桥梁转体撑脚测力装置、撑脚自测配重控制系统及方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202311217632.9 | 申请日 | 2023-09-20 | 公开(公告)号 | CN117516800A | 公开(公告)日 | 2024-02-06 |
| 申请人 | 中铁西安勘察设计研究院有限责任公司; | 发明人 | 黄泰烈; 白朝能; 田波; 祝培林; 林国强; 孙杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 桥梁 转体撑脚测 力 装置、撑脚自测 配重 控制系统及方法。现有转体施工称重方法在大吨位非对称桥梁转体结构施工中存在 缺陷 。本系统包括撑脚测力装置、撑脚和球铰；球铰位于转体结构与桥墩墩顶或承台下转台顶面之间；撑脚位于转体结构与桥墩墩顶或承台下转台顶面之间并位于球铰的外周，撑脚测力装置位于撑脚的底部。本发明避免大吨位非对称转体结构施工时在上下转盘之间安装大吨位千斤顶进行称重试验，实现了称重、配重连续进行的持续操作，配重时可监测撑脚支承反力，从而掌握转体结构的重力偏心距变化，保证平衡配重具有较高 精度 ；转体结构称重、配重及转体施工时撑脚可与墩顶滑道 接触 ，可监测撑脚实际支承反力，保证桥梁转体施工的安全。 | ||||||
| 权利要求 | 1.桥梁转体撑脚测力装置，其特征在于： |
||||||
| 说明书全文 | 桥梁转体撑脚测力装置、撑脚自测配重控制系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种桥梁转体撑脚测力装置、撑脚自测配重控制系统及方法。 背景技术[0002] 在跨越运营繁忙的公路、铁路进行桥梁施工时，转体法施工由于对既有线路的运营影响干扰最小，因此得到了越来越广泛的应用。对于对称结构，由于施工过程中不可避免出现混凝土浇筑误差，转体结构实际重心与设计重心会存在差异；对于非对称结构，转体结构实际重心与球铰中心的偏心则更大。为了保证转体施工安全、顺利进行，在转体前需要对转体结构进行称重试验，测量转体结构的重心位置，从而在必要时进行配重以保证转体结构重心位置的偏差在安全范围内。 [0003] 传统的转体施工称重方法是在上下转盘之间安装千斤顶，通过千斤顶施加力使转体结构沿球铰中心发生顺时针、逆时针的轻微转动，建立千斤顶顶起力、球铰摩擦力和转体结构重力的平衡力矩方程组从而求解转体结构的重力偏心距，然后根据需要进行配重。千斤顶顶起力方向竖直向上，由于上下转盘尺寸限制，顶起力相对球铰中心的力臂较小，对于吨位较大的桥梁转体结构，所需的顶起力则非常大。 [0004] 对于吨位较大的对称和非对称桥梁转体结构，传统的称重、配重方法存在如下缺点：(1)所需千斤顶数量较多、占用空间较大，上下转盘之间的空间有限，千斤顶安装操作难度大，甚至无法进行称重试验；(2)试验操要求较高，需要的专业仪器设备，并需及时捕捉球铰转动时刻，需要的时间较长，耽误工期；(3)对吨位较大的对称和非对称结构配重后的实际重力偏心情况一般不再进行试验测试，配重效果未得到检验；(4)转体过程中如撑脚接触滑道而受力，一般不能监测撑脚实际支承反力大小。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种桥梁转体撑脚测力装置、撑脚自测配重控制系统及方法，以解决现有转体施工称重方法在大吨位对称和非对称桥梁转体结构施工中存在的问题。 [0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： [0007] 桥梁转体撑脚测力装置，所述撑脚测力装置包括上板、下板和隔板； [0008] 所述上板的底面设置有凸台，所述下板的顶面设置有盆腔，所述凸台位于所述盆腔内，所述隔板位于所述凸台与所述盆腔之间； [0010] 进一步地，所述上板和所述下板通过外周设置的装置连接板互相连接。 [0012] 进一步地，所述凸台的底部外周设置有密封橡胶板。 [0013] 进一步地，所述油槽包括多个环槽和多个径向槽； [0014] 多个所述环槽同心布置，多个所述径向槽连通在所述下板的中心、所述环槽和所述注油口之间。 [0015] 另一方面，提供桥梁转体撑脚自测配重控制系统，所述系统包括所述的撑脚测力装置、撑脚和球铰； [0016] 所述球铰位于转体结构与桥墩墩顶或承台下转台顶面之间；所述撑脚位于所述转体结构与所述桥墩墩顶或承台下转台顶面之间并位于所述球铰的外周，所述撑脚测力装置位于所述撑脚的底部。 [0018] 所述转体结构的底部设置有上转台，所述钢绞线环绕在所述上转台的外周，并连接到所述牵引反力支座。 [0019] 进一步地，所述撑脚单独一个或多个一组布置在所述球铰的外周，一共布置至少六个或六组，包括所述球铰两侧的左端正撑脚和右端正撑脚，以及所述左端正撑脚前后两侧的左端副撑脚，和所述右端正撑脚前后两侧的右端副撑脚。 [0020] 另一方面，提供桥梁转体撑脚自测配重控制方法，所述方法基于所述的系统实施，包括： [0023] 拆除转体结构临时锚固措施，通过撑脚测力装置测出各个撑脚的支承反力，通过球铰测出球铰的支承反力，通过位移传感器测出各个位移传感器所在观测点的竖向位移； [0024] 根据各个支承反力和各个竖向位移，判断转体结构的重心方向及球铰的摩擦力矩方向，根据力矩平衡的力学原理，估算转体结构的重力偏心距及平衡配重； [0025] 通过在转体结构顶部设置配重物对转体结构进行平衡配重，监测各个支承反力和各个竖向位移，直至转体结构的重力偏心距满足转体施工要求时完成平衡配重； [0026] 配重完成后拆除位移传感器和撑脚测力装置的钢垫块，进行转体施工。 [0027] 进一步地，根据各个支承反力和各个竖向位移，判断转体结构的重心方向及球铰的摩擦力矩方向；根据力矩平衡的力学原理，估算转体结构的重力偏心距及平衡配重，包括： [0028] 左端各个支承反力对球铰中心的顺桥向总力矩为： [0029] [0030] 右端各个支承反力对球铰中心的顺桥向总力矩为： [0031] [0032] 转体结构的自重为： [0033] [0034] 其中： [0035] r为撑脚与球铰中心的距离； [0036] n为每端的撑脚数量； [0037] RZi为左端第i个撑脚的支承反力； [0038] RYi为右端第i个撑脚的支承反力； [0039] αZi为左端第i个撑脚与球铰中心的连线与梁轴线的水平夹角； [0040] αYi为右端第i个撑脚与球铰中心的连线与梁轴线的水平夹角； [0041] R0为球铰的支承反力； [0042] 若MZ＞MY，则转体结构的重心在球铰中心左侧，球铰顺桥向的摩擦力矩MQ为顺时针方向的力矩，则： [0043] MY+Ge＝MZ+MQ； [0044] 转体结构的重力偏心距e为： [0045] [0046] 若MZ＜MY，则转体结构的重心在球铰中心右侧，球铰顺桥向的摩擦力矩MQ为逆时针方向的力矩，则： [0047] MZ+Ge=MY+MQ； [0048] 转体结构的重力偏心距e为： [0049] [0050] 则转体结构的顺桥向平衡配重为： [0051] [0052] 其中： [0053] l为配重物重心至球铰中心的顺桥向水平距离； [0054] 桥墩墩顶或承台下转台顶面前后左右共有4个位移测点，安装位移传感器，第i个位移测点的竖向位移为δi，左端的竖向位移为δ1，右端的竖向位移为δ3，另外两侧的竖向位移为δ2、δ4；球铰顺桥向的摩擦力矩最大值为MQmax，由于0≤MQ≤MQmax，则配重 [0055] 取起始配重 逐级往上加，最大不超过 配重时监测各个支承反力和各个竖向位移，当MZ＝MY，或δ1＝δ3时完成配重； [0056] 同理计算转体结构的横桥向平衡配重。 [0057] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： [0058] (1)本发明的系统及方法，所需专业仪器设备和专业测试人员较少，可有效减少称重试验的安全隐患，大幅节省称重试验费用和时间。