CN115188167A - 基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，包括：S1、使用调节装置将刚性模板固定在设计位置，并在其外侧壁上安装倾角仪，调节装置设置为用于调节刚性模板的倾斜角度；S2、在刚性模板外侧壁上取一测试点，建立刚性模板的倾斜角度与测试点的转动位移间的关系，根据所述倾角仪实时检测的倾斜角度和计算得到的转动位移判断刚性模板的倾覆状态；S3、在预警系统中建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系；S4、对刚性模板的倾斜角度进行分级预警。本发明采用倾角仪作为监测元件附着在模板外侧对模板倾覆状态进行实时监测，并按照一定规则进行分级预警，以确保混凝土浇筑过程中模板的安全性并提高混凝土成型质量。

Description

基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法

技术领域

本发明涉及混凝土施工技术领域。更具体地说，本发明涉及基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法。

背景技术

在大体积混凝土施工过程中，模板体系不仅关乎混凝土浇筑完成后的成型尺寸、施工质量，而且还会影响施工中的安全质量。对于刚性模板，通常会采用拉杆和撑杆配合的形式将其固定，在后续混凝土浇筑过程中，由于混凝土不均匀的流动性易对模板产生侧压力，致使模板向外倾斜，此时模板的倾覆程度主要由拉杆进行控制，在施工监控中，往往需要将模板往倾斜的反方向进行预偏，以保证混凝土成型后的空间位置与设计保持一致。然而，由于模板所受荷载的分布具有不均匀性，一旦刚性模板倾覆位移过大，不仅难以控制结构线形，而且还可能出现模板倾斜坍塌的风险。

为解决上述问题，需要设计一种基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，对模板的实时倾覆状态进行监测，提高混凝土施工质量并降低施工安全风险。

发明内容

本发明的目的是提供基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，采用倾角仪作为监测元件附着在模板外侧对模板倾覆状态进行实时监测，并按照一定规则进行分级预警，以确保混凝土浇筑过程中模板的安全性并提高混凝土成型质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，包括：

S1、使用调节装置将刚性模板固定在设计位置，并在固定好的刚性模板外侧壁上安装倾角仪，所述调节装置设置为用于调节刚性模板的倾斜角度，所述倾角仪设置为用于检测刚性模板的倾斜角度；

S2、在刚性模板外侧壁上取一测试点，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系，根据所述倾角仪实时检测的倾斜角度和计算得到的转动位移判断刚性模板的倾覆状态；

S3、在预警系统中建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系；

S4、根据所述调节装置的受力特性对刚性模板的安全程度进行分级，然后通过所述预警系统对刚性模板的倾斜角度进行分级预警。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，所述调节装置包括多个拉杆，其沿刚性模板的高度方向间隔设置，任一拉杆包括钢绞线，其一端与固定结构连接，另一端沿水平方向穿出刚性模板；锚头，其设置在所述钢绞线穿出刚性模板的端部并将其锚固在刚性模板的外侧壁上。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，所述倾角仪包括外壳，其固定在刚性模板的外侧壁上；倾角传感器，其设置在所述外壳的内部，数据传输装置，其设置为用于将所述倾角传感器检测到的数据传递至所述预警系统。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S2中，所述测试点为位于刚性模板顶部的拉杆与刚性模板外侧壁的交点。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S2中，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系的方法为：

设定刚性模板在初始状态下垂直设置，刚性模板发生倾斜后通过所述倾角仪检测到的倾斜角度为θ，根据倾斜角的三角函数特性，所述测试点的转动位移

其中 R为转动半径，

h为所述测试点距离刚性模板底部的距离，t为刚性模板的宽度。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S3中，建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系的方法为：

S31、设定所述测试点为所述调节装置与刚性模板外侧壁的交点，在初始状态下所述调节装置水平设置且长度为L，则在刚性模板发生倾斜后所述调节装置的长度L_AC＝(1+ε)L，其中，ε为所述调节装置的产生的应变；

