CN117661456A - 一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法。本系统包括工字钢分配梁设置在临时支墩顶部，所述工字钢分配梁中心位置设置有智能步履式顶推设备，所述智能步履式顶推设备上部设置钢垫梁，所述工字钢分配梁两侧分别设置临时钢垫梁，所述临时钢垫梁上部设置钢箱梁，所述钢箱梁前端设置钢导梁，所述钢箱梁设置北斗三维高精度定位系统、温度传感器和应力传感器；所述北斗三维高精度定位系统、温度传感器系统、应力传感器和智能步履式顶推设备均与顶推控制系统连接。本系统可根据实时数据控制系统，自动实施顶进工作，还能自动动态调整纠偏，为钢箱梁步履式顶推施工提供智能化解决途径。

Description

一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法。

背景技术

桥梁结构采用钢箱梁作为其主梁时，其施工方法可采用悬臂吊装法、顶推法、浮运法等。其中，顶推法作为历史悠久且工艺成熟的施工法之一，具有节省施工场地、成本低、施工稳定性好、施工精度高、对桥下通航和交通干扰少等特点，目前已广泛应用于跨越深谷河道、跨线桥、高架桥等中小跨度桥梁的施工中。

随着桥梁建设的迅猛发展和顶推施工工艺的日趋成熟，目前钢箱梁顶推施工方式呈现出多样化，如从单点顶推到多点顶推，从间歇式顶推到连续顶推等，顶拉锚固体系和顶推施工理论逐步完善，顶推施工的范围不断扩大，且可通过有限元分析对钢箱梁施工全过程进行模拟并对施工全过程进行实时监控，顶推施工的精度和安全性显著提高。就多点顶推而言，相继提出了拖拉式多点连续顶推、楔进式多点连续顶推和步履式多点连续顶推等多种顶推施工方法。

相较于拖拉式和楔进式的多点连续顶推方法，步履式多点连续顶推施工具有对永久或临时支墩影响小、临时结构型材投入量少、可有效控制支点反力等优点，在钢箱梁的顶推施工中具有广泛应用。但既有步履式多点连续顶推施工方法仍具有自动化程度低、施工进度慢、施工监测数据反馈不及时等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的问题。提供一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法，将步履式顶推设备主控系统、北斗高精度定位系统、顶推全过程实时监测系统相结合形成智能化的步履式多点连续顶推和纠偏方法，是解决上述问题的有效途径。

一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统，包括工字钢分配梁设置在临时支墩顶部，所述工字钢分配梁中心位置设置有智能步履式顶推设备，所述智能步履式顶推设备上部设置钢垫梁，所述工字钢分配梁两侧分别设置临时钢垫梁，所述临时钢垫梁上部设置钢箱梁，所述钢箱梁前端设置钢导梁，所述钢箱梁设置北斗三维高精度定位系统、温度传感器和应力传感器；所述智能步履式顶推设备包括顶推移动油缸、顶升支撑油缸、横向纠偏油缸，所述顶推移动油缸上设置顶升支撑油缸和横向纠偏油缸；所述北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器和智能步履式顶推设备均与有顶推控制系统的计算机连接。

作为优选的，所述钢箱梁的两端和中部三个截面都设置北斗三维高精度定位系统和温度传感器，在每个截面的左、右、中均设置有北斗定位装置和温度传感器；所述钢箱梁的中腹板与底板连接部位的应力集中部位均设置应力传感器。

一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法，包括如下步骤：

(一)钢箱梁节段预制；

(二)顶推及临时支墩平台搭设；

(三)顶推设备安装及调试：工字钢分配梁设置在临时支墩顶部，所述工字钢分配梁中心位置设置有智能步履式顶推设备，所述智能步履式顶推设备上部设置钢垫梁，所述工字钢分配梁两侧分别设置临时钢垫梁，所述临时钢垫梁上部设置钢箱梁，所述钢箱梁前端设置钢导梁，所述钢箱梁设置北斗三维高精度定位系统、温度传感器和应力传感器；所述智能步履式顶推设备包括顶推移动油缸、顶升支撑油缸、横向纠偏油缸，所述顶推移动油缸上设置顶升支撑油缸和横向纠偏油缸；所述北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器和智能步履式顶推设备均与有顶推控制系统的计算机连接；