避免大吨位对称和非对称转体结构进行现有称重试验，所需同步顶升千斤顶数量较多，千斤顶安装操作难度大，甚至无法进行称重试验的缺陷和顶升时安全隐患。 [0059] (2)本发明的系统及方法，实现了称重、配重连续进行的持续操作，配重时可监测撑脚支承反力，从而掌握转体结构的重力偏心距变化，保证平衡配重具有较高精度。 [0061] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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他实施例的附图。 [0062] 图1为本发明的桥梁转体撑脚测力装置正视图。 [0063] 图2为本发明的桥梁转体撑脚测力装置的下板俯视图。 [0064] 图3为本发明的桥梁转体撑脚自测配重控制系统正视图。 [0065] 图4为本发明的桥梁转体撑脚自测配重控制系统俯视图。 [0066] 图中标识为： [0067] 1‑撑脚底板，2‑上板，3‑下板，4‑连接螺栓，5‑密封橡胶板，6‑隔板，7‑液压控制装置，8‑装置连接板，9‑油槽，10‑注油口，11‑转体结构，12‑撑脚，13‑桥墩，14‑配重物，15‑球铰，16‑牵引反力支座，17‑左端副撑脚，18‑左端正撑脚，19‑右端副撑脚，20‑右端正撑脚，21‑撑脚测力装置，22‑撑脚预埋螺栓，23‑位移传感器。 具体实施方式[0068] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。 [0069] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“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，而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。 [0070] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”等应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0071] 本发明提供了一种桥梁转体撑脚测力装置，用于转体桥梁施工，在转体结构11和桥墩13顶面或承台中下转台顶面之间设置撑脚后，安装在撑脚12的底部。 [0072] 如图1‑2，所述撑脚测力装置21包括上板2、下板3和隔板6。上板2的底面设置有凸台，下板3的顶面设置有盆腔，凸台位于盆腔内，隔板6位于凸台与盆腔之间。下板3的边缘设置有水平的注油口10，盆腔的底面设置有油槽9，注油口10接入油槽9，注油口10向外接入液压控制装置7。上板2和下板3通过外周设置的装置连接板8互相连接，保证上板2与下板3的整体性。上板2通过边缘设置的连接螺栓4与顶面设置有撑脚底板1互相连接。凸台的底部外周设置有密封橡胶板5，密封橡胶板5与下板3由隔板6进行隔离。 [0073] 油槽9包括多个环槽和多个径向槽，多个环槽同心布置，多个径向槽连通在下板3的中心、环槽和注油口10之间。 [0074] 另一方面，本发明提供了一种桥梁转体撑脚自测配重控制系统，系统包括上述撑脚测力装置21、撑脚12和球铰15。球铰15位于转体结构11与桥墩13墩顶或承台中下转台顶面之间，撑脚12位于转体结构11与桥墩13墩顶或承台中下转台顶面之间并位于球铰15的外周，撑脚测力装置21位于撑脚12的底部。系统还包括牵引反力支座16及钢绞线，转体结构11的底部设置有上转台，钢绞线环绕在上转台的外周，并连接到牵引反力支座16，实现转体。 [0075] 撑脚12单独一个或多个一组布置在球铰15的外周，一共布置至少六个或六组，包括球铰15两侧的左端正撑脚18和右端正撑脚20，以及左端正撑脚18前后两侧的左端副撑脚17，和右端正撑脚20前后两侧的右端副撑脚19。撑脚12为钢管混凝土撑脚，其上端通过撑脚预埋螺栓22与转体结构11的上转台连接。撑脚底板1固定在撑脚12的底部，通过连接螺栓4与撑脚测力装置21的上板2连接。