S32、所述调节装置的固定端与刚性模板倾斜前后的所述测试点构成三角形，根据三角函数特性，有

S33、分别将S2中L_BC、S31中L_AC的关系式代入S32中的关系式中求解，即可得到刚性模板的倾斜角度θ与所述调节装置的应变ε之间的关系方程。

优选的是，所述基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S4中，对刚性模板的倾斜角度进行分级预警的方法为：

S41、由不同的荷载分项系数得到所述调节装置在不同预警等级下的应变；

S42、根据S3中刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系分别计算所述调节装置在不同预警等级下的应变对应的倾斜角度，得到不同的预警等级对应的倾斜角度范围并将其录入预警系统；

S43、将倾角仪实时检测到的刚性模板的倾斜角度数据传递至所述预警系统中，在预警系统中判断实时倾斜角度所对应的预警等级并将预警信息显示出来。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明采用精度更高的倾角仪作为监测元件，附着在模板外侧，有利于保证良好的监测条件及元器件的使用质量，同时倾角仪能够重复使用，监测结果可反映出模板的转动角度和转动位移，从而清晰、直观的表示出模板的实时倾覆状态，利于现场采用拉杆等调节装置对模板的倾覆程度进行控制，以保证混凝土浇筑过程中模板的安全性和混凝土成型质量；

2、本发明通过建立拉杆应变与模板转角之间的关系，以模板转角为控制指标进行监测，根据模板转角的变化判断模板体系的受力情况，从而判断模板使用的可靠性及安全程度，并按照一定规则进行分段预警，作业人员可根据相应预警情况在现场及时做出处置措施，提高现场对施工中发生紧急情况并采取措施的反应速度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的刚性模板、调节装置和倾角仪的安装结构示意图；

图2为上述实施例中所述测试点在所述刚性模板倾斜前后的转动位移示意图。

附图标记说明：

1、刚性模板；2、钢绞线；3、锚头；4、固定结构；5、倾角仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，本发明提供一种基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，包括：

S1、使用调节装置将刚性模板固定在设计位置，并在固定好的刚性模板外侧壁上安装倾角仪，所述调节装置设置为用于调节刚性模板的倾斜角度，所述倾角仪设置为用于检测刚性模板的倾斜角度；

S2、在刚性模板外侧壁上取一测试点，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系，根据所述倾角仪实时检测的倾斜角度和计算得到的转动位移判断刚性模板的倾覆状态；

