CN116242289B - 一种预应力锚具所具有的自探测系统及其探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预应力锚具所具有的自探测系统及其探测方法，属于桥梁加固技术领域，本发明能够对桥梁预应力钢束和普通钢筋位置进行初步确定，并根据其位置坐标进行预设定，使得在施工过程中，能够参考设定的位置坐标对锚具进行固定，从而精准化确定锚具安装位置，避免损害预应力钢束及普通钢筋和二次测量，并能够减小安装误差；并结合外部3D建模平台，对桥梁进行初步建模，并将采集的桥梁预应力钢束、普通钢筋位置、锚栓位置和预设定锚栓安装位置进行实时显示，通过在3D建模平台上的可视化展示，能够在施工现场外对锚具移动安装进行远程控制，并通过机器对坐标进行标定，减少人为探测的误差。

Description

一种预应力锚具所具有的自探测系统及其探测方法

技术领域

本发明属于桥梁加固技术领域，具体涉及一种预应力锚具所具有的自探测系统及其探测方法。

背景技术

预应力碳纤维板加固技术属于主动加固技术，是一种新型的碳纤维加固技术，结合了碳板的高强度和施加预应力的特点，具有碳纤维板的强度利用率高，显著增加结构的强度和刚度的同时能减少钢筋混凝土结构的挠度变形，并能减少和封闭裂缝。自重轻，对结构损伤小，施工简便，加固效果好等优势。预应力碳纤维板加固系统包括碳纤维板、张拉锚固单元、配套胶黏剂等。主要适用于梁、板结构的抗弯加固，控制裂缝加固。对于截面刚度较大的桥梁而言，增大截面法对截面刚度和抗弯强度的提高效果较明显，但对抗裂性的提高幅度较低；粘贴钢板（或包钢）或纤维板法对抗弯强度的提高较为明显，但加固材料本身的刚度相对较小，因而对抗裂性能的提高有限。

目前的体外预应力加固方式常见的有体外预应力钢束、预应力碳板等。以预应力碳板为例，其锚具多不存在梁体预应力钢束的探测系统，现场操作时多先用专门的钢束探测器进行钢束探测（或仅凭图纸确定钢束位置），再根据探测位置调整锚具位置。

常见的预应力加固的锚具，由于无法探测到预应力钢束位置，多导致锚具在安装的过程中损伤到预应力钢束，造成后期难以修补的事故。目前的操作方式是先用钢束探测器探测梁体预应力钢束位置，然后在梁体上标记出来，最后进行锚具的安装。但是因为梁体内钢筋很多，常存在探测后人为标记不准（多由于未考虑到钢筋直径或人为操作不当）导致锚具安装过程中未避开钢束位置。本发明旨在快速、准确确定锚具安放位置，避免损害预应力钢束及普通钢筋。

有鉴于此，需要对现有技术进行进一步改进。

发明内容

针对现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种预应力锚具所具有的自探测系统及其探测方法，目的是为了快速、准确确定锚具安放位置，避免损害预应力钢束及普通钢筋。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种预应力锚具所具有的自探测系统，包括设置于桥梁预应力钢束位置处的第一位置传感器组，设置于锚栓内的第二位置传感器组，分别连接第一位置传感器组和第二位置传感器组的控制终端以及控制终端外接的3D建模平台；其中，所述第一位置传感器组用于向控制终端发送第一坐标数据，所述控制终端向3D建模平台发送第一坐标数据，所述3D建模平台用于对第一坐标数据进行显示，并根据第一坐标数据反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓的安装位置进行坐标预设定，所述第二位置传感器组用于向控制终端发送第二坐标数据，所述第二坐标数据用于与预设坐标数据进行阈值判定，当第二坐标数据与预设坐标数据相同时，进行锚栓种植，固定锚具。

进一步的，所述锚具包括锚栓、限位框、锚块和预应力碳板，所述限位框通过锚栓与桥梁进行固定，所述锚栓通过桥梁的锚栓孔进行固定，所述锚块灵活嵌固于限位框，所述预应力碳板通过锚块固定于限位框。所述第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据为三维坐标数据，所述3D建模平台提取控制终端的第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据并在3D模型中进行实时显示。所述控制终端还连接有告警设备，用于当第二位置坐标数据与预设坐标数据不相同时，进行告警。所述预设坐标数据根据外部输入，或者，云平台计算输入的方式进行反馈。

进一步的，所述控制终端包括MCU控制器、FPGA单元、数据采集器、存储器和I/O接口，所述FPGA单元通过数据采集器连接第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述存储器连接MCU控制器，并通过I/O接口连接3D建模平台。

