CN115262427A

CN115262427A - 用于铁路桥梁梁端顶紧检修的部件及系统

Info

Publication number: CN115262427A
Application number: CN202210825141.1A
Authority: CN
Inventors: 陈树礼; 许宏伟; 刘永前; 冯小利; 白世辉; 郎鹏飞; 郭睿
Original assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Current assignee: Shijiazhuang Tiedao University
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2022-11-01
Also published as: CN110528406B; CN112982194A; CN112982195B; CN110528406A; CN112982195A; CN112982194B

Abstract

本发明涉及用于铁路桥梁梁端顶紧检修的部件及系统，其包括在相邻的T梁之间设置的位移检测装置、设置在T梁两侧的防沉降装置、以及在轨道上行走的补救装置；防沉降装置包括线性安装在立梁两侧的防沉降配件、设置在T梁上的导向轨道、设置在导向轨道两端的防撞击弹性座、两端设置在导向轨道上的移动式吊座、设置在移动式吊座上且分别与导向轨道接触的侧导向轮与底导向轮、设置在移动式吊座两端的吊脚架、以及连接在吊脚架与防沉降配件之间的吊绳。本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

用于铁路桥梁梁端顶紧检修的部件及系统

技术领域

本发明涉及用于铁路桥梁梁端顶紧检修的部件及系统，本发明涉及重载铁路桥梁技术状况检查/检测及评定领域，特别是涉及一种铁路桥梁梁端顶紧测量装置及方法，可以实现铁路桥梁梁端和桥台部位的纵向位移和竖向位移日常检查和实时监测。

背景技术

目前，“货运重载”是我国铁路继“客运高速”后的又一发展重点，随着大轴重、高速度、长编组的重载列车大量开行，桥梁结构承受更大的活载效应、冲击和疲劳作用，桥梁病害大量出现并快速发展。而梁端顶紧病害是重载铁路中的一种比较常见病害，具体表现为相邻跨梁端或梁端与桥台间缝隙过小或者顶紧，严重情况下造成梁或者墩台混凝土溃碎和严重裂缝，劣化等级将达到A级A等或A1等，严重危及结构安全和列车运营安全，迫切需要设计科学合理的梁端顶紧装置或检测方法，科学准确观测梁端顶紧变化情况，为铁路安全运营保驾护航。

导致梁端顶紧的原因有很多，软土地基桥梁多为地基失稳造成桥台倾斜，进而引起桥台发生前移或者测斜，寒冷多雨地区多由于冻胀而引起桥台前倾或者倾斜，支座损坏也会造成梁体发生纵向移动，进而导致相邻桥跨顶紧。梁端顶紧病害发生数量相对较少，但此类病害一旦发生，将造成桥梁伸缩装置破坏和功能丧失，严重时发生混凝土溃碎和大面积开裂，对轨道受力也非常不利，严重时甚至危及行车安全。而目前针对梁端顶紧病害的研究很少，病害检查多采用吊垂球或者测量方法来实现，没有比较合理高效的梁端顶紧日常检查和长期监测装置与方法，很难准确掌握梁端顶紧病害程度及发展趋势，而且无法实现进行实时补救。因此，为准确掌握梁端顶紧病害严重程度和长时间的变化规律，同时实现精准补救，迫切需要研发一种铁路桥梁梁端顶紧检修装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种铁路桥梁梁端顶紧检修装置及方法。其母案名称铁路桥梁梁端顶紧检修装置及方法；专利号CN2019108301527；分案名称铁路桥梁梁端顶紧检修的组件装置；申请号CN202110248943.6申请日20190904。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种铁路桥梁梁端顶紧检修装置，铁路桥梁结构从底部到顶部依次为墩台、盖梁、支座、T梁、以及轨道；

本装置包括在相邻的T梁之间设置的位移检测装置、设置在T梁两侧的防沉降装置、以及在轨道上行走的补救装置；

防沉降装置包括线性安装在立梁两侧的防沉降配件、设置在T梁上的导向轨道、设置在导向轨道两端的防撞击弹性座、两端设置在导向轨道上的移动式吊座、设置在移动式吊座上且分别与导向轨道接触的侧导向轮与底导向轮、设置在移动式吊座两端的吊脚架、以及连接在吊脚架与防沉降配件之间的吊绳。

