CN117906847A - 桥梁转体结构不平衡力监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了桥梁转体结构不平衡力监测装置及方法，包括：两个纵向高程测点和两个横向高程测点，其均用于获取当前位置的坐标信息；多个应力测点，其沿周向间隔布设在上、下球铰的接触面之间，任一应力测点用于获取当前位置的应力数据；控制系统，其设置为用于储存各高程测点、各应力测点的历史监测数据，建立梁体的纵向、横向高差变化与上、下球铰间不同方向上应力变化的关系，并根据转体时各高程测点、各应力测点的实时监测数据综合分析判断转体结构的不平衡力情况。本发明通过外部高程测点与内部应力测点配合实现对转体结构在转体过程中不平衡力的全面、实时、准确监测，并为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供可靠依据。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁转体技术领域。更具体地说，本发明涉及桥梁转体结构不平衡力监测装置及方法。
背景技术
桥梁转体施工通常是在上下层承台之间设置平转系统，并以上承台为基础浇筑墩柱和桥梁梁体，然后通过千斤顶带动平转系统中上下转盘相对转动来实现桥梁的水平转体。上述施工过程中墩柱与桥梁梁体共同转动，转体结构的重心容易受到多种变量参数(荷载、转速、环境等)的影响而发生变化，导致转体结构无法精确转动到位、需多次精调修正等问题，严重影响了转体施工效率和施工质量。特别是对于转体跨度大、梁体悬臂长、转体总重量大的施工情况，微小的荷载、转速变化都会对桥梁转体结构的重心产生影响，进而影响转体平稳度和准确性。因此，在转体过程中对转体结构不平衡力的监测和控制至关重要。
现有技术中通常在梁体悬臂的两端、两侧分别设置高程点，在转体过程中利用全站仪、水准仪等装置对纵向、横向高差进行监控，这种监测方法需要在梁体顶部大范围内设置多组测点以保证不同断面监测结果的有效性，整体监测装置的安拆过程复杂、效率低下，对监测设备的精度要求较高，且监测过程容易受到设备自身功能的限制和多种环境因素的影响，导致监测结果的实时性、准确性、可靠性不足等问题。
为解决上述问题，需要设计一种桥梁转体结构不平衡力监测装置及方法，提高不平衡力监测的便捷性、实时性和精确度。
发明内容
本发明的目的是提供一种桥梁转体结构不平衡力监测装置及方法，通过外部高程测点与内部应力测点配合实现对转体结构在转体过程中不平衡力的全面、实时、准确监测，并为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供可靠依据。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了桥梁转体结构不平衡力监测装置，包括：
两个纵向高程测点，其沿桥梁长度方向间隔设置在梁体的顶部两端；
两个横向高程测点，其沿桥梁宽度方向间隔设置在梁体的顶部两侧，任一横向高程测点与任一纵向高程测点均设置为用于获取当前位置的坐标信息；
多个应力测点，其沿转体结构的转盘的周向间隔布设在上、下球铰的接触面之间，任一应力测点设置为用于获取当前位置的应力数据；
控制系统，其设置为用于储存所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的历史监测数据，建立梁体的纵向、横向高差变化与上、下球铰间不同方向上应力变化的关系，并根据转体过程中所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的实时监测数据综合分析判断桥梁转体结构的不平衡力情况。
优选的是，所述桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述纵向高程测点、所述横向高程测点均为GNSS测点，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；GNSS接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述GNSS接收机供电；通讯装置，其设置为用于向所述控制系统传输所述GNSS接收机获取的实时坐标信息。
优选的是，所述桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述应力测点包括压力传感器，其埋设在下球铰内部且测量端面与其所在位置的下球铰内球面平齐；无线信号收发器，其设置在下承台上并与所述压力传感器电连接，所述无线信号收发器设置为用于将所述压力传感器检测到的测点应力数据传输至所述控制系统。
优选的是，所述桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述纵向高程测点设置在桥梁沿长度方向的中心线上，所述横向高程测点设置在桥梁沿宽度方向的中心线上。