一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，具体包括以下步骤：

S1. 安装第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述第一位置传感器组安装于桥梁预应力钢束上，所述第二位置传感器组安装于锚栓内部；

S2. 控制终端采集第一位置传感器组发送的第一坐标数据，并将第一坐标数据发送至3D建模平台，3D建模平台在已建好的桥梁模型中对第一坐标数据进行显示；

S3. 根据桥梁模型中的第一坐标数据，通过外部输入，或者，云平台计算输入的方式，反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓的安装位置进行坐标预设定；

S4. 控制终端采集第二位置传感器组发送的第二坐标数据，并将第二坐标数据与预设坐标数据进行阈值判定；

S5. 根据步骤S4中阈值判定的结果对锚栓进行种植，并固定锚具。

进一步的，所述步骤S4中，阈值判定的具体判断过程为：

当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，则表示锚栓并未移动至预设位置，对锚栓进行移动直至锚栓的第二坐标数据与预设位置的预设坐标数据一致；

当第二坐标数据与预设坐标数据一致时，则表示锚栓已移动至预设位置，执行步骤S5。

进一步的，所述当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，进行告警。所述3D建模平台实时提取控制终端中的第二坐标数据，并在桥梁模型中对第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据进行实时显示。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

（1）对于现有技术，目前的操作方式是先用钢束探测器探测梁体预应力钢束位置，然后在梁体上标记出来，最后进行锚具的安装，通过本发明，能够对桥梁预应力钢束和普通钢筋位置进行初步确定，并根据其位置坐标进行预设定，使得在施工过程中，能够参考设定的位置坐标对锚具进行固定，从而精准化确定锚具安装位置，避免损害预应力钢束及普通钢筋和二次测量，并能够减小安装误差；

（2）本发明结合外部3D建模平台，对桥梁进行初步建模，并将采集的桥梁预应力钢束位置、锚栓位置和预设定锚栓安装位置进行实时显示，通过在3D建模平台上的可视化展示，能够在施工现场外对锚具移动安装进行远程控制，并通过机器对坐标进行标定，减少人为探测的误差。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本发明的原理流程框图；

图2是本发明的系统原理框图；

图3是本发明的3D建模平台中桥梁模型及锚栓和梁体预应力钢束的示意图；

图4是本发明的预应力碳板布置立面示意图；

图5是本发明的预应力碳板布置平面示意图；

图中：1-预应力钢束、2-锚栓、3-预应力碳板、4-固定端支座、5-固定端锚具、6-张拉端锚具、7-张拉端支座。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

如图1-图2，本发明提出一种预应力锚具所具有的自探测系统，包括设置于桥梁预应力钢束1位置处的第一位置传感器组、设置于锚栓2内的第二位置传感器组、分别连接第一位置传感器组和第二位置传感器组的控制终端以及控制终端外接的3D建模平台；其中，所述第一位置传感器用于组向控制终端发送第一坐标数据，所述控制终端向3D建模平台发送第一坐标数据，所述3D建模平台用于对第一坐标数据进行显示，并根据第一坐标数据反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓2的安装位置进行坐标预设定，所述第二位置传感器组用于向控制终端发送第二坐标数据，所述第二坐标数据用于与预设坐标数据进行阈值判定，当第二坐标数据与预设坐标数据相同时，进行锚栓2种植，固定锚具。其中，本发明根据现有桥梁预应力碳板3加固方法中存在的因为梁体内钢筋较多，常存在探测后人为标记不准（多由于未考虑到钢筋直径或人为操作不当）导致锚具安装过程中未避开钢束位置的问题，对现有加固锚具进行改进，具体的，通过分别在桥梁预应力钢束1位置加设第一位置传感器组，锚具固定用的锚栓2上加设第二传感器组，从而使桥梁预应力钢束1的位置在施工前进行采集，再在3D建模平台预先搭建好的桥梁模型中将预应力钢束1的坐标位置进行标定，使得施工人员能够预先根据第一坐标数据在模型上确定准备加设的预应力碳板3的安装位置，作为优选的，该安装位置均为准备安装的锚栓2的钻孔坐标位置，并将该坐标位置设定为预设坐标数据，控制终端再根据第二传感器组的坐标位置与预设坐标数据进行比对，即根据第二坐标数据与预设坐标数据进行阈值判定，当预设坐标数据与第二坐标数据数据相同时，则表示锚栓2位置已达到预设位置，从而避免安装过程中存在的误差问题和钢束阻挡导致的位置影响，其中，所述预应力钢束1一般以普通钢筋结构方式。

作为优选的，如图3所示，该图示出3D建模平台中建立的桥梁模型，在该模型中，可分别对锚栓2的第二坐标数据和预应力钢束1的第一坐标数据，进一步的，当预设坐标数据输入时，同样可在图中的模型上进行展示。

