阅读说明：本技术 一种智能桥梁挂篮预压装置及其控制方法 (Intelligent bridge hanging basket prepressing device and control method thereof ) 是由 王浩 赵亚宁 祝青鑫 王飞球 金顺利 谢以顺 于 2019-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能桥梁挂篮预压装置及其控制方法,该系统包括压架模块、地锚模块、智能加载模块和监控模块,压架模块依据箱梁截面形式将预压荷载均匀传递至挂篮各构件,地锚模块为预压荷载施加提供施力点,智能加载模块将挂篮预压荷载通过压架模块分级精确施加于挂篮,而监控模块则依据预压系统各组件参数自动精确地记录荷载位移数据并绘制出曲线。本发明主要应用于桥梁挂篮法施工,为挂篮预压提供了一套结构简单,自动化和智能化程度高的系统,在挂篮预压施工领域具有广泛的应用前景。(The invention discloses an intelligent bridge hanging basket prepressing device and a control method thereof, wherein the system comprises a pressing frame module, a ground anchor module, an intelligent loading module and a monitoring module, the pressing frame module uniformly transmits prepressing load to each component of a hanging basket according to the section form of a box girder, the ground anchor module provides a force application point for the application of the prepressing load, the intelligent loading module accurately applies the hanging basket prepressing load to the hanging basket in a grading manner through the pressing frame module, and the monitoring module automatically and accurately records load displacement data and draws a curve according to each component parameter of the prepressing system. The method is mainly applied to bridge hanging basket method construction, provides a system with simple structure, high automation and intelligent degree for hanging basket prepressing, and has wide application prospect in the hanging basket prepressing construction field.)

一种智能桥梁挂篮预压装置及其控制方法

技术领域

本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种桥梁施工用的挂篮预压技术，尤其涉及一种智能桥梁挂篮预压装置及其控制方法。

背景技术

随着国家基础设施建设不断推进，公路、铁路里程迅速增长，切实保障了社会经济的发展。预应力混凝土连续梁桥和连续刚构桥具有结构受力优良，适用范围广，施工工艺成熟，建设维护成本低等特点，成为公路铁路跨越山川河谷和既有线路的首选桥型，得到了广泛应用。

预应力混凝土连续梁和连续刚构桥梁上部主梁施工通常采用平衡悬臂浇筑施工法，而该施工方法的主要设备就是挂篮。为保证主梁悬臂浇筑施工时桥梁上部结构安全和线形满足设计要求，需要对挂篮整体稳定性和挂篮实际承载能力进行预压检验，其目的如下：(1)确认挂篮安装的正确性和有效性；(2)检验挂篮各构件能否满足强度、刚度要求，确保挂篮整体稳定工作；(3)消除挂篮非弹性变形，同时获得挂篮弹性变形数据，为后续施工立模等提供实测依据；(4)通过分五级预压及分四级卸载，对其安全性进行实际评估。由此可见，在挂篮投入使用前，必须进行挂篮预压，确保桥梁上部结构施工安全性，满足桥梁线形设计要求。

目前，挂篮预压大多采用预制混凝土块或灌装沙袋作为主梁荷载模拟，依据现场浇注主梁节段的最大重量，需要准备总重达到1.2倍最大节段重量的混凝土块或沙袋，然后利用吊车等起重设备分级吊入和移出挂篮，实现挂篮预压检验。然而，现有挂篮预压手段存在诸多不足：预制混凝土块或灌装沙袋需要巨大的人力物力，在挂篮预压完成后便无处可用，后期处理费用高；挂篮设备作业平台狭小，混凝土块或沙袋在吊车吊装过程中易与挂篮的吊杆发生碰撞，存在安全隐患；连续梁桥或连续刚构桥均为箱型截面，施工过程中挂篮各部分所受荷载均不相同，而利用混凝土块或沙袋进行挂篮预压试验时，将其均匀堆载在挂篮底模上，预压荷载与实际荷载相差较大，不能真实反映挂篮工作力学性能；挂篮分级加载荷载依赖于混凝土块或沙袋的吊装数量统计，单个重量存在误差，则挂篮得到的荷载变形数据不够精确。因此，亟待一种方案实施方便，能够真实模拟挂篮受力，可精准测量挂篮荷载变形曲线的预压系统。

