连接；所述IVRS智能矢量转动自控系统的工作步骤如下：

1）主梁初步对正：控制器控制左矢量转动支座（8）和右矢量转动支座（15）相对同步转动，带动左桥身和右桥身相向转动，直至左主梁（2）头端和右主梁（11）头端逐步对齐；

2）主梁水平对正：控制器控制左激光对准组件（7）和右激光对准组件（14）相互发射水平激光进行找正；

左激光对准组件（7）向前发射激光束X，右激光对准组件（14）向前发射激光束Y，控制器计算得出两光束之间的夹角φ、水平方向矢量i、竖直方向矢量j；根据水平方向矢量i值控制左矢量转动支座（8）、右矢量转动支座（15）缓慢转动直至两束激光水平方向矢量归零，代表左主梁（2）和右主梁（11）水平对正；然后在桥身下部浇筑混凝土，将左矢量转动支座（8）和右矢量转动支座（15）分别凝固固定于左桥身和右桥身内；

3）主梁高度对正：根据竖直方向矢量j调整左主缆收铰组件（6）、右主缆收铰组件（13），带动两个主缆收紧或放松，从而调整左主梁（2）和右主梁（11）头端的高度，直至竖直方向矢量j归零，代表左主梁（2）和右主梁（11）高度对正。

2.根据权利要求1所述的极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，其特征在于，所述左矢量转动支座（8）包括固定底座（9），固定底座（9）固定于混凝土基座上；固定底座（9）顶部设有水平的支撑盘，支撑盘上表面设有若干环向布设的支撑滚柱；桥身中心插入固定底座（9）中，桥身下端面紧贴支撑滚轮，桥身上连接有带动桥身转动的驱动件。

3.根据权利要求2所述的极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，其特征在于，所述桥身下端面上设有用于增大摩擦力的低摩阻材料四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，其特征在于，所述左激光对准组件（7）包括毫米波激光发射器、激光接收器和信号发射器，信号发射器与控制器信号连接。

5.根据权利要求1所述的极不对称桥梁IVRS智能矢量转动自控系统，其特征在于，所述极不对称桥梁主梁上方的塔桥采用钢桁架结构，钢桁架顶部设有用于连接主缆的转轮（5），转轮（5）的转动轴沿竖直方向。

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