(四)钢箱梁及导梁拼装；

(五)钢箱梁智能化顶推：钢箱梁采用智能化步履式多点连续顶推工艺进行顶推施工，其基本原理利用竖向顶升千斤顶将钢箱梁段整体多点同步托起，纵向水平千斤顶向前顶推实现钢箱梁段顺桥向移动，落梁后钢箱梁段搁置于临时钢垫梁上，顶推设备复位完成一个自平衡顶推行程；步履式顶推设备的单次顶推最大行程为0.45m，循环多次顶推行程可将钢箱梁段顶推到位；在钢箱梁段两端及中部安装北斗三维高精度定位系统，利用北斗定位系统对钢箱梁段运行轨迹进行实时监测，顶推控制系统依据监控系统数据自动调整千斤顶速度并自动动态调整纠偏，通过智能化步履式顶推方法实现钢箱梁的顶推和纠偏，循环上述拼装及顶推施工工序直至所有钢箱梁段均顶推到位；

(六)钢箱梁落架及合拢。

作为优选的，步骤五中所述顶推施工过程中应严格控制各千斤顶的顶升力，以免钢箱梁局部受力过大，引起其线形变化；为适应桥梁纵坡变化并确保接触面受力均匀，可根据纵坡实测数据调整临时钢垫梁和千斤顶上适当增加或减少楔形垫板。

作为优选的，所述自动动态调整纠偏包括根据制定的顶推施工方案，建立有限元模型模拟整个顶推过程，获得整个顶推过程钢箱梁的运行轨迹、腹板与底板连接部位的局部应力集中区域的应力历程，以及前、中、后三个关键断面钢箱梁的高程变化数据，然后把这些数据在顶推前全部预先录入到顶推控制系统的计算机内；在顶推过程中通过北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器获取实时数据，并通过组建的无线局域网直接传输给计算机，顶推控制系统接收到这些实时的实测数据后进行处理和分析，并与顶推前预先录入系统中的理论数据进行综合对比，判断是否存在偏差；出现偏差后顶推控制系统可自动发送指令，启动横向纠偏油缸实现自动纠偏。如果横向偏差、高程、应力、温度等数据超过一定限值，则系统会发出警告并暂停顶推，转由人工控制。顶推开始前，根据桥梁纵坡、临时支墩刚度、顶推设备性能及经验等因素在顶推控制系统中给定一个初始顶推速度，后续的整个顶推及纠偏过程均由顶推控制系统的计算机自主判断和控制。

本发明的有益效果在于：

(1)智能化步履式多点连续顶推施工方法联合北斗三维高精度定位系统、传感技术和实时监测系统，可对顶推施工全过程中钢箱梁的运行轨迹、横向偏位、局部应力及温度等指标进行全方位监测或实时感知，采用计算机集中控制系统和变频调速控制技术，通过高度自动化实现钢箱梁自平衡顶推和纠偏；

(2)步履式多点连续顶推设备为自平衡系统，顶推施工过程中理论上对永久和临时支墩不产生水平力，可简化临时支墩结构并减少型材投入量，且对钢箱梁产生的损伤较小；

(3)通过传感技术将顶推施工全过程实时监测数据传递给顶推控制系统，可实时掌握钢箱梁顶推施工过程状态以确保顶推施工安全，且在顶推施工过程中可自动逐步调整钢箱梁线形；

(4)相较于既有的步履式顶推施工技术，智能化步履式多点连续顶推施工实现了钢箱梁顶推和纠偏的自动动态调整，缩短了顶推施工周期，且具有更高的顶推施工安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的钢箱梁智能化顶推和纠偏方法流程图；