撑脚测力装置21位于桥墩13墩顶或承台下转台顶面时为滑动接触，之间设置有钢垫块。 [0076] 撑脚测力装置21在撑脚12正常受压时，油槽9内没有油，上部荷载通过隔板6直接传递给下板3，保证受力的长期可靠性。撑脚测力装置21在测量撑脚12的支承反力时，液压控制装置7通过注油口10向油槽9注油，当油压保持稳定时，隔板6与下板3分离，形成一个0.5mm高度的油腔，此时撑脚12荷载完全通过油腔液压传递。由于下板3的盆腔面积是定值，通过油压即可准确测量出撑脚12的支承反力值。 [0078] 基于上述系统，可实施桥梁转体撑脚自测配重控制方法，所述方法包括以下步骤： [0079] S1：在桥墩13墩顶或承台下转台顶面安装球铰15、撑脚12、撑脚测力装置21及钢垫块，各个撑脚测力装置21处于正常受压状态，安装转体结构临时锚固措施并浇筑上转台及转体结构11。 [0080] S2：在转体结构11施工完后、称重前，在转体结构11的上转台和桥墩13墩顶或承台下转台顶面之间安装位移传感器23。 [0081] S3：拆除转体结构临时锚固措施，通过撑脚测力装置21测出各个撑脚12的支承反力，通过球铰15测出球铰15的支承反力，通过位移传感器23测出各个位移传感器23所在观测点的竖向位移。 [0082] S4：根据各个支承反力和各个竖向位移，判断转体结构11的重心方向及球铰15的摩擦力矩方向，根据力矩平衡的力学原理，估算转体结构11的重力偏心距及平衡配重。具体步骤为： [0083] 左端各个支承反力对球铰中心的顺桥向总力矩为： [0084] [0085] 右端各个支承反力对球铰中心的顺桥向总力矩为： [0086] [0087] 转体结构的自重为： [0088] [0089] 其中： [0090] r为撑脚与球铰中心的距离； [0091] n为每端的撑脚数量； [0092] RZi为左端第i个撑脚的支承反力； [0093] RYi为右端第i个撑脚的支承反力； [0094] αZi为左端第i个撑脚与球铰中心的连线与梁轴线的水平夹角； [0095] αYi为右端第i个撑脚与球铰中心的连线与梁轴线的水平夹角； [0096] R0为球铰的支承反力； [0097] 若MZ＞MY，则转体结构的重心在球铰中心左侧，球铰顺桥向的摩擦力矩MQ为顺时针方向的力矩，则： [0098] MY+Ge＝MZ+MQ； [0099] 转体结构的重力偏心距e为： [0100] [0101] 若MZ＜MY，则转体结构的重心在球铰中心右侧，球铰顺桥向的摩擦力矩MQ为逆时针方向的力矩，则： [0102] MZ+Ge＝MY+MQ； [0103] 转体结构的重力偏心距e为： [0104] [0105] 则转体结构的顺桥向平衡配重为： [0106] [0107] 其中： [0108] l为配重物重心至球铰中心的顺桥向水平距离； [0109] 桥墩13墩顶或承台下转台顶面前后左右共有4个位移测点，安装位移传感器23，第i个位移测点的竖向位移为δi，左端的竖向位移为δ1，右端的竖向位移为δ3，另外两侧的竖向位移为δ2、δ4。球铰顺桥向的摩擦力矩最大值为MQmax，由于0≤MQ≤MQmax，则配重取起始配重 逐级往上加，最大不超过配重时监测各个支承反力和各个竖向位移，当MZ＝MY(或δ1＝δ3)时完成配重。 [0110] 同理计算转体结构的横桥向平衡配重。 [0111] 包括通过纵向和横向合成计算进行综合平衡配重。 [0113] S5：通过在转体结构11顶部设置配重物14对转体结构11进行平衡配重，监测各个支承反力和各个竖向位移，直至转体结构11的重力偏心距满足转体施工要求时完成平衡配重。 [0114] S6：配重完成后拆除位移传感器23和撑脚测力装置21的钢垫块，进行转体施工。 [0115] 本发明用于大吨位非对称转体结构施工时优势尤为明显，在转体施工前无需进行传统称重试验，平衡配重控制精度高，转体时可监测撑脚支承反力，保证桥梁转体施工安全、经济、高效。 [0116] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。 |
||||||