发明内容

本发明公开了一种智能桥梁挂篮预压装置，包括挂篮和预压装置及其控制系统，所述的预压装置及其控制系统包括压架模块，地锚模块、智能加载模块和监控模块；

所述压架模块包括钢绞线、方木、工字钢、调平楔块、双拼槽钢和钢绞线锚具；所述的方木等距离布设在工字钢下方，所述的调平楔块设置在工字钢上方，所述的调平楔块上方设置有双拼槽钢，所述的方木、工字钢、调平楔块、双拼槽钢通过钢绞线锚具固定在钢绞线上；所述压架模块分组安装于挂篮的顶板、翼缘板、底板和底腹板。

所述的地锚模块包括螺纹抗拔桩、双拼工字钢；所述的螺纹抗拔桩顶部焊接双拼工字钢；

所述的智能加载模块包括综合控制箱、液压管线、液压油顶；所述的压架模块锚固好的钢绞线另一端接入液压油顶，液压油顶将双拼工字钢作为施加荷载的支撑。安装各液压油顶后，即通过液压管线接入综合控制箱，由综合控制箱通过液压系统来控制液压油顶；所述的监控模块集成于综合控制箱。

所述的一种智能桥梁挂篮预压装置的控制方法：

步骤1：在挂篮上进行压架模块安装，分为翼缘板、顶板、底板、底腹板四个部分，将方木等距离布设，而后安装工字钢，利用调平楔块平整工字钢顶部，并放置作为钢绞线锚具支撑的双拼槽钢，钢绞线从底部穿入并锚固于钢绞线锚具，另一端连接于智能加载模块；

步骤2：上述压架模块锚固好的钢绞线另一端接入液压油顶，液压油顶将双拼工字钢作为施加荷载的支撑，安装各液压油顶后，通过液压管线接入综合控制箱，由综合控制箱通过液压系统来控制液压油顶；

步骤3：挂篮预压设计方案的预压加载参数如预压荷载大小、荷载施加持续时间等输入至综合控制箱中的智能控制软件:；

步骤4：监控软件在挂篮预压开始前，需要输入钢绞线和双拼工字钢的弹性模量、截面面积，双拼工字钢的边界条件等参数；

步骤5：由监控模块中的监控软件记载液压油顶张拉行程数据和挂篮预压的荷载，通过结构计算公式计算出挂篮预压的荷载位移量，从而画出荷载位移曲线；

挂篮的位移计算原理如下：油顶行程为Δ＝Δ_钢+Δ_Ⅱ+Δ_挂

其中：Δ_钢为钢绞线伸长量；

Δ_Ⅱ为锚固的双拼工字钢变形量；

Δ_挂为挂篮位移量。

根据钢绞线伸长量计算公式：Δ_钢＝PL/EA，其中P为挂篮预压的荷载，L为钢绞线计算长度，E为钢绞线的弹性模量，A为钢绞线有效截面面积，由于上述几个值均为已知，故即可求出钢绞线伸长量。梁的挠曲线微分方程为： EIω(x)＝-∫(∫M(x)dx)dx+C₁x+C₂，其中E为地锚系统中双拼工字钢的弹性模量， I为双拼工字钢的截面惯性矩，ω(x)为梁的变形量，M(x)为梁所受弯矩值，而C₁和 C₂则是常量，x为集中力作用点到梁端的距离。根据结构力学公式以及荷载作用点位置即可求解出Δ_Ⅱ。

