大跨度钢桁架梁多点顶推后的分级同步落梁控制方法与流程

本发明涉及桥梁施工。更具体地说，本发明涉及一种大跨度钢桁架梁多点顶推后的分级同步落梁控制方法。

背景技术：

1、在大跨度钢桁架梁的施工中，多点顶推法因其无需大型水上或地面起重设备、对交通影响小等优点而被广泛应用。在顶推到位后，需要将钢桁架梁从临时顶推支点平稳下降至永久支座上，即“落梁”工序。

2、目前，传统的落梁控制方法通常采用多个千斤顶同步下降，或仅依靠操作人员经验对各支点进行逐级、分批的操作调整。然而，对于大跨度柔性钢桁架梁而言，这种传统方法存在着以下问题：

3、由于梁体在落梁过程中结构体系不断转换，其内力重分布复杂，加之各支点负载与位移的强耦合性，传统方法难以实时、精确地协同控制所有千斤顶的顶推力和下落行程，极易导致个别支点超载或脱空，进而引起梁体产生较大的附加应力和变形；

4、现有的控制方法普遍缺乏对支座滑移、梁体转角等复杂运行参数的有效监测与修正，以及应对温度变化等环境因素干扰的补偿机制，导致落梁过程的同步性和结构安全性难以得到保证。

5、因此，有必要提出一种能够实现多维度实时监测、分级精准调控并具备容错能力的落梁控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供了一种大跨度钢桁架梁多点顶推后的分级同步落梁控制方法，包括以下步骤：

2、各顶推支点处的千斤顶与钢桁架梁之间分别设置一个多自由度自适应的支撑座，所述支撑座包括球冠状支撑头、与所述支撑头匹配的弧形底座，并所述支撑头与所述弧形底座的接触面处设置自润滑耐磨层，同时设置间隙传感器；

3、在各顶推支点处安装位移传感器以及压力传感器，并在所述钢桁架梁的至少一个关键节点处安装应变传感器；

4、确定总落梁高度，并将落梁过程分为3级~5级，每级下落高度为所述总落梁高度的20%~35%；

5、在每级落梁开始前，将所述间隙传感器采集的滑移量

s以及转角量

θ，连同所述应变传感器采集的应变数据，输入至内置的实时顶推力预测模型；

6、利用所述应变数据计算未修正弯矩

m

0，再计算修正后的弯矩

m

1=

m

0－

k

1×

θ－

k

2×

s，其中

k

1为转角修正系数，

k

2为滑移修正系数，然后根据

m

1计算各千斤顶的理论顶推力

f

t，并据此预先调整各千斤顶的初始顶推力；

7、在当前级落梁过程中，控制各千斤顶同时执行一次下落行程，并通过所述压力传感器实时监测各千斤顶的顶推力，当任意第

i个所述千斤顶的顶推力

f

i与其所在同步控制组内所有千斤顶的平均顶推力

f

avg的差值δ

f满足公式|δ

f|＞

f

avg×

δ时，仅暂停该超限千斤顶所在的同步控制组的落梁操作，并调整超限千斤顶的顶推力直至所述差值恢复至所述范围之内，随后解除暂停，恢复与其他组的同步下落，其中，

f

avg为该同步控制组内所有千斤顶顶推力的算术平均值，

δ的取值范围为5%~15%；

8、重复上述步骤，直至所有千斤顶完成全部下落行程。

9、优选的是，所述实时顶推力预测模型通过以下方式计算所述未修正弯矩

m

0、理论顶推力

f

t：

10、所述模型利用所述应变传感器采集的至少跨中位置以及1/4跨度位置处的实时应变数据

ε

k，其中

k为应变传感器编号；

11、通过公式

m

0=

f(ε

1,

ε

2, …,

ε

k,

e,

i)计算所述钢桁架梁的未修正弯矩

m

0，其中，

e为梁体材料的弹性模量，

i为梁体截面惯性矩；

12、通过公式

f

t=

g(

m

1,

x,

l)计算位于位置坐标

x处的千斤顶的理论顶推力

f

t，其中，

l为所述钢桁架梁的总跨度。

13、优选的是，调整超限千斤顶的顶推力的步骤包括：

14、识别出所述顶推力超出允许范围的超限千斤顶，并锁定所述超限千斤顶当前所在的落梁高度；

15、向所述超限千斤顶发出反向微升指令，控制所述超限千斤顶向与落梁方向相反的方向执行一次微升动作，所述反向微升的行程δh的取值范围为0.5~1.0mm；

16、执行所述反向微升动作后，重新通过所述压力传感器采集所述超限千斤顶的顶推力，并与该超限千斤顶所属的同步控制组内其他千斤顶的顶推力进行比较，判断其顶推力差值是否已恢复至|δ