一种铁路桥梁梁端顶紧检修方法，包括以下步骤；

步骤一，预制T梁；首先，制作T梁内部的钢筋笼并放置到模具中；然后，在钢筋笼上组队并焊接配件；其次，向模具中浇筑混凝土，并对混凝土浇口进行修型；再次，进行固化处理，并拆去模具；最后，将其运送至铁路桥梁施工现场进行墩台、盖梁、支座、以及轨道的安装，相邻的T梁预留间隙；

步骤二，检测T梁水平蠕动变化；首先，在T梁的边缘处之间安装位移检测装置；然后，当相邻的T梁之间的位移量小于设定距离后，位移检测装置通知检测电路进行检测；然后，当相邻的T梁之间的位移量小于安全距离后，位移检测装置通知报警电路进行报警，通知检修人员；

步骤三，检测墩台；首先，在墩台上安装检测件，来检测墩台的水平弯矩形变与承载受压形变；然后，检测件将墩台的形变数据上传到上位机；

步骤四，执行补救步骤；首先，扩大相互靠近的相邻的T梁之间的间隙、和/或调整重心沉降的T梁的重心；然后，通过千斤顶上顶发生横向位移的T梁，使得T梁与支座分离，墩台恢复自然状态；其次，通过千斤顶下降T梁；其次，在相互远离的相邻的T梁之间的间隙上增加护罩。

附图说明

图1是本发明T梁的结构示意图。

图2是本发明检修的结构示意图。

图3是本发明T梁预制的结构示意图。

图4是本发明应变片的结构示意图。

图5是本发明补救的结构示意图。

图6是本发明控制一的结构示意图。

图7是本发明控制二的结构示意图。

图8是本发明控制三的结构示意图。

其中：1、墩台；2、盖梁；3、T梁；4、轨道；5、支座；6、组合支撑槽钢结构；7、滑道式位移传感器；8、位移检测装置；9、防沉降装置；10、补救装置；11、T型梁模具；12、浇筑机；13、工艺配件；14、组对机械手；15、焊接机器人；16、中间内凹面；17、位移活塞件；18、复位弹簧；19、外顶配件；20、三角加强筋；21、防沉降配件；22、吊绳；23、吊脚架；24、移动式吊座；25、侧导向轮；26、底导向轮；27、导向轨道；28、防撞击弹性座；29、第一应变片组；30、第二应变片组；31、行走检修车；32、检修基座；33、检修机械臂；34、配重；35、检修旋转臂；36、补救开口基座；37、补救旋切刀；38、工作底座；39、工作下卡座；40、补救开孔机臂；41、补救开孔机头；42、补救切钢筋刀；43、补救开孔钻头；44、补救开倒角刀；45、压力表；46、阻尼器；47、行程开关；48、极限开关。

具体实施方式

如图1-8所示，本实施例的铁路桥梁梁端顶紧检修装置，铁路桥梁结构从底部到顶部依次为墩台1、盖梁2、支座5、T梁3、以及轨道4；这是公知常识。

本装置包括在相邻的T梁3之间设置的位移检测装置8、设置在T梁3两侧的防沉降装置9、以及在轨道4上行走的补救装置10；从而实现对梁端顶紧进行实时检测，即使补救，消除隐患。

T梁其上方行走高速重载列车，根据作用与反作用原理，会是的T梁产生横向受力，还有其他原因产生横向形变。

T梁在自然状态下会呈现向上微微拱起,在长时间使用时候会产生重心下沉，从而变成水平状态，列车在其上方可以行使，作为防沉降装置9包括线性安装在立梁两侧的防沉降配件21从而方便钩挂绳带、设置在T梁3上的导向轨道27从而实现纵向自动移动、设置在导向轨道27两端的防撞击弹性座28，从而实现硬碰撞与限位作用、两端设置在导向轨道27上的移动式吊座24灵活方便、设置在移动式吊座24上且分别与导向轨道27接触的侧导向轮25与底导向轮26减少阻力，导向方便、设置在移动式吊座24两端的吊脚架23、以及连接在吊脚架23与防沉降配件21之间的吊绳22。利用T梁自重，可以有效的提升重心，从而避免重心低于水平面从而产生下陷。