进一步的，所述锚具包括锚栓2、限位框、锚块和预应力碳板3，所述限位框通过锚栓2与桥梁进行固定，所述锚栓2通过桥梁的锚栓2孔进行固定，所述锚块灵活嵌固于限位框，所述预应力碳板3通过锚块固定于限位框。

具体的，所述锚具及碳板的安装流程如下：

1.锚栓2孔钻孔，开槽，并对槽内进行补修找平；

2.种植锚栓2；

3.依次安装限位框、锚块；

4.裁剪碳纤维板，并对剪裁好的碳纤维板进行安装；

5.安装千斤顶及高强螺栓，进行预张拉；

6.涂抹碳纤维板胶；

7.预应力张拉；

8.切除螺杆、压片固定、进行保护性处理。

示例性的，如图4和图5所展示的预应力碳板3布置立面示意和平面示意，在图4中示出了锚栓2的具体安装位置，图5中分别示出了固定端锚具5和张拉端锚具6的具体结构，需要说明的是，固定端锚具5与张拉端锚具6均通过设置于两端的固定端支座4和张拉端支座7进行固定，对于固定端锚具5，通常安装在预应力筋端部，通常埋入混凝土中且不用以张拉的锚具。

进一步的，所述第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据为三维坐标数据，所述3D建模平台提取控制终端的第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据并在3D模型中进行实时显示。所述预设坐标数据根据外部输入，或者，云平台计算输入的方式进行反馈。需要说明的是，所述三维坐标数据中的坐标，通常按照3D建模平台中的模型坐标轴进行标定，示例性的，在本实施例中，可将坐标点设立在桥墩、桥台、承台、桥基等位置，可在模型建立时进行设定，需要注意的是，当3D模型的坐标系确定后，需对第一位置传感器组、第二位置传感器组的进行同步设定。对于本实施例中提到的第一位置传感器组，第二位置传感器组中的传感器，均为GPS传感器。

进一步的，所述控制终端包括MCU控制器、FPGA单元、数据采集器、存储器、I/O接口和告警单元，所述FPGA单元通过数据采集器连接第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述MCU控制器分别连接存储器和告警单元，并通过I/O接口连接3D建模平台。所述告警单元，当第二位置坐标数据与预设坐标数据不相同时，进行告警。作为本实施例优选的，所述I/O接口可通过IOB单元进行替换，并可外接显示器，对数据进行可视化处理。

作为优选的，本实施例中的控制终端还可外接用于控制锚栓2移动的控制系统，通过控制终端得到的判定结果，当判定结果为坐标数据不一致时，则可控制控制系统对锚栓2进行移动和重新定位，直至锚栓2移动至预设位置。

作为优选的，还可提供另一种具体实施方式，本实施例中的控制终端还可外接指示控制器，可通过语音方式、指示灯方式或具体数据传输的方式对施工场地的施工人员进行数据提示，示例性的，当判定结果为坐标数据不一致时，则可通过指示控制器，对施工人员进行语音播报/指示灯提示/具体坐标数据偏差显示。

作为进一步优选的实施方案，本发明还提供一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，具体包括以下步骤：

S1. 安装第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述第一位置传感器组安装于桥梁预应力钢束1上，所述第二位置传感器组安装于锚栓2内部；

S2. 控制终端采集第一位置传感器组发送的第一坐标数据，并将第一坐标数据发送至3D建模平台，3D建模平台在已建好的桥梁模型中对第一坐标数据进行显示；

S3. 根据桥梁模型中的第一坐标数据，通过外部输入，或者，云平台计算输入的方式，反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓2的安装位置进行坐标预设定；

S4. 控制终端采集第二位置传感器组发送的第二坐标数据，并将第二坐标数据与预设坐标数据进行阈值判定；

S5. 根据步骤S4中阈值判定的结果对锚栓2进行种植，并固定锚具。

其中，作为优选的，所述预设坐标数据根据外部输入，或者，云平台计算输入的方式进行反馈。示例性的：当输入方式选择外部输入预设坐标数据时，则施工人员或设计组根据3D桥梁模型中的第一坐标数据，对预设坐标数据进行讨论和人工计算，并将计算的预设坐标数据通过接口输入至控制终端，控制终端通过FPGA单元与第二坐标数据进行阈值判定。示例性的：当输入方式选择云平台计算输入时，当控制终端采集到第一坐标数据时，同时将第一坐标数据分别发送至云平台和3D建模平台，云平台对桥梁信息进行提取，根据得到的第一坐标数据，对锚具固定位置进行云计算，其中，所述桥梁信息具体包括桥体的位置数据、结构数据、长度数据、锚具数据、预应力碳板3数据等。计算得到的结果发送至控制终端。