那么挂篮位移量计算公式如下：

根据荷载值、结构计算图示和边界条件，可求出挂篮位移量，与挂篮预压的荷载一起，便能有效给出挂篮预压的荷载位移数值及曲线。

本发明能广泛应用于连续梁或连续刚构等桥梁挂篮施工的预压，具有模块化程度高，可分级精确模拟箱梁混凝土浇筑荷载，易于各种挂篮预压方案的灵活实施。同时，利用计算机程序联动控制各处液压油顶，实时获取液压油顶顶力及顶程等数据，智能绘制出挂篮预压过程中荷载位移关系曲线，消除挂篮非弹性变形的同时便于后期箱梁节段施工立模标高的确定。本发明克服了传统挂篮预压存在预压手段繁琐，预压荷载难以精确模拟，挂篮在预压过程中荷载和位移记录依赖于人工测量和处理等不足，提升挂篮预压的施工效率，实现了挂篮智能化预压。

附图说明

图1：本发明桥梁挂篮预压装置应用在桥梁上的机构正视图；

图2：本发明桥梁挂篮预压装置应用在桥梁上的机构侧视图；

图3：本发明桥梁挂篮预压装置的结构正视图；

图4：本发明桥梁挂篮预压装置的结构侧视图；

图中的序号1、连续梁箱梁；2、挂篮；3、预压装置及其控制系统；4、螺纹抗拔桩；5、双拼工字钢；6、钢绞线；7、方木；8、工字钢；9、调平楔块； 10、双拼槽钢；11、钢绞线锚具；12、综合控制箱；13、液压管线；14、液压油顶。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。需要说明的是，附图采用简化的形式和非精确的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明的目的。

如图1和图2所示，在桥梁的梁体上完成挂篮安装和调试后，即可部署本发明，即桥梁挂篮智能预压系统，本系统包括压架模块，地锚模块、智能加载模块和监控模块。

首先，在挂篮上进行压架模块安装，包括钢绞线6、方木7、工字钢8、调平楔块9、双拼槽钢10、钢绞线锚具11。根据箱梁梁体图纸，分为翼缘板、顶板、底板、底腹板四个部分。将方木7按照各部分荷载选择合理间距等距离布设，而后安装作为荷载分配梁的工字钢8，确保预压荷载均匀加载，随后利用调平楔块9平整工字钢顶部，并放置作为钢绞线锚具11支撑的双拼槽钢10，钢绞线6 从底部穿入并锚固于钢绞线锚具11，另一端连接于智能加载模块。

其次，根据压架模块的安装位置，进行地锚模块的施工安装。地锚模块由螺纹抗拔桩4、双拼工字钢5组成，螺纹抗拔桩4根据压架安装位置和挂篮预压设计荷载，由机械设备压入地面足够深度，之后在螺纹抗拔桩4顶部焊接双拼工字钢5作为智能加载模块加载横梁，双拼工字钢5需依据挂篮预压设计荷载选择合理型钢尺寸，确保能够提供足够的强度和刚度。

再者，在安装完毕的地锚模块后安装智能加载模块，智能加载模块包括综合控制箱12、液压管线13、液压油顶14。上述压架模块锚固好的钢绞线6另一端接入液压油顶14，液压油顶14将双拼工字钢5作为施加荷载的支撑。安装各液压油顶后，即通过液压管线13接入综合控制箱12，由综合控制箱12通过液压系统来控制液压油顶14。将挂篮预压设计方案的预压加载参数如预压荷载大小、荷载施加持续时间等输入至综合控制箱12中的智能控制软件中，实现整体挂篮预压全过程智能自动控制。

最后，监控模块是集成于综合控制箱12中，是一套监控软件，和智能控制软件一同安装于计算机中。监控模块可以根据液压油顶14的行程和智能控制软件中的施加荷载自动处理并形成挂篮预压荷载位移数据表格和曲线，作为后期施工的重要参数。监控软件在挂篮预压开始前，需要输入钢绞线6和双拼工字钢5 的弹性模量、截面面积，双拼工字钢5的边界条件等参数。

本发明安装完成并在综合控制箱12设定好相关参数后，即可自动进行挂篮预压试验，检验挂篮安全性和稳定性，并自动化绘制出挂篮预压的荷载位移曲线。预压试验完成后，即可拆卸本系统，用于其他挂篮预压试验，或将各构件使用于桥梁施工，避免材料浪费，节约施工成本。