实施例一，位移检测装置8包括在盖梁2上设置的组合支撑槽钢结构6、以及在组合支撑槽钢结构6上设置的滑道式位移传感器7，弊端为无法实现实时精确检测，成本高，需要人工配合，结构复杂，不适合大批量使用。

实施例二，位移检测装置8包括设置在一T梁3头端且位于T梁3立梁上下两侧的缸体尾座、纵向活动设置在缸体尾座中的位移活塞件17、设置在位移活塞件17上的复位弹簧18、设置在一T梁3尾端且用于与位移活塞件17头部对应的外顶配件19、以及设置在外顶配件19背面与T梁3之间的三角加强筋20；

缸体尾座中心距大于或等于T梁3横梁的宽度。

由于T梁为固体，当发生侧移动或偏斜或靠近的时候，两端边缘处最先靠近或同时，只要对两端进行监控，可以实现预先判断检测，避免事后处理的弊端。通过弹簧使得活塞杆外露，利用活塞杆收到压力缩回的原理，通过设定行程，实现自动化，不需要电的监控，极大降低成本，平时只要关注液压油压力即可，对于冬天，可以更换液压缸或增加外保温套即可。

本发明还包括T梁3的预制装置；预制装置包括工艺配件13、组对机械手14、焊接机器人15、带有行走驱动件且带有预制钢筋架的T型梁模具11、以及向T型梁模具11中浇筑混凝土的浇筑机12；

在浇筑前，组对机械手14将工艺配件13安装在T型梁模具11中，焊接机器人15将工艺配件13与钢筋架进行焊接为一体；

工艺配件13包括防沉降配件21、外顶配件19、三角加强筋20、和/或缸体尾座。从而将配件与钢筋笼进行焊接连接，避免混凝土受力，改善T梁的力学性能，T梁3端头为中间内凹面16，微微内凹，从而改善工艺性，根据力学原理与热膨胀原理，当T梁碰撞的时候，外侧容易外沿，内侧由于内应力作用，会产生中间隆起的问题，通过内凹面，使得其膨胀后，不会产生中部高于两端的拱形，同时，由于弧形张开，具体为两端向后向外膨胀，中部向前膨胀，从而使得间隙反而增大。

补救装置10包括在轨道4上行走的行走检修车31、设置在行走检修车31上的检修基座32、设置在检修基座32上的检修机械臂33、分别设置在检修机械臂33两端的配重34与检修旋转臂35、分别设置在检修旋转臂35两端的补救开口基座36与补救开孔机臂40、设置在补救开口基座36上的补救旋切刀37、设置在补救开孔机臂40上的补救开孔机头41、以及分别设置在补救开孔机头41上的补救切钢筋刀42、补救开孔钻头43和/或补救开倒角刀44；

在行走检修车31下端两侧设置有工作底座38，以及上下设置在工作底座38的工作下卡座39；工作底座38与工作下卡座39用于夹持在轨道4工字钢上端两侧。

传统仅仅检测T梁间隙，实际上，桥墩由于因无法承受横向作用力，为应力薄弱点，因为间隙是可以调整的，而T梁水平位移不可控，本发明一大创新点在于，克服现有技术偏见，在墩台1上端设置有至少一组的第一应变片组29和/或在墩台1下端设置有至少一组的第二应变片组30；

对应的应变片组用于测量墩台1的压力形变和/或弯曲形变；其上端弯曲形变量即挠曲度最大，而底部压力形变最大，通过该两个参数可以实现有效直接监控，并与桥墩的设计数值比较，即可直观得出是否存在危害的结论。

