用于钢桁架结构顶推施工中竖向不同步控制的智能检测与调控方法与流程

本发明涉及大跨度钢结构顶推施工，尤其是一种用于钢桁架结构顶推施工中竖向不同步控制的智能监测与调控方法。

背景技术：

1、在钢结构步履式顶推施工过程中，置换墩顶标高无法精确满足设计要求，导致各置换墩之间产生竖向不同步位移，引起支座反力重新分布、局部反力过大致使下弦杆件或焊缝承载力超限，威胁施工安全。

2、目前顶推施工中的监控方法存在以下技术问题：

3、1.监测手段单一，依赖人工测量，目前的施工监控主要依靠人工使用水准仪、全站仪等设备定期测量墩顶标高和位移，测量频次低、单次测量耗时长，难以实现全过程连续监测。同时，支座反力的获取依赖位移与反力的理论换算或间接推算，缺乏直接测量手段，数据可靠性不足。例如，cn119373031a公开了一种双幅分离式布置桥梁顶升施工监测系统，通过位移传感器和应力应变传感器采集数据，但其主要针对桥梁顶升而非顶推施工中橡胶垫压缩变形的实时监测，其主控制器通过所述显示模块实时显示各监测模块监测数据，对施工过程中的预警能力不足。

4、2.缺乏分级预警机制，现有的监控系统通常仅设置单一阈值，当监测数据超出阈值后发出警报，无法根据不同风险等级采取差异化的调控措施，对于反力接近限值但尚未超限的“预警状态”，现有系统缺乏早期提示，导致施工人员错过了最有利的调控时机。

5、3.调控能力弱，现有的钢桁架顶推施工过程中，监测与调控往往分离，例如，监测数据由测量人员采集后上报，调控指令由技术人员根据经验判断后下达，中间存在信息传递延迟和人为判断偏差。例如，cn120250486a公开了一种钢桁梁自适应智能顶推方法及监测系统，通过对纵向水平力进行监测来设定报警范围，但其主要解决多点同步顶推需要大量人工介入的问题，未涉及基于橡胶垫压缩变形分级预警及调控。

6、4.不同步工况识别不智能，现有方法无法根据监测数据自动识别当前所处的不同步工况类型（如“位移未达阈值但应力偏高”“位移达阈值且应力进入高区”“位移达阈值但应力仍在低区”等），导致调控响应缺乏针对性。

7、因此，亟需一种能够利用橡胶垫自身压缩变形特性进行实时监测、分级预警和闭环智能调控的方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种用于钢桁架结构顶推施工中竖向不同步控制的智能监测与调控方法，用于解决现有钢结构顶推施工中置换墩顶标高偏差引起的竖向不同步位移无法实时监测、人工测量精度低且时效性差、预警响应滞后、依赖人工经验判断导致调控不及时的问题。

2、为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种用于钢桁架结构顶推施工中竖向不同步控制的智能检测与调控方法，所述方法包括步骤：

3、步骤一、传感器布设与校准，在安装于钢桁架与置换墩之间的支座上设传感器，所述支座为由橡胶垫、钢垫板构成的弹性支承界面；在每一置换墩顶部的橡胶垫组件内部或置换墩侧面安装位移传感器；在橡胶垫与置换墩之间或橡胶垫与钢垫板之间安装压力传感器，采集初始状态下各传感器的基准值；

4、步骤二、有限元分析与参数设定，建立钢桁架结构顶推全过程的有限元模型，将顶推过程离散为若干施工步，每一施工步对应一个顶推行程位置，对每一行程位置进行静力分析，提取对应支座的理论反力值和理论竖向位移值，建立所述行程的理想状态数据；组合所有行程的理想状态数据，建立理想状态数据库；同时的，根据工程要求，设定各支座的位移预警阈值、反力预警阈值；

5、步骤三、施工过程实时监测与数据采集，在顶推施工过程中，以设定频率连续采集步骤一所述传感器的实时数据，包括位移传感器采集的实时压缩变形量、压力传感器采集的实时反力值，将所述实时数据传输至中央控制系统；

6、步骤四、偏差分析与工况识别，中央控制系统将当前实时数据与对应施工步的理论理想数据进行比对，计算偏差量；基于实测位移值及反力值，比对步骤二预设的位移预警阈值、反力预警阈值，判断当前支座所处的工况类型；

7、步骤五、分级预警与调控决策，根据步骤四判断的工况类型触发对应级别的预警信号，并生成对应的调控指令，所述指令包括调节对应置换墩顶升高度或顶推千斤顶出力；

8、步骤六、调控执行与反馈，所述调控指令通过自动控制系统或终端人工执行，调控后持续监测，验证调控效果，并反馈至中央控制系统。

9、进一步的，所述在每一置换墩顶部的橡胶垫组件内部或置换墩侧面安装位移传感器，具体如下：

10、所述位移传感器为激光位移传感器、拉线式位移传感器或超声波位移传感器中任一项，用于测试橡胶垫的压缩变形量，所述位移传感器设置于橡胶垫内部或安装在置换墩侧面。

11、进一步的，所述在橡胶垫与置换墩之间或橡胶垫与钢垫板之间安装压力传感器，具体如下：

12、所述压力传感器为薄膜式压力传感器或柱式压力传感器中的任一种，其安装于橡胶垫与置换墩之间或橡胶垫与钢垫板之间，用于测量支座承受的竖向压力；所述压力传感器的测量范围大于当前支座的最大反力值。

13、进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器安装于橡胶垫内部，用于测量橡胶垫实时温度，基于橡胶垫材料在基准温度下的弹性模量和当前温度下的弹性模量，确定温度修正系数，将实时压缩变形量乘以该温度修正系数，得到温度补偿后的压缩变形量。

