一种桥梁拆除用的模块式支撑体系及监测系统的制作方法

本发明涉及桥梁拆除领域，尤其涉及一种桥梁拆除用的模块式支撑体系及监测系统。

背景技术：

1、在交通基础设施升级改造进程中，大量老旧桥梁面临拆除作业，此类作业需应对梁体分段切割时的荷载动态转移、结构应力重分布及复杂工况下的安全控制等问题。桥梁结构因跨径、梁体截面形式、服役年限及材料性能存在显著差异，拆除过程中支撑体系需适配不同阶段的结构特性，同时需实时监测结构健康状态以规避坍塌风险。传统支撑方式多依赖经验设计，监测手段缺乏与支撑体系的动态联动，难以满足复杂桥梁拆除作业对安全性和精准性的要求，因此亟需构建集成立杆承载力计算与结构健康评价的模块化支撑及监测系统。

2、现有技术中，立杆承载力计算未充分融合桥梁具体参数，仅采用通用力学模型进行计算，未考虑梁体截面尺寸、混凝土强度、钢筋配置及服役损耗等桥梁自身特性对支撑受力的影响，导致计算结果与实际受力状态存在偏差，无法精准指导支撑体系设计。同时，结构健康指数评价与支撑体系调整存在脱节，健康评价仅依赖单一监测数据，未与立杆受力数据建立动态关联，使得评价结果无法及时反馈至支撑参数调整过程，难以实现支撑体系与桥梁拆除阶段结构特性的实时适配，影响拆除作业的安全性与效率。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种桥梁拆除用的模块式支撑体系及监测系统。

2、本发明所采用的技术方案是，一种桥梁拆除用的模块式支撑体系，包括以下步骤：

3、s1.采集桥梁拆除作业区域内待支撑部位的结构几何参数，并将结构几何参数导入预设的参数存储单元进行分类标记；

4、s2.依据s1所采集的参数，构建模块式支撑体系中立杆的空间排布方案，该方案需结合桥梁拆除过程中梁体分段切割的顺序，确定立杆纵向间距、横向排距及立杆顶端与梁体底面的接触点坐标，同时明确相邻立杆之间横向连接杆件的布设角度及节点连接方式；

5、s3.基于s2确定的立杆排布参数，调用立杆承载力计算模型，输入立杆材质的弹性模量、截面惯性矩、抗压强度设计值、立杆高度、基础底面反力系数、风荷载作用方向及大小、温度变化幅度，通过模型运算获取立杆在竖向荷载、水平荷载及组合荷载作用下的轴力、弯矩及剪力分布数据；

6、s4.同步启动结构健康指数评价模型，将s1采集的桥梁原结构参数与s3计算得到的立杆受力数据进行关联，通过模型内置的分析模块，生成桥梁拆除过程中支撑体系与梁体接触界面的应力传递系数、结构变形速率及损伤演化趋势的动态监测数据序列；

7、s5.根据s4输出的动态监测数据序列，调整模块式支撑体系的实时控制参数，该调整过程涉及立杆顶端微调装置的位移量、横向稳定支撑的预紧力、液压千斤顶的工作压力及支撑体系整体的刚度匹配系数，使支撑体系的受力状态与桥梁梁体在拆除阶段的结构特性保持动态适配；

8、s6.重复执行s3至s5的操作，直至桥梁拆除作业中当前分段梁体完全脱离原结构并被转移至指定区域，随后对下一分段梁体的支撑体系及监测参数进行重新设定。

9、进一步地，s3中所述立杆承载力计算模型包含立杆在偏心受压状态下的稳定承载力计算式，该计算式为：其中，nu表示立杆稳定承载力，φ表示立杆稳定系数，fc表示立杆混凝土轴心抗压强度设计值，as表示立杆截面面积，e0表示立杆轴向力对截面重心的偏心距，r表示截面回转半径，λ表示立杆长细比；同时，结合s1中的桥梁参数，该模型还引入梁体切割时的冲击荷载影响系数ki，ki与桥梁混凝土设计强度等级fcu，k和切割速度vc的关系为并将ki乘以立杆轴力计算结果以修正冲击荷载作用下的立杆受力状态。

