一种强横风条件下桥梁转体抗倾覆调节装置

1.本发明涉及桥梁转体施工技术领域，更具体的是涉及一种强横风条件下桥梁转体抗倾覆调节装置技术领域。


背景技术：

2.转体桥即采用转体法施工的桥梁，具体是指将跨越江河或公路、铁路的桥梁部分，整跨一分为二，分别在两岸或道路两侧施工，在施工位点完成桥梁上部结构的建设，再使两岸或道路两侧上的梁体转动至桥梁工作位点，并在工作位点使两部分合拢成整体桥梁；桥梁转体技术可将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面作业，不仅可以保证工程施工安全，还可以减少对交通的影响，缩短封闭时间并降低施工成本；随着近年来交通建设工程的蓬勃发展，越来越多的新建桥梁工程与既有公路、铁路线路及江河出现交叉跨线的情况，鉴于转体法施工的安全性高且对交通影响小，目前绝大多数的新建跨线桥梁采用转体法施工。
3.目前常见的桥梁转体装置有申请号为cn202010850624.8，公开了一种便于桥梁水平转体施工的平衡装置，支撑座上降组件上传动连接有转动座，转动座上安装腔室的一侧内壁上固定连接有驱动电机，驱动电机的输出轴上固定连接的转轴一端固定套设有齿轮，安装腔室的底部内壁上转动连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，丝杠螺母的一侧固定连接有与齿轮相啮合的齿板，滚珠丝杠的顶端贯穿转动座顶部的圆形槽并固定连接有转盘，桥梁主体的底端延伸至转盘顶部的定位槽内并与定位槽相卡装，转盘的顶部安装有与桥梁主体和转盘形成三角形状的夹紧装置，使得桥梁主体在转体施工时，能够保持平衡，不会发生倾斜。优点:
①
本结构通过使两个固定柱和两个夹紧板与桥梁主体和转盘形成一个三角形状，可以增加稳定度，使得桥梁主体在转体施工时，能够保持平衡，不会发生倾斜；
②
通过转盘结构方便桥梁主体转动，且转动稳定，不会发生倾斜，提高了平衡性，便于转体施工；
③
该结构设置了限位杆，限位杆可以在圆形槽内转动，既可以减少转动的摩擦力，又可以使转盘和桥梁主体转动更加稳定；
④
通过推杆电机可以使桥梁主体进行升降，方便移动至合适位置，便于施工。缺点:
①
该结构有很大的局限性，仅仅适用于圆柱型桥墩转体的平衡；
②
对于大型桥梁结构桥墩与承台的相对宽度较小，无法在较小空间里安装该平衡装置；
③
结构与桥墩支撑点与球铰的距离较短，短距离下提供的有效不平衡力矩有限。
4.申请号为cn202011363417.6公开了一种跨铁路桥的转体系统，其特征在于：包括设置在地面上的球铰下支座、设置在球铰支座上的转体球铰、设置在转体球铰上的球铰上支座、设置在球铰上支座上的转体桥梁以及设置在转体桥梁下方的配重平衡装置；所述球铰上支座位于转体桥梁中心的一侧，所述转体桥梁包括长桥体以及短桥体，所述配重平衡装置设置在短桥体的下方，所述配重平衡装置用于使长桥体和短桥体保持平衡。本技术具有在短桥体下方设置的配重平衡装置可以使转体球铰两端的力矩平衡，使转体桥梁上的拉应力分布均匀，使转体桥梁均匀变形的效果。优点:
①
该结构适用于转体桥梁两侧不平衡时，可在短桥体的下方设置配重平衡装置，使转体球铰两端的力矩平衡，使转体桥梁上的拉
应力分布均匀，使转体桥梁均匀变形；
②
该结构的安装较为简单，可以有效的平衡桥梁的不平衡力矩；
③
该结构设有两根固定杆，其作用会将配重块的位置进行固定，在转体桥梁进行转体施工时，固定杆可以防止配重块因惯性早空中发生晃动，保证转体施工的顺利进行。缺点:
①
该结构需要在桥梁转动的承台平面上预留驱动机构的位置，部分桥梁位置不够，适用范围收到影响；
②
牵引机构需要在转体桥梁下部结构安装牵引点的固定杆，重物吊起对桥梁局部位置会造成较大集中力，对桥梁结构有一定的损伤。