S3、在预警系统中建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系；

S4、根据所述调节装置的受力特性对刚性模板的安全程度进行分级，然后通过所述预警系统对刚性模板的倾斜角度进行分级预警。

上述技术方案中，倾角仪可采用常规角度仪，将其直接安装在刚性模板外侧壁上进行角度测量，在施工前(刚性模板处于初始状态时)需对倾角仪进行初始化，保证其测量前计数值为0。在施工现场还设有监测系统，其包括计算模块和显示模块，监测系统可搭载在计算机中，计算模块与显示模块电连接，倾角仪与监测系统间存在信号传输，倾角仪检测到的刚性模板倾斜角度数据通过电信号被实时传输至计算模块中，计算模块中预设有 S2中刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系，在计算出对应的测试点转动位移后，计算模块将当前倾斜角度与转动位移数据传递给显示模块，并在显示器上显示出来。作业人员可通过显示出的刚性模板倾斜角度和测试点转动位移的具体数据来直观判断刚性模板的实时倾覆状态，与人工主观判断模板倾覆情况的方法相比，倾角仪的测量精度更高，检测结果也更加准确、直观，利于采用调节装置或其他措施对当前情况进行及时、精确的处理，以更好的对模板的倾覆程度进行控制，保证混凝土浇筑过程中模板的安全性和混凝土成型质量。同时，本发明中还设有预警系统，其可以设置在计算机中，也可以设置在其他便于现场施工人员观测的控制器中(如警报器等)，预警系统与监测系统间存在信号传输(有线或无线均可)，预警系统中也搭载有计算和显示模块，计算模块中根据调节装置的受力特性(不同的荷载力产生的应变)设置刚性模板的安全阈值范围，同时预设有S3中刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系，计算模块可将以调节装置应变表示的安全阈值范围转换为以对应的倾斜角度表示并存储在预警系统中。在S4中，实际施工时，监测系统中的刚性模板实时倾斜角度数据可以通过电信号传递给预警系统，预警系统通过对比实时倾斜角度数据与预设的安全阈值范围，可自动判断得到当前预警等级，再将预警等级的信息传递给显示模块并显示出来，即可完成对刚性模板倾斜角度的分级预警。监测系统和预警系统中的数据传输、计算、比较、显示等功能均可通过计算机(或控制器)中的编译程序实现。通过上述方法，采用分段设置的安全阈值范围对通过倾角仪实时检测到的倾斜角度进行预警，可根据相应预警情况帮助现场作业人员更加直观的判断当前刚性模板倾覆状态的危险性并在现场及时做出处置措施，提高现场对施工中发生紧急情况并采取措施的反应速度，进一步保证了现场的施工安全性，提高了施工安全质量。

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，所述调节装置包括多个拉杆，其沿刚性模板的高度方向间隔设置，任一拉杆包括钢绞线，其一端与固定结构连接，另一端沿水平方向穿出刚性模板；锚头，其设置在所述钢绞线穿出刚性模板的端部并将其锚固在刚性模板的外侧壁上。上述技术方案中，钢绞线的强度高、柔韧性能良好，在作为拉杆主体随刚性模板倾斜而发生形变时，可发生适应性拉伸和位移，与刚性连接结构相比，不易在钢绞线内部产生过度应力造成拉杆损坏等问题，通过改变锚头在钢绞线上的位置即可实现对模板倾覆程度的控制。如图1-2所示，钢绞线与固定结构的固定端为A 点，与刚性模板外侧壁的锚固端为B点，当模板向外侧倾斜时，可将锚头向内锁紧，减小 AB段间距，从而调节减小刚性模板的倾覆程度(减小倾斜角度)。

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，所述倾角仪包括外壳，其固定在刚性模板的外侧壁上；倾角传感器，其设置在所述外壳的内部，数据传输装置，其设置为用于将所述倾角传感器检测到的数据传递至所述预警系统。其中，外壳作为保护装置，防止施工中起实际测量作用的倾角传感器受到损伤，数据传输装置可以选用电缆或无线传输器，实现倾角数据的有线或无线传输。

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S2中，所述测试点为位于刚性模板顶部的拉杆与刚性模板外侧壁的交点。上述技术方案中，选取图1中B 点作为测试点，一方面，选取拉杆与刚性模板的交点作为测试点，方便后续步骤中对调节装置(拉杆)的应变与刚性模板的倾斜角度间的关系进行分析和计算，另一方面，刚性模板发生倾覆时，刚性模板绕底端O点进行转动，对于相同的转动角度，刚性模板上不同点的位移从下至上逐渐增加，选取位于刚性模板顶部的交点作为测试点，尽可能的增加了倾斜角度对转动位移的影响，即使在转动角度较小的情况下，也能够采集(计算)到精确度较高的位移数据，且转动位移数据对刚性模板的倾覆状态具有充分的代表性，从而，保证了对刚性模板的倾覆状态监测的有效性和准确性，能够更好的指导模板的调节和后续施工。

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S2中，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系的方法为：

设定刚性模板在初始状态下垂直设置，刚性模板发生倾斜后通过所述倾角仪检测到的倾斜角度为θ，根据倾斜角的三角函数特性，所述测试点的转动位移

其中 R为转动半径，

h为所述测试点距离刚性模板底部的距离，t为刚性模板的宽度。

具体的，刚性模板的内侧壁底端为O点，刚性模板在初始状态下时，测试点位于B点，刚性模板发生倾覆后，刚性模板绕底端O点转动，当模板发生转动θ角度时，测试点由B点旋转到C点，此时

