一种拉筋孔洞改进再利用的大体积混凝土桥墩施工控制系统 |
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| 申请号 | CN202410153682.3 | 申请日 | 2024-02-04 | 公开(公告)号 | CN117970851A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 黑龙江八一农垦大学; | 发明人 | 解恒燕; 魏存兴; 郑鑫; 徐文保; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种拉筋孔洞改进再利用的大体积 混凝土 桥墩施工控制系统，属于 桥梁 施工领域，该装置采用改进的内置应变片的 镀 锌 钢 管与改进蝴蝶卡扣取代传统的PVC拉筋 套管 加拉筋的加固形式，减少了取出一次性PVC套管的施工工序，通过内置 传感器 实现对桥墩混凝土内部强度及裂缝情况以及 温度 进行监测，实现了应 力 监测，避免不均匀受力导致的胀模，当 应力 集中时发出报警 信号 。通过改进型的可监测 水 面高度的储水箱，承压管线与改进镀锌钢管及红外线遥控变量控制 水龙头 连接，形成闭合循环回路，温差超过 阈值 或需要开启养护时，则水 泵 开始循环。以及通过GPS和无人机实现自动补水，通过改进的工外线变量控制水龙头实现变量养护，解决了野外施工取水困难。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种拉筋孔洞改进再利用的大体积混凝土桥墩施工控制系统由所述冷却系统包括： |
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| 说明书全文 | 一种拉筋孔洞改进再利用的大体积混凝土桥墩施工控制系统技术领域背景技术[0002] 随着我国经济实力的不断提升，高速铁路和桥梁的铺设已经成为拉动经济发展十分重要的影响因素，大体积混凝土桥墩施工过程中铺设内置冷却水管已经成为当前大体积混凝土降温的主流施工方法。但是冷却管预埋的技术在实际施工的过程中，由于预埋后无法取出，造成了成本的大幅度提高。加之在实际施工的过程中，由于混凝土浇筑的过程中，对于拉筋受力情况没有准确的监测机制，导致在浇筑混凝土的过程中，出现胀模现象。加之在实际施工的过程中，对于桥墩混凝土表面养护时间控制缺乏灵活的管理机制，对现场环境变量的适应性不强，受到现场温度与风速等因素的影响明显，混凝土养护问题导致混凝土强度有所损失，缺乏精准的混凝土养护监测体系，导致混凝土桥墩表面干缩裂缝的出现，缺乏强度监测而导致拆模只能依赖于经验或现场同条件养护试块，过早拆模会导致混凝土表面强度不够产生破损，过晚拆模会出现模板与混凝土粘贴的现象，以及占用模板时间较长，导致模板周转率降低。在桥墩现场施工的过程中，对于大体积混凝土内外温差缺少监控措施，对于补水条件困难的野外桥墩施工而言，缺少一种闭合水循环降温系统，混凝土养护存在迎风面表面水分蒸发过快，导致养护不到位的现象，导致表面干缩裂缝的出现或者过度养护导致水资源浪费的现象，就急需一种能够对桥墩混凝土内部各点温差进行监测，以及内部各点裂缝监测和强度监测的设备。 [0003] 传统的拉筋孔洞在实际施工的过程中采用PVC套管，套管在施工中的作用为防止拉筋与已经浇筑的混凝土粘结，在实际施工的过程中PVC管不可回收，并且施工后需要清除对孔隙进行填补修复，这在实际施工的过程中造成了大量的浪费，并且增加了施工难度。 [0005] 公开号为CN210104578U的专利公开了一种大体积混凝土养护设备，该设备为预埋管件，采用一次性布设，不能实现周转利用。 [0006] 公开号为CN108360381A的专利公开了混凝土连续向量桥0号块腹板大体积混凝土降温装置，在该装置中采用了通水降温直接洒水养护的功能。