10、进一步地，s4中所述结构健康指数评价模型包含结构健康指数hi的计算式，该计算式为：其中，α1、α2、α3分别表示应力、变形及损伤的权重系数，且α1+α2+α3＝1，σmax表示支撑体系与梁体接触界面的最大应力值，σlim表示该界面材料的极限应力值，δl表示梁体在支撑状态下的累计变形量，l0表示梁体原始计算长度，nd表示监测到的结构损伤点数，nt表示监测点总数；该模型还关联s1中的桥梁服役年限t，通过hi随t的变化率反映桥梁原结构在拆除过程中的健康状态衰减特性。

11、进一步地，s5中的调整过程还包括基于立杆承载力计算模型与结构健康指数评价模型的耦合分析，当结构健康指数hi低于预设阈值时，触发立杆支撑刚度增强机制，该机制通过改变立杆顶端可调支座的弹性模量ea实现，ea的调整公式为ea＝ea0·(1+β·(hi0―hi))，其中，ea0表示支座初始弹性模量，β表示刚度调整系数，hi0表示预设健康指数阈值；同时，结合桥梁梁体截面高度h和立杆间距s，确定支座弹性模量调整的有效范围为且满足h/s>1.2时扩大调整范围，反之缩小调整范围。

12、进一步地，s3中的立杆承载力计算模型还包含考虑立杆基础不均匀沉降的修正公式，该修正公式为：n′u＝nu(1―γ·δs)，其中，n′u表示修正后的立杆稳定承载力，γ表示沉降影响系数，δs表示立杆基础相对于相邻立杆的沉降差；γ的取值与桥梁基础类型相关，当桥梁为桩基础时，γ＝0.025，当桥梁为扩大基础时，γ＝0.04，且δs的计算需结合s1中的桥梁跨径长度l，按计算，其中θ表示基础倾斜角度。

13、进一步地，s4中的结构健康指数评价模型还包含动态更新机制，该机制通过引入桥梁拆除过程中的振动频率变化量δf，对健康指数进行实时修正，修正公式为其中，hi′表示修正后的健康指数，δ表示频率影响系数，f0表示桥梁原结构的固有振动频率；δ的取值与桥梁梁体截面惯性矩i相关，具体为且δf通过安装在立杆顶端的振动传感器采集得到，采集频率与s3中立杆受力计算的时间步长保持一致。

14、进一步地，s3包括以下分步骤：

15、s31.从参数存储单元中提取立杆材质的物理力学参数，该参数包含立杆所用钢材的屈服强度、泊松比、截面面积矩及极限延伸率，同时调取s2中确定的立杆空间排布坐标数据，将上述参数转换为立杆承载力计算模型可识别的数值格式，并按照立杆的编号顺序进行依次匹配；

16、s32.设定荷载作用工况，该工况包括桥梁梁体自重产生的均布荷载、切割作业产生的集中荷载、风荷载引起的水平推力及温度变化产生的温度应力，根据不同荷载类型的作用位置，将其分解为作用于立杆顶端的竖向分力和水平分力；

17、s33.将s31转换后的参数与s32分解的荷载数据输入立杆承载力计算模型，启动模型的迭代运算过程，在运算中逐步更新立杆在不同高度处的受力状态，直至模型输出的轴力、弯矩及剪力数据收敛于预设的误差范围之内；

18、s34.对模型输出的立杆受力数据进行维度扩展，将一维的力值数据转换为三维空间中的应力云图，该云图能够直观显示立杆在长度方向上的应力集中区域，并标注出应力值超过材料设计强度的部位及其对应的坐标信息。

19、进一步地，s4包括以下分步骤：

20、s41.激活结构健康指数评价模型的数据源接口，该接口与s1中的参数存储单元和s3的计算结果输出单元建立双向数据传输通道，通过接口协议将桥梁原结构参数与立杆受力数据进行时间戳同步，确保输入模型的数据在时间维度上保持一致性；

21、s42.模型内部的分析模块对同步后的数据集进行分层处理，第一层处理桥梁混凝土强度与钢筋锈蚀程度的关联关系，第二层处理立杆轴力与梁体变形的映射关系，第三层处理荷载变化速率与结构损伤程度的对应关系，每层处理均生成独立的中间数据矩阵；