本发明还提供了桥梁转体结构不平衡力监测方法，包括：
S1、在上、下球铰的接触面上沿周向间隔布设多个应力测点；
S2、在梁体顶部两端分别设置纵向高程测点，在梁体顶部两侧分别设置横向高程测点；
S3、在转体前的施工准备阶段，通过控制系统持续读取所述多个应力测点、所述纵向高程测点、所述横向高程测点的监测数据，计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系；
S4、在转体过程中，根据所述纵向高程测点、所述横向高程测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向高差与横向高差的基准值；同时根据所述多个应力测点的实时监测数据和映射关系计算得到梁体的纵向高差与横向高差的控制值，通过各向高差的基准值和控制值共同判断桥梁转体结构的不平衡状态；
S5、在转体完成后，按照梁体的纵向高差与横向高差的控制值对梁体姿态进行纵向、横向精调，直至各向高差的基准值和控制值均为0。
优选的是，所述桥梁转体结构不平衡力监测方法，S4中，预先设定转体过程中梁体的纵向高差与横向高差的限值范围，控制系统同时监控各向高差的基准值和控制值是否处于对应的限值范围内，当基准值或控制值超出设定范围时，判断此时桥梁转体结构的不平衡力超标，需要先停止转体动作，对梁体进行重新调平后再继续进行转体施工。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过外部高程测点与内部应力测点配合实现对转体结构在转体过程中不平衡力的全面、实时、准确监测，将通过两种监测手段获得的监测结果结合来判断桥梁转体结构的不平衡状态，保证了监测结果的有效性和可靠性，也避免了单一监测手段在外界因素(外部环境因素等)影响下产生的误差；同时，取消了大量的外部高程测点布置工作，仅保留两组高程测点作为基准，转而在转体结构内部进行应力测点的布设，在保证监测结果有效性、可靠性的条件下大幅度减少了测点布置的工作量，并为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供可靠依据。
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桥梁转体结构不平衡力监测装置的GNSS测点的布置结构示意图。
1、初始位置；2、最终位置；3、转体结构；4、既有道路；5、GNSS测点。
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所示，本发明提供桥梁转体结构不平衡力监测装置，包括：
两个纵向高程测点，其沿桥梁长度方向间隔设置在梁体的顶部两端；
两个横向高程测点，其沿桥梁宽度方向间隔设置在梁体的顶部两侧，任一横向高程测点与任一纵向高程测点均设置为用于获取当前位置的坐标信息；
多个应力测点，其沿转体结构的转盘的周向间隔布设在上、下球铰的接触面之间，任一应力测点设置为用于获取当前位置的应力数据；
控制系统，其设置为用于储存所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的历史监测数据，建立梁体的纵向、横向高差变化与上、下球铰间不同方向上应力变化的关系，并根据转体过程中所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的实时监测数据综合分析判断桥梁转体结构的不平衡力情况。
上述技术方案中，转体结构3采用常规方案设置，从下向上依次设有下承台、下转盘、下球铰、上球铰、上转盘、上承台等构件，墩柱和梁体(现浇)架设在上承台顶部，并在千斤顶与牵引索的牵引作用下随上转盘同步转动。高程测点设置在桥梁转体结构外部(梁体顶部)，纵向高程测点和横向高程测点至少能够反馈当前测点位置的高度坐标，两个纵向高程测点的高差可反映桥梁转体结构在桥梁长度方向所在的竖直平面内的倾斜情况，两个横向高程测点的高差可反映桥梁转体结构在桥梁宽度方向所在的竖直平面内的倾斜情况。应力测点设置在转体结构内部，需在转体结构安装时提前预埋在上、下球铰之间，从而在不影响上、下球铰相对转动的情况下对其接触面在平面不同方向上的应力(压力)进行监测。控制系统包括数据接收模块，其用于接收各测点反馈的实时位置坐标数据和应力数据；数据处理模块，其根据相应的坐标数据对两个纵向高程测点的高差、两个横向高程测点的高差进行计算；数据分析模块，其对数据处理模块计算得到的结果和相应的应力数据进行对比和分析，建立梁体的纵向、横向高差变化与上、下球铰间不同方向上应力变化的关系，在后续转体过程中，可根据各应力测点的实时应力数据计算得到当前状态下预测的梁体纵向、横向高差；数据输出模块，其用于将由数据分析模块得到的梁体纵向、横向高差预测值和由数据处理模块计算得到的纵向、横向高差测量值共同作为参考数据输出至外置显示屏幕上，供现场施工人员判断当前桥梁转体结构的不平衡力情况。