进一步的，所述步骤S4中，阈值判定的具体判断过程为：

当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，则表示锚栓2并未移动至预设位置，对锚栓2进行移动直至锚栓2的第二坐标数据与预设位置的预设坐标数据一致；

当第二坐标数据与预设坐标数据一致时，则表示锚栓2已移动至预设位置，执行步骤S5。

进一步的，所述当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，进行告警。所述3D建模平台实时提取控制终端中的第二坐标数据，并在桥梁模型中对第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据进行实时显示。

通过上述实施例，能够对桥梁预应力钢束1位置进行初步确定，并根据其位置坐标进行预设定，使得在施工过程中，能够参考设定的位置坐标对锚具进行固定，从而精准化确定锚具安装位置，避免损害预应力钢束1和二次测量，并能够减小安装误差；并结合外部3D建模平台，对桥梁进行初步建模，并将采集的桥梁预应力钢束1位置、锚栓位置和预设定锚栓安装位置进行实时显示，通过在3D建模平台上的可视化展示，能够在施工现场外对锚具移动安装进行远程控制，并通过机器对坐标进行标定，减少人为探测的误差。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，包括设置于桥梁预应力钢束（1）位置处的第一位置传感器组，设置于锚栓（2）内的第二位置传感器组，分别连接第一位置传感器组和第二位置传感器组的控制终端以及控制终端外接的3D建模平台；其中，所述第一位置传感器组用于向控制终端发送第一坐标数据，所述控制终端向3D建模平台发送第一坐标数据，所述3D建模平台用于对第一坐标数据进行显示，并根据第一坐标数据反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓（2）的安装位置进行坐标预设定，所述第二位置传感器组用于向控制终端发送第二坐标数据，所述第二坐标数据用于与预设坐标数据进行阈值判定，当第二坐标数据与预设坐标数据相同时，进行锚栓（2）种植，固定锚具。

2.如权利要求1所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，所述锚具包括锚栓（2）、限位框、锚块和预应力碳板（3），所述限位框通过锚栓（2）与桥梁进行固定，所述锚栓（2）通过桥梁的锚栓孔进行固定，所述锚块灵活嵌固于限位框，所述预应力碳板（3）通过锚块固定于限位框。

3.如权利要求1所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，所述第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据为三维坐标数据，所述3D建模平台提取控制终端的第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据并在3D模型中进行实时显示。

4.如权利要求1所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，所述控制终端还连接有告警设备，用于当第二位置坐标数据与预设坐标数据不相同时，进行告警。

5.如权利要求1所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，所述预设坐标数据根据外部输入，或者，云平台计算输入的方式进行反馈。

6.如权利要求1所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统，其特征在于，所述控制终端包括MCU控制器、FPGA单元、数据采集器、存储器和I/O接口，所述FPGA单元通过数据采集器连接第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述存储器连接MCU控制器，并通过I/O接口连接3D建模平台。

7.一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，该方法基于权利要求1-6中任一项所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统来实现，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1. 安装第一位置传感器组和第二位置传感器组，所述第一位置传感器组安装于桥梁预应力钢束（1）上，所述第二位置传感器组安装于锚栓（2）内部；

S2. 控制终端采集第一位置传感器组发送的第一坐标数据，并将第一坐标数据发送至3D建模平台，3D建模平台在已建好的桥梁模型中对第一坐标数据进行显示；

S3. 根据桥梁模型中的第一坐标数据，通过外部输入，或者，云平台计算输入的方式，反馈预设坐标数据，所述预设坐标数据用于对锚栓（2）的安装位置进行坐标预设定；

S4. 控制终端采集第二位置传感器组发送的第二坐标数据，并将第二坐标数据与预设坐标数据进行阈值判定；

S5. 根据步骤S4中阈值判定的结果对锚栓（2）进行种植，并固定锚具。

8.如权利要求7所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，其特征在于，所述步骤S4中，阈值判定的具体判断过程为：

当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，则表示锚栓（2）并未移动至预设位置，对锚栓（2）进行移动直至锚栓（2）的第二坐标数据与预设位置的预设坐标数据一致；

当第二坐标数据与预设坐标数据一致时，则表示锚栓（2）已移动至预设位置，执行步骤S5。

9.如权利要求8所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，其特征在于，当第二坐标数据与预设坐标数据不一致时，进行告警。

10.如权利要求7所述的一种预应力锚具所具有的自探测系统的探测方法，其特征在于，所述3D建模平台实时提取控制终端中的第二坐标数据，并在桥梁模型中对第一坐标数据、第二坐标数据和预设坐标数据进行实时显示。