f|＞

f

avg×

δ所述范围之内。

17、优选的是，在每级落梁完成后，还包括数据复核步骤：

18、将各所述千斤顶的实测最终位移数值

d

a与基于所述修正弯矩

m

1计算的理论位移数值

d

t进行对比，若两者偏差满足|

d

a－

d

t|＞

d

th，其中

d

th的取值范围为1~5mm，则在下一级落梁开始前，通过所述千斤顶增加一次微调顶升步骤，使位移偏差缩小至1.5mm以内，再进行下一级落梁。

19、优选的是，在每级落梁开始前的步骤中，还包括温度修正步骤：

20、通过沿所述钢桁架梁长度方向布置的3~5个温度传感器，采集梁体温度变形数据；

21、根据所述温度变形数据通过公式

f

c=

f

t×(1+

α×δ

t)对所述理论顶推力

f

t进行修正，其中，δ

t为温度变化值，

α为温度修正系数，

α的取值范围为每℃温度变化对应顶推力调整幅度为所述理论顶推力的0.5~2%。

22、优选的是，还包括间隙传感器异常时的备用控制模式：

23、当检测到所述间隙传感器信号异常或丢失时，自动切换至备用控制模式，暂停该支点处的预测调整功能，并启用基于预设安全系数的保底顶推力控制，所述保底顶推力为该支点在前一级落梁过程中的平均顶推力乘以预定的安全系数。

24、优选的是，在所述钢桁架梁的梁端支座处，相邻两个所述顶推支点之间的间距

s

e，小于所述钢桁架梁跨中区域相邻两个所述顶推支点之间的间距

s

m。

25、优选的是，每级落梁过程中，位于所述梁端支座区域的所述千斤顶的一次下落行程的执行速度

v

e，小于位于所述跨中区域的所述千斤顶的所述一次下落行程的执行速度

v

m，且两者速度差(

v

m－

v

e)/

v

m的取值范围为0.15~0.25。

26、优选的是，在全部落梁操作完成后，执行最终标高协同复核与整体调整步骤：

27、测量所有顶推支点处的最终标高；

28、计算任意相邻两个支点间的标高偏差δ

h

f；

29、若任意δ

h

f超过允许范围

h

lim，其中

h

lim的取值范围为3~8mm，则对标高偏低的支点处的千斤顶执行一次微调顶升操作，每个支点的顶升量δ

h

l的取值范围为1~3mm。

30、优选的是，在全部落梁操作完成后，还包括基于应力的最终复核步骤：

31、采集所有所述应变传感器在该级落梁完成后的最终应变数据

ε

f；

32、根据所述最终应变数据

ε

f，按照计算所述未修正弯矩

m

0相同的方式，计算钢桁架梁在各关键节点处的实际残余弯矩

m

r；

33、将所述各关键节点处的实际残余弯矩

m

r与基于设计线型的理论残余弯矩

m

th进行比较，并通过|

m

r－

m

th|计算各节点的残余弯矩偏差δ

m；

34、当任意一个节点的残余弯矩偏差δ

m大于预设的容许弯矩偏差

m

all时，其中

m

all的取值范围为设计弯矩值的1%~3%，则基于钢桁架梁的结构刚度矩阵，通过同时调整多个千斤顶的顶升或下降位移，使所述残余弯矩偏差δ

m降低至所述容许弯矩偏差

m

all以下。

35、本发明至少包括以下有益效果：

36、第一、本发明通过设置多自由度自适应支撑座，并在各支点处安装位移、压力及应变传感器，实时监测梁体的滑移量、转角量及内力状态；同时，基于实时顶推力预测模型，在每级落梁前根据监测数据对理论顶推力进行修正，并在落梁过程中采用组分式同步纠偏策略（仅暂停超限千斤顶所在组），能够有效解决传统方法因各支点负载与位移强耦合而导致的局部超载或脱空问题，从而显著提升落梁过程的同步性和结构安全性。

37、第二、本发明通过引入间隙传感器监测的滑移量

s和转角量

θ对弯矩进行修正，并利用温度传感器采集的温度变形数据对理论顶推力进行补偿，能够有效消除支座非理想约束及温度变化等环境因素对落梁控制精度的干扰，使千斤顶的顶推力更贴近实际工况，实现了对梁体受力和变形的精准控制。

38、第三、本发明在落梁过程中，当检测到某个千斤顶顶推力超限时，仅暂停该超限千斤顶所在的同步控制组进行调整，其他组的千斤顶仍可继续下落，避免了因局部问题而导致的全局停机，从而大幅减少了施工中的反复启停次数，提高了落梁作业的施工效率，并降低了因频繁启停对梁体结构造成的疲劳损伤风险。

39、第四、本发明的控制方法不仅设置了间隙传感器异常时的备用控制模式（启用基于预设安全系数的保底顶推力控制），确保了系统在传感器失效时仍能安全运行；还在每级落梁后及全部落梁完成后，分别设置了位移偏差复核微调及最终标高、残余弯矩的复核调整步骤，使得整个落梁过程具备从局部到整体的多层级质量控制能力，确保了梁体最终落位的内力与线形精度均符合设计要求。

40、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。