需要大量的水资源，在实际施工养护的过程中需要人工补水，没有实现自动补水。 [0007] 但是以上三种大体积混凝土降温系统，没有实现对预埋管路材质的周转利用，同时没有实现变量养护，对水资源浪费较大，缺乏对于混凝土强度的监测，在实际使用的过程中缺乏相应的施工监测，在应用于大体积混凝土时的胀模现象也是影响混凝土质量的主要的影响因素，以上专利均未解决以上问题。 [0008] 基于上述问题，在充分考虑了施工的前提下，对于大体积混凝土桥墩施工过程中的拉筋孔洞进行改进设计，采用内置应变片的镀锌钢管取代传统的PVC管，通过改进的蝴蝶卡扣实现减少传统的凿出PVC套管的施工工序，改进的镀锌钢管可实现重复利用，避免了传统的一次性PVC套管的使用。并且在镀锌钢管两侧采用丝扣与红外线智能水龙头相接后通过水管与改进水箱连接形成闭合系统。通过镀锌钢管内置的应变片来实现浇筑及养护过程中的应力控制，并能进行即时调整避免应力过度集中导致胀模现象出现。在镀锌钢管内布设温度采集器，能够时时监测混凝土内部不同位置的温度，设定极大值与极小值的温差阈值，当温差超过阈值时，开启水泵进行水循环降温。改进镀锌钢管内部布设超声波探测混凝土强度装置，能够对混凝土的强度增长实施动态监测，能够确保混凝土拆模时的强度值，同时也可避免拆模时间过晚导致的模板占用时间较长的问题，通过监测混凝土强度的方式能够增加模板周转效率。避免过早拆模导致的混凝土表面强度过低出现的混凝土表面破损。通过设置的超声波孔隙检测装置，能够及时发现大体积混凝土在养护的过程中，裂缝的产生，对即将产生的裂缝及时报警，便于施工人员进行整改。通过改进的接口，在软管与钢管连接装置处设置红外遥控水龙头，通过磁吸式摄像头对混凝土表面的湿度进行识别，当混凝土表面湿度小于设定阈值时，通过单片机控制红外遥控水龙头开启，同时可根据环境温度及风速确定红外线遥控变量控制水龙头的出水量，可以根据摄像头监测值实现一个或多个喷头进行养护，可以实现远程控制喷淋精准局部养护，大大的节省了水资源，对于野外施工养护技术而言有着十分积极且重要的意义。 发明内容[0009] 本发明目的是： [0010] 提供一种拉筋孔洞改进再利用的大体积混凝土桥墩施工控制系统，该冷却系统对预埋拉筋管孔进行了改进二次利用，减少了传统去除PVC管的工序，采用内置应变片的镀锌钢管取代原有PVC管，实现可重复利用，降低施工成本。通过内置的应变片实现浇筑过程中的应力监测，避免过度集中的应力产生导致拉筋破坏胀模现象的出现，并在管内设置温度传感器，超声波孔隙检测装置和强度检测装置，可以依据不同温度感应器所采集的温度值，依据规范要求设定温差阈值，当超过阈值时启动水泵，实现大体积混凝土内部降温，避免温差导致的大体积混凝土出现损伤。通过镀锌钢管内布置的超声波探伤检测装置，实现对混凝土施工质量监测，当出现裂缝时及时发出预警整改信号。通过混凝土内部设置的强度监测装置，实现混凝土养护过程中的强度变化监测，当强度达到设定阈值时，通过单片机系统发出拆模指令，增加模板周转效率。通过改进的连接装置，将进水管与镀锌钢管和红外线遥控变量水龙头，排水管连接，同时与水箱连接成闭合回路系统，在降温过程中不消耗水分，水箱内水分仅为混凝土表面养护供水，在连接装置上设置磁吸式摄像头进行混凝土表面含水率监测，当含水率低于设定阈值时，通过单片机控制红外遥控水龙头开启变量喷淋养护，达到设定阈值上限时则关闭水龙头，实现局部养护，减少用水。通过对镀锌钢管内设置应力监测装置，能够对模版加固受力是否均匀进行监测，避免应力集中导致的胀模现象。 [0011] 通过改进的水箱，实现对水箱内的水量进行动态观测，再顶部设置停机坪，再水箱缺水时，可通过GPS给上位机发出补水信号，通过停机坪为无人机提供降落平台进行补水，实现了智能化降温养护，降低能耗，通过逆变器和蓄电池进行供电，代替了通过柴油发电机进行发电的传统降温措施，降低了环境污染，提高了经济效益，设计合理，经济适用，易于大规模地推广和使用。 [0012] 本发明的方案是： [0013] 本发明采用的技术方案为：一种拉筋孔洞改进再利用的大体积混凝土桥墩施工控制系统，所述冷却养护系统包括桥墩本体在内的若干个采用内置应变片的镀锌钢管替换传统PVC拉筋预埋管与拉筋，将二者采用改进的内置应变片的镀锌钢管取代。若干个红外线遥控变量控制水龙头与镀锌钢管连接后，通过承压水管与水箱进出水口形成闭合回路。在红外线遥控变量控制水龙头上附着磁吸式摄像头对桥墩混凝土表面湿度进行监测。在改进的镀锌钢管内，布设不少于三个的温度感应器、混凝土强度检测装置、超声波孔隙检测装置，每种传感器按需布设，不少于三个，通过传感器进行桥墩混凝土养护过程中的混凝土内部温度、混凝土强度以及混凝土损伤进行检测。同时通过改进镀锌钢管与红外线遥控变量控制水龙头通过承压管线，分别与水箱的进出水管形成闭合回路，为混凝土降温提供水循环管路，降温过程中不消耗水分，解决野外补水困难的问题。采用磁吸式摄像头利用图像识别技术对混凝土表面含水率进行监测，如出现含水率低于阈值时，通过红外线控制局部红外线遥控变量控制水龙头进行变量喷淋养护，达到设定阈值时停止养护，节省用水。 [0014] 进一步地，所述温度感应器、超声波孔隙检测装置、混凝土强度检测装置根据拉筋预埋管孔的数量布设，或者在同一排的某个拉筋预埋管孔内均匀布设温度感应器，或者在同一排的每个拉筋预埋管孔布设至少1个温度感应器。 [0015] 进一步地，通过改进的内置应变片的镀锌钢管，能够实现施工过程中模板加固的工序中，做到合适的应力控制，在混凝土浇筑的过程中能够对浇筑过程中每一根改进的镀锌钢管所承受的应力进行控制，当单根钢管应力超过设定阈值时候，发出警告，避免由于应力集中导致的胀模现象出现。 [0016] 进一步地，所述控制器为单片机，通过采集温度传感器的温度，超声波孔隙检测装置以及强度检测装置，并且对磁吸式摄像头所采集的混凝土表面含水率情况进行信息采集，并且通过设定的阈值，实现最高温度与最低温度的温差超过阈值时启动水泵实现降温，小于设定阈值水泵停止转动，避免温度裂缝产生的同时降低能耗。通过混凝土强度采集装置，当强度达到设定值时发出拆模指令，增加模板周转速度，提升施工进度。当超声波探伤出现损伤时发出指令便于施工人员及时采取相应的措施。磁吸式摄像头对混凝土表面含水率采集值进行逐项比较，若小于设定阈值则开启红外线遥控变量水龙头进行养护，当设定阈值超过上限时则关闭水龙头，实现了局部精准养护，同时在水箱内设置水面控制系统，在水箱外设置液晶显示器能够及时反应水箱内液面高度，当水箱内水位降低到阈值时发出补水信息，在水箱顶部设置停机坪与GPS控制系统，通过GPS控制系统为无人机补水提供位置信息，无人机可降落在停机坪，通过补水孔实现补水，不影响系统正常循环，实现无人智能养护。 [0017] 进一步地，红外线遥控变量控制水龙头实现变量洒水。其由电机和可更换电池形成动力控制系统，通过电机转动带动传动轴驱动可移动套管进而带动密封顶板移动，根据需要洒水量的大小控制电机转动转数，进而达到控制出水孔排水数量，以达到变量控制的目的。 [0018] 进一步地，红外线遥控水龙头可以根据环境温度以及湿度情况和上位机指令通过控制电机转数以及转向实现水龙头的变量控制，确保养护用水量的变量控制。 [0020] 本发明的积极效果是： [0021] 1.对大体积桥墩混凝土施工工序而言，通过增加应变片的镀锌钢管替代传统的PVC套管，减少了拉筋穿管，以及清除PVC拉筋管的工序，并且对拉筋孔洞进行了二次利用，实现了简化工序的同时，能够对施工时候的模板加固，以及混凝土浇筑过程中的模板加固受力是否均匀进行监测，对可能出现的浇筑胀模现象进行有效的预测。 [0022] 2.该方案实现了对大体积混凝土内部各点温度以及各点的强度值和各点混凝土内部损伤情况进行监测，同时根据数据结果，通过单片机控制系统实现了控制水泵降温，降低温度裂缝产生风险，并且对施工质量进行监督，对混凝土内部裂缝进行监测，便于施工人员及时处理，当强度达到设定值时能够发起拆模信号，提升桥墩定型模板的周转效率，提升施工进度，避免过早拆模由于强度不够导致的混凝土表面损伤，解决了传统依靠经验和同条件养护试块进行拆模的情况。 [0023] 3.通过改进的红外线遥控变量控制水龙头，采用摄像头对混凝土表面含水率进行测试，当混凝土表面含水率低于设定阈值时，开启红外线开关，实现对混凝土表面的局部变量养护，根据现场环境状态，实现了出水量的控制，当表面含水率达到设定阈值时关闭水龙头，解决了传统桥墩在迎风面与背风面水分的蒸发速率不同的问题，实现了动态实时养护，同时实现一个采集摄像头控制一个或多个养护装置，对混凝土强度提升有十分积极的作用，对于野外施工节水有着至关重要的作用。 [0024] 4.在水箱内设置水面高度监测，当水面低于阈值时发出补水信号，通过预设停机坪和补水口，无人机可依据GPS寻找到停机坪与补水口，实现自动补水，实现现场无人操作，降低用水量，节省人工，提升混凝土养护质量。 [0026] 图1：作业原理图； [0027] 图2：显示了排水降温示意图； [0028] 图3：显示了镀锌钢管改进传统PVC管并且内置传感器以及红外线遥控变量控制水龙头示意图； [0029] 图4：改进型蝴蝶卡扣； [0030] 图5：红外线遥控变量控制水龙头内部结构示意图； [0031] 图6：显示了温度采集系统仿真示意图； [0032] 图7：水箱4中的水位控制装置仿真示意图； [0033] 在文中所涉及的参数编号为： [0034] 1桥墩本体、2镀锌钢管、3承压管线进水管、4水箱、5循环水泵；6承压管线回水管；7控制器；8蓄电池组；9水位监测系统；10温湿度风速GPS；11温度感应器；12红外线遥控变量控制水龙头；13磁吸式摄像头；14超声波孔隙检测；15混凝土强度探测器；16改进型蝴蝶卡扣；17水箱出水口；18水箱回水口19逆变器；20电机；21可移动套管；22传动轴；23单片机控制系统；24密封顶板；25出水口；26停机坪；27水箱进水口；28可更换电池；29可拆卸盖板。 [0035] 在附图中，彼此对应的组件用相同的参考数字标记。 [0036] 以下结合附图及实例对本专利作进一步的说明。 [0037] 参照图1、图2和图6一种基于拉筋孔洞再利用的大体积混凝土桥墩应力监测及智能冷却养护系统，所述冷却系统包括桥墩本体1内的若干个改进拉筋预埋管孔镀锌钢管2、循环水泵5、水箱4、控制器7、蓄电池组8、水位监测系统9、温湿度风速GPS10和若干个温度感应器11、超声波探伤监测装置14、混凝土强度探测装置15；所述的若干个拉筋预埋管孔改进的镀锌钢管2通过红外线遥控变量控制水龙头12与管线连通成一个水循环管路，该循环管路的首端通过进水管3与水箱4的出水口17连通，水箱4的上部回水管18通过承压管线回水管6与循环管路相连；所述温度感应器11、超声波探伤监测装置14、混凝土强度探测装置15设置于拉筋预埋管孔镀金钢管2内，温度感应器11、超声波探伤监测装置14、混凝土强度探测装置15通过导线与控制器7连接，同时钢管内置应变片与控制器相连接，对单个管的应力进行监测，控制器通过电缆与循环水泵5连接；所述水位监测系统9和温湿度风速GPS监测10通过电缆与蓄电池组8相连，蓄电池组8通过电缆逆变器19与循环水泵5和控制器7电连接；所述温度感应器11根据拉筋预埋管孔改进的镀锌钢管2的数量布设，或者在同一排的某个改进的拉筋预埋管孔2内均匀布设温度感应器11，超声波探伤监测装置14，混凝土强度探测装置15，或者在同一排的每个拉筋预埋管孔2布设至少3个温度感应器11；超声波探伤监测装置14；混凝土强度探测装置15；所述控制器7为单片机；所述蓄电池组8内至少设置2块备用电池和1块供电电池，2块备用电池分别与温湿度风速GPS监测10和水位监测9连接。