本发明具有多种控制方法，应变片组为全桥应变片R，其两个对角通过常开触点开关SB后接电源E，其另外两个对角接差动放大器，差动放大器输出端连接有A/D转换器，A/D转换器电连接有CPU和/或比较器，CPU分别电连接有存储器与上位机；从而实现全方位检测。

差动放大器、CPU输出端、和/或比较器电连接的PLC控制器，PLC控制器输出端电连接有报警电路；报警电路连接有工作站，工作站提醒工作人员进行到指定桥墩进行维修。

PLC控制器用于控制报警电路的通断，从而实现自动、智能控制。

位移活塞件17的缸体尾座电连接有压力表45，可以是电子或机械的，在缸体的有杆腔与无杆腔之间连接有阻尼器46，从而保证活塞杆平稳运行，在位移活塞件的压缩行程终点设置有行程开关47，在位移活塞件17行程两端设置有极限开关48；

行程开关47控制常开触点开关SB闭合；从而在工作的时候断电，节约电能。极限开关48连接有报警电路，当极限开关闭合，说明顶紧危险程度高，需要进行处理；行程开关是预防性安全检修，而极限开关是控制危险发生或临界时候，进行处理。

本实施例的铁路桥梁梁端顶紧检修方法，包括以下步骤；

步骤一，预制T梁3；首先，制作T梁3内部的钢筋笼并放置到模具中；然后，在钢筋笼上组队并焊接配件；其次，向模具中浇筑混凝土，并对混凝土浇口进行修型；再次，进行固化处理，并拆去模具；最后，将其运送至铁路桥梁施工现场进行墩台1、盖梁2、支座5、以及轨道4的安装，相邻的T梁3预留间隙；从而实现对T梁的预制，从而具有更好的刚性与强度。

步骤二，检测T梁3水平蠕动变化；首先，在T梁3的边缘处之间安装位移检测装置；然后，当相邻的T梁3之间的位移量小于设定距离后，位移检测装置通知检测电路进行检测；然后，当相邻的T梁3之间的位移量小于安全距离后，位移检测装置通知报警电路进行报警，通知检修人员；从而位移自控，将位移信号转为电信号，实现远程自控。通过距离设定实现多等级控制。

步骤三，检测墩台1；首先，在墩台1上安装检测件，来检测墩台1的水平弯矩形变与承载受压形变；然后，检测件将墩台1的形变数据上传到上位机；实现远程无线数据采集与监控。

步骤四，执行补救步骤；首先，扩大相互靠近的相邻的T梁3之间的间隙、和/或调整重心沉降的T梁3的重心；然后，通过千斤顶上顶发生横向位移的T梁3，使得T梁3与支座5分离，墩台1恢复自然状态，从而使得墩台承受的弯矩得到释放；其次，通过千斤顶下降T梁3；其次，在相互远离的相邻的T梁3之间的间隙上增加护罩。针对常见的病害，进行针对性处理与补救，提高其使用寿命。

在步骤一中，借助于T梁3的预制装置；预制装置包括组对机械手14、焊接机器人15、带有行走驱动件且带有预制钢筋架的T型梁模具11、以及向T型梁模具11中浇筑混凝土的浇筑机12；

配件包括工艺配件13，工艺配件13包括防沉降配件21、外顶配件19、三角加强筋20、和/或缸体尾座等；

模具包括T型梁模具11，其通过行走轮或传送带或传送辊进行工序衔接；

在步骤二中，首先，在T梁3立梁头端上下两侧之间安装位移活塞件17，位移活塞件17中心距大于或等于T梁3横梁的宽度；然后，调整位移活塞件17与外顶配件19预制距离，利用四边形的特性，位移活塞件17与外顶配件19先于相邻T梁3接触；设计巧妙。既保证了T型接缝的完整性，有可以实现监测。

在步骤三中，首先，在墩台1上下端安装对应的第一应变片组29和第二应变片组30，以检测墩台1的压力形变和/或弯曲形变；然后，当步骤二的位移活塞件17压缩小于预制距离之后，位移活塞件17接触行程开关47，使得常开触点开关SB闭合；其次，电源E给电路供电，全桥应变片R的形变参数经差动放大器放大后，作为参数信号输出；