图2为本发明提供的钢箱梁智能化顶推和纠偏方法中的临时支墩横断面图；

图3为本发明提供的钢箱梁智能化顶推和纠偏方法中的临时支墩立面布置图；

图4为本发明提供的钢箱梁多点连续顶推施工示意图；

附图标记解释：1-临时支墩，2-钢箱梁中腹板，3-钢箱梁，4-工字钢分配梁，5-顶推移动油缸，6-钢垫梁，7-顶升支撑油缸，8-横向纠偏油缸，9-临时钢垫梁，10-钢导梁，11-北斗三维高精度定位系统，12-温度传感器，13-应力传感器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统，包括工字钢分配梁4设置在临时支墩1顶部，所述工字钢分配梁4中心位置设置有智能步履式顶推设备20，所述智能步履式顶推设备20上部设置钢垫梁6，所述工字钢分配梁4两侧分别设置临时钢垫梁9，所述临时钢垫梁9上部设置钢箱梁3，所述钢箱梁3前端设置钢导梁10，所述钢箱梁3设置北斗三维高精度定位系统11、温度传感器12和应力传感器13；所述智能步履式顶推设备20包括顶推移动油缸5、顶升支撑油缸7、横向纠偏油缸8，所述顶推移动油缸5上设置顶升支撑油缸7和横向纠偏油缸8；所述北斗三维高精度定位系统11、温度传感器12、应力传感器13和智能步履式顶推设备20均与有顶推控制系统的计算机连接。

所述钢箱梁3的两端和中部三个截面都设置北斗三维高精度定位系统11和温度传感器12，在每个截面的左、中、右均设置有北斗定位装置和温度传感器；所述钢箱梁3的中腹板2与底板连接局部应力集中部位均设置应力传感器13。

本发明的一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统及施工方法，主要包括钢箱梁节段预制、顶推及临时墩平台搭设、顶推设备安装及调试、钢箱梁及导梁拼装、钢箱梁智能化顶推、钢箱梁落梁及合拢等部分，如图1所示。以某中承式拱桥中跨钢箱主梁为例，具体实施步骤如下：

(一)钢箱梁节段预制：根据桥位现场地形和地质条件，选取合适的场地搭设钢箱梁预制厂及胎架，按照设计图纸，将运送至预制现场的板块件单元在胎架上焊接组装形成钢箱梁节段。

(二)顶推及临时支墩平台搭设：结合钢箱梁顶推施工需要及通航要求确定顶推平台及临时支墩1的具体位置，顶推平台兼顾钢箱梁节段拼装焊接及顶推支撑作用，采用分离式平台以使两个支墩与钢箱梁腹板2位置相对应(如图2所示)，确保钢箱梁3的拼装线形及顶推过程中的整体倾覆稳定性；临时支墩1采用钢管支架结构，钢管立柱顶部设置工字钢分配梁4以便于安装顶推设备5，临时支墩1在投入使用前应进行预压，其顶面标高依据顶推设备高度、顶推线形控制及钢主梁预拱度等因素综合确定，且上下游应通过设置导航标识并布设预警设施等主动防撞措施以防止临时墩受到船舶撞击。

(三)顶推设备安装及调试：采用智能步履式顶推设备20并布置于临时墩中心位置(如图3所示)，其数量由临时支墩1和顶推平台支撑点数量决定，所述临时钢垫梁9上部设置钢箱梁3，所述钢箱梁3前端设置钢导梁10，所述钢箱梁3设置北斗三维高精度定位系统11、温度传感器12和应力传感器13；所述智能步履式顶推设备20包括顶推移动油缸5、顶升支撑油缸7、横向纠偏油缸8、纵移滑动结构、横移滑动结构；所述顶推移动油缸5上设置顶升支撑油缸7和横向纠偏油缸8；所述北斗三维高精度定位系统11、温度传感器12、应力传感器13和智能步履式顶推设备20均与有顶推控制系统的计算机连接。

所述钢箱梁3的两端和中部三个截面都设置北斗三维高精度定位系统11和温度传感器12，在每个截面的左、右、中均设置有北斗定位装置和温度传感器；所述钢箱梁3的钢箱梁中腹板2处设置应力传感器13。

钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统集竖向顶升、纵向顶推和横向纠偏于一体，内置位移传感器、压力传感器和倾角传感器，采用计算机集中控制系统和变频调速控制技术，通过高度自动化实现钢箱梁自平衡顶推；顶推设备安装完成后进行调试，直至调试后顶推系统在手动和自动模式下各项功能均正常后方可用于钢箱梁顶推施工。

(四)钢箱梁及导梁拼装：采用提梁机将钢箱梁预制节段提至顶推平台，根据现场拼装精度要求，将3～4个节段进行焊接拼装形成一个钢箱梁顶推梁段，拼装精度采用全站仪放样，并按设计线形对钢箱梁进行调整，焊缝采用超声无损探伤，所有焊缝经探伤合格后才能进入顶推施工；钢箱梁顶推前端设置钢导梁10，其长度按最大顶推跨径的0.7倍进行初步设计并结合拆装及构造要求进行优化，钢导梁采用变截面工型梁桁架结构，且与主桥钢箱梁对称布置。

(五)钢箱梁智能化顶推：焊接拼装后的钢箱梁段其焊缝无损检测合格且线形调整达到控制要求后可开始顶推施工，钢箱梁采用智能化步履式多点连续顶推工艺进行顶推施工，其基本原理利用竖向顶升千斤顶将钢箱梁段整体多点同步托起，纵向水平千斤顶向前顶推实现钢箱梁段顺桥向移动，落梁后钢箱梁段搁置于临时钢垫梁上，顶推设备复位完成一个自平衡顶推行程；步履式顶推设备的单次顶推最大行程为0.45m，循环多次顶推行程可将钢箱梁段顶推到位；利用北斗定位系统对钢箱梁段运行轨迹进行实时监测，控制系统依据监控系统数据自动调整千斤顶速度并自动动态调整纠偏，通过智能化步履式顶推方法实现钢箱梁的顶推和纠偏，循环上述拼装及顶推施工工序直至所有钢箱梁段均顶推到位，如图4所示。

自动动态调整纠偏为：根据制定的顶推施工方案，建立有限元模型模拟整个顶推过程，获得整个顶推过程钢箱梁的运行轨迹、腹板与底板连接部位的局部应力集中区域的应力历程，以及前、中、后三个关键断面钢箱梁的高程变化数据，然后把这些数据在顶推前全部预先录入到顶推控制系统的计算机内；在顶推过程中通过北斗三维高精度定位系统11、温度传感器12、应力传感器13获取实时数据，并通过组建的无线局域网直接传输给计算机，顶推控制系统中的顶推控制软件接收到这些实时的实测数据后进行处理和分析，并与顶推前预先录入系统中的理论数据进行综合对比，判断是否存在偏差；出现偏差后顶推控制系统可自动发送指令，启动横向纠偏油缸8实现自动纠偏。如果横向偏差、高程、应力、温度等数据超过一定限值，则系统会发出警告并暂停顶推，转由人工控制。顶推开始前，根据桥梁纵坡、临时支墩刚度、顶推设备性能及经验等因素在顶推控制系统中给定一个初始顶推速度，后续的整个顶推及纠偏过程均由顶推控制系统的计算机自主判断和控制。

(六)钢箱梁落架及合拢：钢箱梁顶推到达预定位置后进行逐联精调，拆除导梁并将永久支墩两侧的临时钢垫梁更换为顶升千斤顶，随后拆除永久支墩上的顶推设备，浇筑支座垫石混凝土，完成支座安装及逐联落梁；结合合拢段理论计算和现场测量数据，由预制场对合拢段进行切割加工，确保钢箱梁线形及里程满足要求后，选取适宜的温度条件进行合拢段施工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统，其特征在于，包括工字钢分配梁设置在临时支墩顶部，所述工字钢分配梁中心位置设置有智能步履式顶推设备，所述智能步履式顶推设备上部设置钢垫梁，所述工字钢分配梁两侧分别设置临时钢垫梁，所述临时钢垫梁上部设置钢箱梁，所述钢箱梁前端设置钢导梁，所述钢箱梁设置北斗三维高精度定位系统、温度传感器和应力传感器；所述智能步履式顶推设备包括顶推移动油缸、顶升支撑油缸、横向纠偏油缸，所述顶推移动油缸上设置顶升支撑油缸和横向纠偏油缸；所述北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器和智能步履式顶推设备均与有顶推控制系统的计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统，其特征在于，所述钢箱梁的两端和中部三个截面都设置北斗三维高精度定位系统和温度传感器，在每个截面的左、右、中均设置有北斗定位装置和温度传感器；所述钢箱梁的钢箱梁中腹板与底板连接部位的应力集中部位均设置应力传感器。