电池组与控制器7相连，当电量低于设定值时向上位机发出电池更换信号。 [0038] 将大体积混凝土施工过程中的拉筋预埋孔二次利用，通过改进设计在拆模后将拉筋预埋孔进行组合连接形成内置水管后，通过水箱和水泵连接形成闭合回水管路。通过在拉筋预埋管孔内设置的温度感应探头，将混凝土内部温度传递给单片机进行判定，当感应探头的最高温度与最低温度之差大于设定阈值时，单片机驱动水泵开始工作，达到降温目的。当内部混凝土强度探测装置15达到预定强度值时，发起拆模通知，提升模板周转效率，当混凝土超声波探伤监测装置14发现裂缝时则发出信号给施工人员，便于人们及时趁早处理问题。可通过磁吸式摄像头13对混凝土表面含水率进行监测，当含水率低于设定值时开启对应红外线遥控变量控制水龙头开启洒水养护，当湿度达到预定值时则停止养护，实现局部精准养护，减少水资源浪费。在混凝土浇筑的过程中，可以根据每根管的应力对模板加固情况，及浇筑过程中的应力情况进行监测，当应力超过阈值时及时报警，进行加固避免胀模现象的产生。单片机所需电力由蓄电池提供，同时内置两块备用电池，当电池电量低后，通过单片机切换电池间的电量传递。温度感应模块采集信息时时传递到单片机进行相关的判定，在判定的过程中，如果温差大于设定阈值时，则驱动水泵运转实现水循环，温差不大于设定阈值则水泵停止转动，整个系统不耗电。单片机的输出信号通过温度变化控制水泵的启停。通过蓄电池单片机系统进行混凝土内部温度的实时采集，通过设定降温值来依靠单片机进行温度的识别判定，智能控制水泵的工作。通过软管和管接头将各个拉筋预埋孔洞连通。 [0039] 请参阅图3，采用内置应变片的镀锌钢管2替代了传统的PVC管和拉筋，减少了施工工序，并且通过改进的红外线智能遥控水龙头12实现了远程控制局部养护的功能，保证了在实际进行养护的过程中能够实现通过磁吸式摄像头对桥墩混凝土表面进行含水率识别，通过设定阈值，实现单个磁吸式摄像头控制单个或几个水龙头，实现局部精准养护，在达到设定阈值上限时关闭水龙头，停止养护，实现了精准养护，节省用水量。 [0040] 通过超声波探伤能够保证桥墩的施工质量，当检测到内部出现裂缝时及时反馈给施工人员进行及时的处理。同时也可以通过混凝土强度感应装置实现混凝土强度监测，及时提示拆模时间，避免传统拆模过早导致的混凝土表面因强度不够受损，或者拆模过晚影响模板周转效率。 [0041] 请参阅图4为改进型蝴蝶卡扣，传统的蝴蝶卡扣在实际施工的过程中过于单薄，容易在浇筑混凝土时出现由于蝴蝶卡扣弯折变形引起的胀模现象，通过改进设计，增加其强度，提升了安装的便利性，有效的配合改进的镀锌钢管进行组合加固。 [0042] 请参阅图2、图7，在水箱下部设置水泵，继电器与电池组，电池组通过继电器向水泵供电，同时，在水箱上部设置水位监测系统，对水箱内的水位情况进行监测，当水面低于阈值时，由单片机系统依据环境条件向上位机发起补水信号，上位机对无人机依据GPS定位发出补水信号，无人机停落再停机坪，通过补水口向水箱内补水，当达到上限值时，停止补水，实现无人降温养护。 [0043] 请参阅图6，在不需要进行养护时，管线仅对大体积混凝土内部温差情况进行监测，当温差超过阈值时开启水泵，当需要进行养护时，依据湿度情况，以及涉及的养护面积，通过控制电机转动圈数的控制来实现变量养护，最大限度的节约用水。 |
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