根据转动角∠BOC的三角函数特性，可以得到转动位移(即BC线段的长度)与倾斜角度的关系式：

倾斜角度可通过倾角仪实时测量得到，再通过上述关系式计算可得到测试点的转动位移，结合倾斜角度和转动位移的数据综合判断，即可直观的展现刚性模板的实时倾覆状态。

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S3中，建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系的方法为：

S31、设定所述测试点为所述调节装置与刚性模板外侧壁的交点，在初始状态下所述调节装置水平设置且长度为L，则在刚性模板发生倾斜后所述调节装置的长度L_AC＝(1+ε)L，其中，ε为所述调节装置的产生的应变；

S32、所述调节装置的固定端与刚性模板倾斜前后的所述测试点构成三角形，根据三角函数特性，有

S33、分别将S2中L_BC、S31中L_AC的关系式代入S32中的关系式中求解，即可得到刚性模板的倾斜角度θ与所述调节装置的应变ε之间的关系方程。

上述技术方案中，在S2中对转动角和转动位移的关系进行计算的基础上，设定刚性模板的外侧壁底端为D点，L_AB＝L，对∠ABC的三角函数关系进行计算，有：∠ABC＝∠ ABD+∠OBC-∠OBD，其中

∠ABD＝90°；则，∠

求反三角函数可得，

由S31中分析调节装置的受力特性可知L_AC＝(1+ε)L，刚性模板宽度t，测试点B距刚性模板底部D点的距离h，拉杆的初始长度L均为固定的已知值，将L_AC和L_BC的关系式分别代入上述∠ABC的三角函数关系式，即可得到刚性模板倾斜角度θ与调节装置的应变ε之间的关系方程：

在另一技术方案中，所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，S4中，对刚性模板的倾斜角度进行分级预警的方法为：

S41、由不同的荷载分项系数得到所述调节装置在不同预警等级下的应变；

S42、根据S3中刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系分别计算所述调节装置在不同预警等级下的应变对应的倾斜角度，得到不同的预警等级对应的倾斜角度范围并将其录入预警系统；

S43、将倾角仪实时检测到的刚性模板的倾斜角度数据传递至所述预警系统中，在预警系统中判断实时倾斜角度所对应的预警等级并将预警信息显示出来。

在本实施例中，采用钢绞线与锚头配合的拉杆结构作为调节装置，预警系统的预警策略为：根据不同的荷载分项系数将刚性模板的安全程度分为四级，当拉杆受力对应的荷载分项系数小于1时，刚性模板处于安全状态(不进行预警)；当拉杆受力对应的荷载分项系数为1-1.2时，刚性模板处于轻度危险状态(进行黄色预警)；当拉杆受力对应的荷载分项系数为1.2-1.35时，刚性模板处于中度危险状态(进行橙色预警)；当拉杆受力对应的荷载分项系数超过1.35时，刚性模板处于重度危险状态(进行红色预警)。

具体的，设定当荷载分项系数为1时，所述调节装置的应变ε等于拉杆的拉应变ε_t，将其代入S3的公式计算出对应的倾斜角度为θ_ε；当荷载分项系数为1.2时，所述调节装置的应变ε等于拉杆的拉应变1.2ε_t，将其代入S3的公式计算出对应的倾斜角度为θ_1.2εt；当荷载分项系数为1.35时，所述调节装置的应变ε等于拉杆的拉应变1.35ε_t，将其代入S3 的公式计算出对应的倾斜角度为θ_1.35εt；计算拉杆的容许应变为

