某大橋掛籃施工監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)研究

蘇巧江　萬(wàn)華

摘要：掛籃施工作為當(dāng)前我國(guó)橋梁建設(shè)中最常見(jiàn)的施工工藝，經(jīng)常發(fā)生人身、質(zhì)量安全事故。本文以某斜拉橋?yàn)檠芯繉?duì)象，從掛籃施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成、監(jiān)控器布置、監(jiān)控軟件及數(shù)據(jù)分析等多個(gè)角度出發(fā)，分析了大橋掛籃施工監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的布設(shè)及分析過(guò)程。分析結(jié)果表明：該系統(tǒng)可以對(duì)掛籃的風(fēng)速、傾斜度、應(yīng)力、拉伸量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)數(shù)據(jù)超出安全值時(shí)可發(fā)出安全預(yù)警。該系統(tǒng)有效防止了掛籃安全事故的發(fā)生，保證了人身安全，提升了工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：菱形掛籃;監(jiān)測(cè);懸臂施工;傳感器

中圖分類號(hào)：U415.12;U445.1??????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2020-04-12

作者簡(jiǎn)介：蘇巧江（1978-），男，高級(jí)工程師，研究方向：公路橋梁施工技術(shù)、項(xiàng)目管理;萬(wàn)華（1978-），男，高級(jí)工程師，研究方向：公路橋梁施工技術(shù)、項(xiàng)目管理。

掛籃由于其拆裝簡(jiǎn)便、剛度大、自重輕、可以承受現(xiàn)澆混凝土梁大荷載的優(yōu)點(diǎn)，而成為鋼構(gòu)橋懸臂、大跨預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁橋施工的主要荷載承重設(shè)備。但在實(shí)際橋梁掛籃施工中，經(jīng)常出現(xiàn)掛籃滑移、坍塌的安全事故，這主要是由于掛籃施工中混凝土非對(duì)稱澆筑、吊桿斷裂、錨固段不牢固、主梁內(nèi)部應(yīng)力多變?cè)斐傻?，這也對(duì)我國(guó)交通基建帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1-4]。近年來(lái)我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步向中西部地區(qū)傾斜，而這些區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，溝壑眾多，大跨徑橋梁的比例逐步增多，因此掛籃施工的安全性風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越高。本文針對(duì)當(dāng)前橋梁建設(shè)中存在的這些安全問(wèn)題，研究了掛籃施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在施工中的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)定的安全值時(shí)，可及時(shí)提醒工程技術(shù)人員撤離施工現(xiàn)場(chǎng)，有效地減少了財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

1工程概況

本文以某過(guò)江斜拉橋工程項(xiàng)目為依托，在工程實(shí)踐中檢驗(yàn)完善掛籃施工監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。該橋梁工程是一座行人與汽車相互分開(kāi)的雙層結(jié)構(gòu)的組合型大型橋梁。設(shè)計(jì)主要指標(biāo)為：橋梁總長(zhǎng)3.6km;橋?qū)?7m;雙向8車道;橋跨為79m+5×150m+79m;抗震烈度：7度，采用菱形掛籃懸臂施工[5]。

2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）掛籃懸臂施工存在技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜、安全性低、數(shù)據(jù)采集難度大的特點(diǎn)，因此本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器布設(shè)在了掛籃結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，以便及時(shí)掌握掛籃結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化數(shù)據(jù)。同時(shí)可將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸系統(tǒng)返回到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理中心。通過(guò)相關(guān)軟件計(jì)算，及時(shí)掌握掛籃的安全程度。具體設(shè)計(jì)流程見(jiàn)下圖1所示。

（2）掛籃監(jiān)控系統(tǒng)主要采集如下數(shù)據(jù)：①掛籃施工時(shí)的風(fēng)速、溫度;②掛籃主桁系統(tǒng)在水泥混凝土灌注時(shí)的荷載變化情況;③掛籃安裝架在外邊因素影響下的變形量數(shù)據(jù);④吊桿調(diào)整的長(zhǎng)度參數(shù)。

（3）掛籃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、吊掛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、主桁架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三部分組成[6]。這三個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別監(jiān)測(cè)安裝架形變量、量吊掛系統(tǒng)拉伸量、主桁系統(tǒng)應(yīng)力三個(gè)數(shù)據(jù)。掛籃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置見(jiàn)下圖2：

2.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

（1）監(jiān)測(cè)中心軟件平臺(tái)、監(jiān)測(cè)終端主機(jī)、外部傳感器是構(gòu)成掛籃監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的主要組成部分，見(jiàn)下圖3。其中傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，主要包括了拉力傳感器、電子水平尺、微小位移傳感器等多種敏感電子器件[7]。傳感器的校準(zhǔn)標(biāo)定由監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)進(jìn)行調(diào)整。