22、s43.调用模型内置的权重分配算法，根据桥梁拆除的不同阶段，对s42生成的各层中间数据矩阵赋予相应的权重值，其中，切割初期阶段加大梁体自重参数的权重，切割中期阶段加大立杆受力数据的权重，切割后期阶段加大变形速率数据的权重；

23、s44.整合各层加权处理后的中间数据，通过模型的运算核心生成结构健康指数的实时数值及变化曲线，该曲线的横坐标为拆除作业时间，纵坐标为健康指数值，曲线上的特征点对应支撑体系与梁体相互作用的标定状态。

24、进一步地，s5包括以下分步骤：

25、s51.接收s4输出的动态监测数据序列，对序列中的异常数据点进行识别，识别依据为该数据点与相邻数据点的偏差值超过设定的阈值范围，对于识别出的异常数据点，采用线性插值的方法进行补充，以保证数据序列的连续性和完整性；

26、s52.基于补充完整的数据序列，确定模块式支撑体系中各可调部件的调整优先级，优先级排序标准为：立杆顶端位移调整优先于横向支撑预紧力调整，液压千斤顶压力调整优先于刚度匹配系数调整，且调整优先级随桥梁梁体切割截面的位置变化而动态更新；

27、s53.按照s52确定的优先级，向对应的执行机构发送调整指令，该指令包含具体的调整量值、调整方向及调整速度，其中，调整量值根据立杆受力数据与健康指数的偏差计算得出，调整方向依据结构变形的趋势确定，调整速度与数据序列的变化率保持适配；

28、s54.在执行机构完成调整操作后，采集支撑体系的实时状态参数，将该参数与调整指令中的目标参数进行比对，计算两者的偏差百分比，并将偏差百分比反馈至参数存储单元，作为下一次调整的参考依据。

29、一种桥梁拆除用的模块式监测系统，包括以下单元：

30、参数采集与分类标记单元，该单元与桥梁结构检测设备通过有线数据传输链路相连接，用于接收并处理桥梁各项参数；

31、立杆空间排布参数生成单元，该单元的输入端与参数采集与分类标记单元的输出端通过数据总线相连接，输出端与支撑体系控制单元相连接；

32、立杆承载力计算模型运算单元，该单元通过无线通信模块与立杆空间排布参数生成单元进行数据交互，其内部集成有受力分析子模块；

33、结构健康指数评价模型运算单元，该单元分别与参数采集与分类标记单元和立杆承载力计算模型运算单元通过光纤传输线路相连接，具备数据同步处理功能；

34、支撑体系实时参数调整单元，该单元的控制信号输入端与结构健康指数评价模型运算单元的信号输出端相连接，执行部件与模块式支撑体系的机械结构相连接；

35、数据存储与迭代优化单元，该单元通过双向数据接口分别与立杆承载力计算模型运算单元、结构健康指数评价模型运算单元及支撑体系实时参数调整单元相连接，用于存储历史数据并为各单元提供迭代依据。

36、有益效果：本发明提出一种桥梁拆除用的模块式支撑体系及监测系统，通过将桥梁跨径、梁体截面尺寸、混凝土强度、钢筋配置、服役年限等具体参数全面融入立杆承载力计算模型，克服了现有技术中立杆承载力计算仅采用通用力学模型、未考虑桥梁自身特性导致的偏差问题，使立杆在竖向荷载、水平荷载及组合荷载作用下的轴力、弯矩等受力数据更贴合桥梁拆除阶段的实际受力状态，为支撑体系设计提供精准依据。同时，通过结构健康指数评价模型与立杆受力数据的动态关联，将桥梁原结构参数、立杆受力数据及实时监测数据进行分层处理与权重分配，实现健康指数与支撑体系调整的实时联动，克服了现有技术中健康评价与支撑调整脱节的缺陷，确保支撑体系中立杆顶端位移、横向支撑预紧力、液压千斤顶压力等参数的调整能及时适配桥梁梁体在拆除过程中的结构特性变化。此外，模块式支撑体系的动态调整机制与多单元协同工作，实现了从参数采集、受力计算、健康评价到支撑调整的全流程适配，提升了桥梁拆除作业的安全性与精准性，有效规避了结构坍塌风险，提高了拆除作业效率。