14、进一步的，所述建立钢桁架结构顶推全过程的有限元模型，具体为：将顶推过程离散为若干施工步，每一施工步对应一个顶推行程位置，计算每一置换墩在对应施工步的理论反力值和理论竖向位移值，其中，为置换墩编号，为施工步编号；

15、基于上述计算结果，设定预警阈值，包括：

16、位移预警阈值，当橡胶垫的压缩变形量值达到位移预警阈值时触发预警，所述位移预警阈值取第一阶段允许最大压缩量δ1的80%；所述第一阶段具体为，橡胶垫的低刚度缓冲阶段，在该阶段内橡胶垫的压缩变形量范围为0~δ1，橡胶垫由橡胶层承载，提供20~40mpa的承载应力；

17、位移限值，当橡胶垫压缩变形量达到该位移限值时触发限位报警，所述位移限值取δ1的100%，橡胶垫进入第二阶段的触发点；所述第二阶段具体为，橡胶垫的高刚度限位阶段，在所述高刚度限位阶段内橡胶垫内部金属结构与橡胶共同承载，提供≥75mpa的承载应力；

18、反力预警阈值，当支座反力值达到反力预警阈值时触发预警，所述阈值取钢桁架下弦杆件或焊缝承载力限值的80%；

19、反力限值：当支座反力达到该限值时触发报警，所述反力限值取钢桁架下弦杆件或焊缝承载力限值的100%；

20、将上述阈值存储于中央控制系统的数据库中，作为施工过程中实时监测数据比对判断的基准。

21、进一步的，步骤四所述工况识别，具体为：

22、中央控制系统接收步骤三采集的实时数据，具体包括：在顶推施工的静置阶段和顶升、顶进、回落各阶段，以1~10hz的采样频率连续采集各传感器的实时数据，包括：

23、橡胶垫实时压缩变形量；支座实时反力值；施工步编号 和阶段状态；

24、中央控制系统对采集的实时数据与理论理想值进行比对：

25、位移偏差：

26、反力偏差：

27、当偏差超出设定范围时，触发工况识别步骤，具体为：

28、预先定义三种识别特征向量：

29、工况a，，a工况表示橡胶垫压缩变形尚在低区，反力接近限值，需及时介入调控；

30、工况b，，b工况表明橡胶垫已进入或超过第二阶段，不同步位移达控制临界值，需立即检查桁架线形或考虑暂停施工、调整参数；

31、工况c， 但，c工况表明橡胶垫压缩变形大但反力未同步增大，需检查橡胶垫（2）状态；

32、工况d，且，所有参数在阈值范围内，无需干预。

33、进一步的，根据步骤四所述工况识别结果，中央控制系统触发对应的预警信号，具体为：

34、一级提示，当识别为工况a，预警方式包括控制界面显示黄色提示信息，并向施工人员移动终端推送通知；

35、二级预警，当工况a持续超过预设时间，或监测偏差持续增大时触发，预警方式包括控制界面显示橙色闪烁提示，同时通过声光报警器进行提醒；

36、三级报警，当识别为工况b时触发，预警方式包括控制界面显示红色闪烁提示，持续进行声光报警，并自动停止顶推动作；

37、四级异常，当识别为工况c时触发，预警方式包括控制界面显示黄色闪烁提示，并明确提示检查。

38、进一步的，所述调控完成后，中央控制系统监测调控后数据，将调控后的实时数据与理想阈值进行比对，

39、若偏差已消除或降至安全范围内，则解除预警，恢复正常施工；

40、若偏差仍未消除，则重新进行工况识别，发出更高级别预警或提示进一步调控。

41、较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

42、1. 本发明通过建立钢桁架结构顶推全过程的有限元模型，将顶推过程离散为若干施工步，每一施工步对应一个顶推行程位置，提取对应支座的理论反力值和理论竖向位移值，建立所述行程的理想状态数据，又通过在每一置换墩顶部的橡胶垫组件内部、承压界面或非承压界面嵌入式布设位移传感器、压力传感器及温度传感器，以1~10hz采样频率连续采集橡胶垫实时压缩变形量、支座实时反力值及实时温度，解决了传统监测手段仅能获取结构整体位移、无法实时获取每个置换墩处橡胶垫局部压缩变形量和支座竖向反力的问题；

43、2. 本发明依据橡胶垫两阶段力学特性，即低刚度缓冲阶段与高刚度限位阶段，设定位移预警阈值与位移限值，同时结合下弦杆件或焊缝承载力设定反力预警阈值与反力限值，构建预警体系，解决了现有监控系统仅设置单一阈值、无法根据风险程度进行分级响应的问题，实现了风险等级的精细化管控与预警资源的合理配置；

44、3. 本发明通过预先定义橡胶垫实时压缩变形量与位移预警阈值、位移限值的关系，以及支座实时反力值与反力预警阈值、反力限值的关系为判别依据，确定不同的施工状态类型；解决了现有技术仅进行简单阈值超限判断、无法自动识别不同步工况内在机理与风险类型的问题；

45、4. 本发明提供的中央控制系统在完成实时监测、偏差分析、工况识别、分级预警后，自动生成包括调节对应置换墩顶升高度或顶推千斤顶出力在内的调控指令，通过自动控制系统或终端人工执行调控；调控后系统持续监测验证调控效果，若偏差消除则解除预警恢复正常施工，若偏差未消除则重新进行工况识别并发出更高级别预警或提示进一步调控，形成完整的闭环控制回路；解决了现有技术中监测与调控相互分离、调控决策过度依赖人工经验、响应滞后的问题，显著提升了施工安全性与调控效率。