本发明将外部高程监测与内部应力监测手段相结合，实现对转体结构在转体过程中不平衡力的全面、实时、准确监测，将通过两种监测手段获得的监测结果结合来判断桥梁转体结构的不平衡状态，两种监测结果可相互印证以保证监测结果的有效性和可靠性，也避免了单一监测手段在外界因素(外部环境因素等)影响下产生的误差；同时，取消了大量的外部高程测点布置工作，仅保留两组高程测点作为基准，转而在转体结构内部进行应力测点的布设，在保证监测结果有效性、可靠性的条件下大幅度减少了测点布置的工作量，各测点与控制系统间采用无线通信，有利于实现监控数据的集中分析处理，保证输出的监测结果的实时性，并为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供可靠依据。
在另一技术方案中，所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述纵向高程测点、所述横向高程测点均为GNSS测点5，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；GNSS接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述GNSS接收机供电；通讯装置，其设置为用于向所述控制系统传输所述GNSS接收机获取的实时坐标信息。其中，GNSS接收机可从GNSS系统获取卫星导航定位数据，得到当前位置的坐标信息。
在另一技术方案中，所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述应力测点包括压力传感器，其埋设在下球铰内部且测量端面与其所在位置的下球铰内球面平齐；无线信号收发器，其设置在下承台上并与所述压力传感器电连接，所述无线信号收发器设置为用于将所述压力传感器检测到的测点应力数据传输至所述控制系统。其中，压力传感器的一端埋设在下球铰内部，另一端通过数据线与外部的无线信号收发器连接，下球铰的内球面上提前预设有安装槽，压力传感器对应设置在所述安装槽内且测量端面(应力感应面)刚好处于安装槽的开口平面，压力传感器的测量端面正对下球铰的球心设置，以保证测量端面与下球铰的内球面平齐，避免影响上、下球铰的正常转动，同时保证测量端面能够准确感应上、下球铰间的应力数据并将其传输至控制系统。
在另一技术方案中，所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，所述纵向高程测点设置在桥梁沿长度方向的中心线上，所述横向高程测点设置在桥梁沿宽度方向的中心线上。上述技术方案中，由于纵向高程测量和横向高程测点均只设有一组(两个)，在布设时，选取梁体上最具有代表性的位置对高程测点进行安装，从而，保证作为监测基准值的梁体纵向、横向高差的有效性和准确性(与实际情况相符)，同时有效减少了外部测点和设备的安装，降低了监测成本，提高了监测装置的安装效率；另外，四个高程测点在梁体顶部呈双向对称设置，不会额外影响梁体在转动过程中的平衡性，进一步保证了转体过程稳定性。
本发明还提供了桥梁转体结构不平衡力监测方法，包括：
S1、在转体结构安装时，在上、下球铰的接触面上沿周向间隔布设多个应力测点；
S2、在转体结构安装完成后，在梁体顶部两端分别设置纵向高程测点，在梁体顶部两侧分别设置横向高程测点；
S3、在转体前的施工准备阶段，通过控制系统持续读取所述多个应力测点、所述纵向高程测点、所述横向高程测点的监测数据，计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系；
其中，转体前的施工准备阶段包括梁体的对中调平、转体结构称重配重、试转等步骤，上述过程中，上、下球铰间的应力和梁体各位置的高程也会发生相应变化，可将该阶段内的全部监测数据作为历史数据库，并以此为依据建立各应力测点的应力数据变化与梁体的纵向高差间的映射关系：ΔH＝H1-H2＝f1(s1，s2，s3…sn)，H1、H2为两个纵向高程测点的高度坐标数据，s1～sn为n个应力测点的应力数据；各应力测点的应力数据变化与梁体的横向高差间的映射关系：Δh＝h1-h2＝f2(s1，s2，s3…sn)，h1、h2为两个横向高程测点的高度坐标数据，s1～sn为n个应力测点的应力数据。
S4、在转体过程中，根据所述纵向高程测点、所述横向高程测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向高差与横向高差的基准值；同时根据所述多个应力测点的实时监测数据和映射关系计算得到梁体的纵向高差与横向高差的控制值，通过各向高差的基准值和控制值共同判断桥梁转体结构的不平衡状态；