（2）本文分析用依托工程項(xiàng)目所采用的監(jiān)控系統(tǒng)功能多樣化，可滿足施工環(huán)節(jié)各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集需求。主要功能包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)記錄、衛(wèi)星定位、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊萚8]。在掛藍(lán)施工時(shí)可使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，精確記錄掛籃各結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及應(yīng)變參數(shù)，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)反饋至監(jiān)測(cè)中心，當(dāng)各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)超過(guò)安全預(yù)警值時(shí)，可立即向現(xiàn)場(chǎng)施工及管理人員發(fā)出預(yù)警[9]。

2.3傳感器布置

（1）在掛籃工字鋼凹形面內(nèi)部布設(shè)菱形應(yīng)力傳感器，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行焊接，以避免外界壓力對(duì)傳感器產(chǎn)生損壞;

（2）溫度計(jì)、風(fēng)速儀及其他設(shè)備依次布設(shè)在掛籃橫梁上，這些儀器的主要作用是采集掛籃結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)，以判斷是否對(duì)掛籃安全施工有影響;

（3）掛籃懸臂布設(shè)位移傳感器和應(yīng)變計(jì)的主要作用是采集應(yīng)力應(yīng)變的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷其是否對(duì)掛籃安全施工有影響[10];

（4）將LVDT傳感器布設(shè)在吊掛系統(tǒng)外側(cè)，以監(jiān)測(cè)拉伸量的數(shù)據(jù)變化情況。同時(shí)在槽鋼內(nèi)部安裝MEMS水平儀，并用槽鋼固定螺絲調(diào)節(jié)其基礎(chǔ)位置，以監(jiān)測(cè)水平位移的數(shù)據(jù)變化情況;

（5）將振弦式表面應(yīng)變計(jì)布設(shè)在結(jié)構(gòu)物的外表面，以監(jiān)測(cè)掛籃主桁系統(tǒng)的應(yīng)力數(shù)據(jù)變化情況，相關(guān)設(shè)備見(jiàn)圖4所示：

2.4掛籃實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件

（1）技術(shù)員利用監(jiān)控系統(tǒng)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)需進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果用圖表形式反饋回項(xiàng)目部。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的應(yīng)力應(yīng)變或溫度等數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)的安全值時(shí)，可對(duì)相關(guān)技術(shù)人員發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警[11]。其中監(jiān)測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

（2）模塊化設(shè)計(jì)具有兼容性好、適用范圍廣、擴(kuò)展性良好、終端接口多的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。因此本項(xiàng)目采用模塊化設(shè)計(jì)組裝掛籃監(jiān)控系統(tǒng)。

3監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

（1）對(duì)橋梁19#墩布設(shè)檢測(cè)設(shè)備，采集不同工況下，結(jié)構(gòu)溫度、風(fēng)速、結(jié)構(gòu)應(yīng)變量等指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析可知，掛籃主桁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變和鋼索的應(yīng)力應(yīng)變?cè)诓煌┕るA段表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。同時(shí)不同施工階段下的相同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也表現(xiàn)出不同變化規(guī)律。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示。

（3）主桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力隨著施工階段的不同而變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)力表現(xiàn)為先增加后減小的變化規(guī)律，且應(yīng)力值都處于安全范圍[12]。

（4）掛籃鋼索拉伸值，其頂板拉伸量小于底板拉伸量，掛籃鋼索最大拉伸量為3.325cm，最小拉伸量為0.0072cm。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的深入研究可知，施工環(huán)境中最高溫度為35.01℃，最低溫度為21.61℃，溫度和風(fēng)速對(duì)掛籃的應(yīng)力、拉伸量的影響很小。

4 結(jié)論

掛籃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)，很多技術(shù)人員還未完全掌握。本文從掛籃施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成、監(jiān)控器布置、監(jiān)控軟件及數(shù)據(jù)分析等多個(gè)角度出發(fā)，以某高速工程橋梁建設(shè)為例，分析了大橋掛籃施工監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的布設(shè)及分析過(guò)程。

（1）掛籃結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)诓煌┕るA段表現(xiàn)出不同的變化特點(diǎn)。其中掛籃鋼索拉伸量≤3.325cm，主桁結(jié)構(gòu)底板應(yīng)力≤147.65Mpa。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)這兩處位置的應(yīng)力和拉伸量值。

（2）該系統(tǒng)可以對(duì)掛籃的風(fēng)速、傾斜度、應(yīng)力、拉伸量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)數(shù)據(jù)超出安全值時(shí)可發(fā)出安全預(yù)警。該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度高，可有效防止掛籃安全事故的發(fā)生。

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Abstract：?As the most common construction technology of bridge construction in?our country， hanging basket construction often occurs personal and quality safety accidents. Taking a cable-stayed bridge in Jiangxi Province as the research object， this paper analyzes the layout and analysis process of the construction monitoring and control system of the hanging basket of the bridge from the aspects of monitoring content， monitoring system composition， monitor layout， monitoring software and data analysis. The results show that the system can monitor the data of wind speed， inclination， stress， stretching amount and monitoring point temperature of the cradle in real time， and send out safety warning when the data exceeds the safety value. The system effectively prevents the safety accident of hanging basket， ensures the personal safety and improves the engineering quality.

Key words：?Diamond hanging basket; Monitoring; Cantilever construction;Sensor