3.一种基于权利要求1-2任一所述的一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(一)钢箱梁节段预制；

(二)顶推及临时支墩平台搭设；

(三)顶推设备安装及调试：工字钢分配梁设置在临时支墩顶部，所述工字钢分配梁中心位置设置有智能步履式顶推设备，所述智能步履式顶推设备上部设置钢垫梁，所述工字钢分配梁两侧分别设置临时钢垫梁，所述临时钢垫梁上部设置钢箱梁，所述钢箱梁前端设置钢导梁，所述钢箱梁设置北斗三维高精度定位系统、温度传感器和应力传感器；所述智能步履式顶推设备包括顶推移动油缸、顶升支撑油缸、横向纠偏油缸，所述顶推移动油缸上设置顶升支撑油缸和横向纠偏油缸；所述北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器和智能步履式顶推设备均与有顶推控制系统的计算机连接；

(四)钢箱梁及导梁拼装；

(五)钢箱梁智能化顶推：钢箱梁采用智能化步履式多点连续顶推工艺进行顶推施工，其基本原理利用竖向顶升千斤顶将钢箱梁段整体多点同步托起，纵向水平千斤顶向前顶推实现钢箱梁段顺桥向移动，落梁后钢箱梁段搁置于临时钢垫梁上，顶推设备复位完成一个自平衡顶推行程；步履式顶推设备的单次顶推最大行程为0.45m，循环多次顶推行程可将钢箱梁段顶推到位；在钢箱梁段两端及中部安装北斗三维高精度定位系统，利用北斗定位系统对钢箱梁段运行轨迹进行实时监测，顶推控制系统依据监控系统数据自动调整千斤顶速度并自动动态调整纠偏，通过智能化步履式顶推方法实现钢箱梁的顶推和纠偏，循环上述拼装及顶推施工工序直至所有钢箱梁段均顶推到位；

(六)钢箱梁落架及合拢。

4.根据权利要求3所述的一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统的施工方法，其特征在于，步骤五中所述顶推施工过程中应严格控制各千斤顶的顶升力，以免钢箱梁局部受力过大，引起其线形变化；为适应桥梁纵坡变化并确保接触面受力均匀，可根据纵坡实测数据调整临时钢垫梁和千斤顶上适当增加或减少楔形垫板。

5.根据权利要求3所述的一种钢箱梁智能步履式多点连续顶推纠偏系统的施工方法，其特征在于，步骤五中所述自动动态调整纠偏包括根据制定的顶推施工方案，建立有限元模型模拟整个顶推过程，获得整个顶推过程钢箱梁的运行轨迹、腹板与底板连接部位的局部应力集中区域的应力历程，以及前、中、后三个关键断面钢箱梁的高程变化数据，然后把这些数据在顶推前全部预先录入到顶推控制系统的计算机内；在顶推过程中通过北斗三维高精度定位系统、温度传感器、应力传感器获取实时数据，并通过组建的无线局域网直接传输给计算机，顶推控制系统接收到这些实时的实测数据后进行处理和分析，并与顶推前预先录入系统中的理论数据进行综合对比，判断是否存在偏差；出现偏差后顶推控制系统可自动发送指令，启动横向纠偏油缸实现自动纠偏；如果横向偏差、高程、应力、温度等数据超过一定限值，则系统会发出警告并暂停顶推，转由人工控制；顶推开始前，根据桥梁纵坡、临时支墩刚度、顶推设备性能及经验等因素在顶推控制系统中给定一个初始顶推速度，后续的整个顶推及纠偏过程均由顶推控制系统自主判断和控制。