S5、在转体完成后，按照梁体的纵向高差与横向高差的控制值对梁体姿态进行纵向、横向精调，直至各向高差的基准值和控制值均为0，从而，在转体完成后的梁体精调工序中，同时控制梁体纵向高差、横向高差的基准值和控制值，即在调节过程中需同时保证梁体坐标和球铰内部应力符合平衡要求，才能够确定当前梁体被完全调平，有效保证了转体施工的施工质量。
在本实施例中，为避让既有道路4的正常通行，梁体的初始位置1平行设置在既有道路4一侧，在准备工作完成后，挑选既有道路通行量少的时间段或将其临时封闭一段时间进行转体施工，转体过程中梁体从初始位置1转动至最终位置2。
在另一技术方案中，所述的桥梁转体结构不平衡力监测方法，S4中，预先设定转体过程中梁体的纵向高差与横向高差的限值范围，控制系统同时监控各向高差的基准值和控制值是否处于对应的限值范围内，当基准值或控制值超出设定范围时，判断此时桥梁转体结构的不平衡力超标，需要先停止转体动作，对梁体进行重新调平后再继续进行转体施工。
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 (6)
1.桥梁转体结构不平衡力监测装置，其特征在于，包括：
两个纵向高程测点，其沿桥梁长度方向间隔设置在梁体的顶部两端；
两个横向高程测点，其沿桥梁宽度方向间隔设置在梁体的顶部两侧，任一横向高程测点与任一纵向高程测点均设置为用于获取当前位置的坐标信息；
多个应力测点，其沿转体结构的转盘的周向间隔布设在上、下球铰的接触面之间，任一应力测点设置为用于获取当前位置的应力数据；
控制系统，其设置为用于储存所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的历史监测数据，建立梁体的纵向、横向高差变化与上、下球铰间不同方向上应力变化的关系，并根据转体过程中所述纵向高程测点、所述横向高程测点、所述应力测点的实时监测数据综合分析判断桥梁转体结构的不平衡力情况。
2.如权利要求1所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，其特征在于，所述纵向高程测点、所述横向高程测点均为GNSS测点，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；GNSS接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述GNSS接收机供电；通讯装置，其设置为用于向所述控制系统传输所述GNSS接收机获取的实时坐标信息。
3.如权利要求1所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，其特征在于，所述应力测点包括压力传感器，其埋设在下球铰内部且测量端面与其所在位置的下球铰内球面平齐；无线信号收发器，其设置在下承台上并与所述压力传感器电连接，所述无线信号收发器设置为用于将所述压力传感器检测到的测点应力数据传输至所述控制系统。
4.如权利要求1所述的桥梁转体结构不平衡力监测装置，其特征在于，所述纵向高程测点设置在桥梁沿长度方向的中心线上，所述横向高程测点设置在桥梁沿宽度方向的中心线上。
5.如权利要求1所述的桥梁转体结构不平衡力监测方法，其特征在于，包括：
S1、在上、下球铰的接触面上沿周向间隔布设多个应力测点；
S2、在梁体顶部两端分别设置纵向高程测点，在梁体顶部两侧分别设置横向高程测点；
S3、在转体前的施工准备阶段，通过控制系统持续读取所述多个应力测点、所述纵向高程测点、所述横向高程测点的监测数据，计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系；
S4、在转体过程中，根据所述纵向高程测点、所述横向高程测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向高差与横向高差的基准值；同时根据所述多个应力测点的实时监测数据和映射关系计算得到梁体的纵向高差与横向高差的控制值，通过各向高差的基准值和控制值共同判断桥梁转体结构的不平衡状态；
S5、在转体完成后，按照梁体的纵向高差与横向高差的控制值对梁体姿态进行纵向、横向精调，直至各向高差的基准值和控制值均为0。
6.如权利要求5所述的桥梁转体结构不平衡力监测方法，其特征在于，S4中，预先设定转体过程中梁体的纵向高差与横向高差的限值范围，控制系统同时监控各向高差的基准值和控制值是否处于对应的限值范围内，当基准值或控制值超出设定范围时，判断此时桥梁转体结构的不平衡力超标，需要先停止转体动作，对梁体进行重新调平后再继续进行转体施工。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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