其中[σ]为拉杆的强度设计容许值，E为弹性模量，将[ε]代入S3的公式计算出对应的倾斜角度为θ_[ε]。

将上述荷载分项系数、拉杆应变、倾斜角度的对应关系提前录入预警系统，在实际施工中，将倾角仪实时检测到的刚性模板的倾斜角度数据传递至所述预警系统，预警系统中自动比较实时倾斜角度θ与不同的预警等级对应的倾斜角度阈值范围：当θ＜θ_εt，不进行预警；当θ_εt≤θ＜θ_1.2εt，进行黄色预警；当θ_1.2εt≤θ＜θ_1.35εt，进行橙色预警；当θ_1.35εt≤θ＜θ_[ε]，进行红色预警。上述预警信息可通过声光信号等展示在施工现场的显示器或控制器上，方便施工人员采取相应的现场处置措施。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，包括：

S1、使用调节装置将刚性模板固定在设计位置，并在固定好的刚性模板外侧壁上安装倾角仪，所述调节装置设置为用于调节刚性模板的倾斜角度，所述倾角仪设置为用于检测刚性模板的倾斜角度；

S2、在刚性模板外侧壁上取一测试点，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系，根据所述倾角仪实时检测的倾斜角度和计算得到的转动位移判断刚性模板的倾覆状态；

S3、在预警系统中建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系；

S4、根据所述调节装置的受力特性对刚性模板的安全程度进行分级，然后通过所述预警系统对刚性模板的倾斜角度进行分级预警。

2.如权利要求1所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，所述调节装置包括多个拉杆，其沿刚性模板的高度方向间隔设置，任一拉杆包括钢绞线，其一端与固定结构连接，另一端沿水平方向穿出刚性模板；锚头，其设置在所述钢绞线穿出刚性模板的端部并将其锚固在刚性模板的外侧壁上。

3.如权利要求1所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，所述倾角仪包括外壳，其固定在刚性模板的外侧壁上；倾角传感器，其设置在所述外壳的内部，数据传输装置，其设置为用于将所述倾角传感器检测到的数据传递至所述预警系统。

4.如权利要求2所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，S2中，所述测试点为位于刚性模板顶部的拉杆与刚性模板外侧壁的交点。

5.如权利要求1所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，S2中，建立刚性模板的倾斜角度与所述测试点的转动位移间的关系的方法为：

设定刚性模板在初始状态下垂直设置，刚性模板发生倾斜后通过所述倾角仪检测到的倾斜角度为θ，根据倾斜角的三角函数特性，所述测试点的转动位移

其中R为转动半径，

h为所述测试点距离刚性模板底部的距离，t为刚性模板的宽度。

6.如权利要求5所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，S3中，建立刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系的方法为：

S31、设定所述测试点为所述调节装置与刚性模板外侧壁的交点，在初始状态下所述调节装置水平设置且长度为L，则在刚性模板发生倾斜后所述调节装置的长度L_AC＝(1+ε)L，其中，ε为所述调节装置的产生的应变；

S32、所述调节装置的固定端与刚性模板倾斜前后的所述测试点构成三角形，根据三角函数特性，有

S33、分别将S2中L_BC、S31中L_AC的关系式代入S32中的关系式中求解，即可得到刚性模板的倾斜角度θ与所述调节装置的应变ε之间的关系方程。

7.如权利要求1所述的基于倾角仪的刚性模板倾覆预警方法，其特征在于，S4中，对刚性模板的倾斜角度进行分级预警的方法为：

S41、由不同的荷载分项系数得到所述调节装置在不同预警等级下的应变；

S42、根据S3中刚性模板的倾斜角度与调节装置的应变之间的关系分别计算所述调节装置在不同预警等级下的应变对应的倾斜角度，得到不同的预警等级对应的倾斜角度范围并将其录入预警系统；

S43、将倾角仪实时检测到的刚性模板的倾斜角度数据传递至所述预警系统中，在预警系统中判断实时倾斜角度所对应的预警等级并将预警信息显示出来。

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