其中，参数信号输出有三种方式，第一种，经过A/D转换器，A/D转换器传送CPU，CPU传送给上位机；第二种，经过A/D转换器，A/D转换器传送CPU或比较器，当参数信号大于设定阈值后，CPU或比较器将信号传输给PLC控制器，PLC控制器传输给报警电路；第三种，参数信号发送给PLC控制器，PLC控制器控制报警电路报警；均是保护范围。

在步骤四中，当T梁3的中间重心下沉时，吊脚架23通过吊绳22上吊防沉降配件21；

在步骤四中，当需要扩大相互靠近的相邻的T梁3之间的间隙，首先，行走检修车31根据报警电路报警来到指定相互靠近的T梁3处；然后，通过工作底座38与工作下卡座39卡接在轨道4工字钢上端两侧，同时，顶升行走检修车31底部车轮与轨道4分离；其次，检修机械臂33来到间隙处，通过补救开倒角刀44从T梁3下表面进入并开设坡口，通过补救切钢筋刀42对端头钢筋进行工艺切割；再次，补救开孔钻头43从坡口进入对间隙处进行开孔；再后来，补救旋切刀37将间隙处的T梁3进行切削；紧接着，通过补救开倒角刀44修磨棱边避免应力集中；最后，在间隙之间安装补偿垫，在间隙处上方安装防护罩。

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种用于铁路桥梁梁端顶紧检修的预制部件，其特征在于：包括工艺配件(13)、组对机械手(14)、焊接机器人(15)、带有行走驱动件且带有预制钢筋架的T型梁模具(11)、以及向T型梁模具(11)中浇筑混凝土的浇筑机(12)；

在浇筑前，组对机械手(14)将工艺配件(13)安装在T型梁模具(11)中，焊接机器人(15)将工艺配件(13)与钢筋架进行焊接为一体；

工艺配件(13)包括防沉降配件(21)、外顶配件(19)、三角加强筋(20)、和/或缸体尾座。

2.一种用于铁路桥梁梁端顶紧检修的补救装置(10)，其特征在于：包括在轨道(4)上行走的行走检修车(31)、设置在行走检修车(31)上的检修基座(32)、设置在检修基座(32)上的检修机械臂(33)、分别设置在检修机械臂(33)两端的配重(34)与检修旋转臂(35)、分别设置在检修旋转臂(35)两端的补救开口基座(36)与补救开孔机臂(40)、设置在补救开口基座(36)上的补救旋切刀(37)、设置在补救开孔机臂(40)上的补救开孔机头(41)、以及分别设置在补救开孔机头(41)上的补救切钢筋刀(42)、补救开孔钻头(43)和/或补救开倒角刀(44)；

在行走检修车(31)下端两侧设置有工作底座(38)，以及上下设置在工作底座(38)的工作下卡座(39)；工作底座(38)与工作下卡座(39)用于夹持在轨道(4)工字钢上端两侧。

3.一种铁路桥梁梁端顶紧检修系统，铁路桥梁结构从底部到顶部依次为墩台(1)、盖梁(2)、支座(5)、T梁(3)、以及轨道(4)；

其特征在于：本装置包括在相邻的T梁(3)之间设置的位移检测装置(8)、设置在T梁(3)两侧的防沉降装置(9)、以及在轨道(4)上行走的权利要求3所述的补救装置(10)；

在墩台(1)上端设置有至少一组的第一应变片组(29)和/或在墩台(1)下端设置有至少一组的第二应变片组(30)；

对应的应变片组用于测量墩台(1)的压力形变和/或弯曲形变；

应变片组为全桥应变片R，其两个对角通过常开触点开关SB后接电源E，其另外两个对角接差动放大器，差动放大器输出端连接有A/D转换器，A/D转换器电连接有CPU和/或比较器，CPU分别电连接有存储器与上位机；

差动放大器、CPU输出端、和/或比较器电连接的PLC控制器，PLC控制器输出端电连接有报警电路；

PLC控制器用于控制报警电路的通断。