5.申请号为cn202022260896.0公开了一种桥梁转体防倾覆装置，包括环形滑道以及环形滑道上设置的若干支撑组件，若干个支撑组件沿环形滑道均布，所述支撑组件包括撑脚和砂筒，所述撑脚包括撑脚桶和底板，所述砂筒包括安配在一起的外筒和内筒，所述环形滑道的圆心位于桥梁转体的球铰转轴上，所述撑脚桶内浇注混泥土，所述外筒内灌注砂粒，桥梁转体设置在球铰和支撑组件上。本技术对施工中的桥梁进行支撑，使桥梁在旋转过程中实现平稳和安全。优点:
①
该结构的设计在桥梁转体过程中有益于辅助转体球铰平台的承重以及完成桥梁的转体动作；
②
该结构中包括支撑组件包括撑脚和砂筒，可以在桥梁转体完成后放砂后方便取出，便于后期的球铰处混凝土的浇筑；
③
由于该结构承重及稳定效果好可以保证转体过程中的平稳安全。缺点:
①
该结构安装相对比较复杂，施工周期较长，施工过程对精度的控制相对较高，支撑面的高度不易精确的达到一致；
②
该结构的安装精度对于桥梁转体的影响很大，会增大转体过程中的摩擦力；
③
结构的造价相对较高。
6.申请号为cn202021557658.x公开了一种可控式防倾覆转体球铰，包括球铰支架、下球铰、限位销轴和上球铰。其中，下球铰固定于球铰支架上，上球铰同轴纵向叠置于下球铰上方，上球铰与下球铰呈球面转动装配，限位销轴固定于下球铰的中心位置，上球铰上设有供限位销轴插入的限位孔，限位销轴为钢管混凝土结构，上球铰呈圆环形凸球面结构，下球铰呈与上球铰适配的圆环形凹球面结构。相比于现有技术，本技术的上球铰和下球铰整体呈中空的圆环形设置，同等承载力情况下可以实现横断面更窄，更利于保证其底部混凝土浇筑的密实程度；可控式防倾覆转体球铰整体平面结构为环形，有利于转体作业完成后对中心部位的回填封固，确保后期桥梁安全使用。优点:
①
本技术的上球铰和下球铰整体呈中空的圆环形设置，同等承载力情况下可以实现横断面更窄，更利于保证其底部混凝土浇筑的密实程度；
②
可控式防倾覆转体球铰整体平面结构为环形，有利于转体作业完成后通过顶板上的预留灌浆孔向中心部位回填封固，确保后期桥梁安全使用；
③
通过设置密封圈，有效避免了外界杂物进入球面转动副，保证了球面转动副的运转灵活及稳定工作。缺点:
①
该结构对于较大的桥梁建设有一定的局限性，该结构的球铰的加工精度较高，在工厂完成设计与制作，对于大型桥梁的球铰运输是一个目前普遍的难题；
②
该构造安装精度相对于普通球铰高，对工程的质量控制更高，施工难度较大。
7.针对于目前现有专利:
①
目前大多数应用于桥梁转体技术的相关技术均在结构上提出了应对的策略，对桥梁转体抗倾覆有很深入的研究；
②
目前主流技术是对桥梁转体的球铰提出了一些新的技术，也有对桥梁转墩进行加固的技术，效果都不错，但在桥梁转体施工专门应对强横风的技术不够深入，目前一些建设与强横风条件下的跨越既有铁路的转体桥梁亟需解决这一技术；
③
对于改良转体球铰目前遇到的问题是运输很困难，单球铰直径8m以上的运输相当困难。
8.综上亟需创新技术:
①
目前我国桥梁建设技术日益提升，当遇到既有铁路建设往
往不能影响铁路的通行，往往采用桥梁转体技术，但由于西部等区域气象条件相对恶劣，如何让转体桥梁抵御强横风是迫切需要解决的问题；
②
桥梁建设的精度要求较高，转体施工的精度控制相对更高，需要一套在桥梁建设中能够实时进行精度控制的装置；
④
目前现有技术施工难度相对较大，安装以及施工运营都很困难；
⑤
桥梁建设行业亟需一套造价相对较低，安装便捷，可反复利用的装置。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于：为了解决转体桥梁在强横风条件下施工运营困难，转体球铰各角度的力矩容易不平衡的技术问题，本发明提供一种强横风条件下桥梁转体抗倾覆调节装置。
10.本发明采用的技术方案如下：一种强横风条件下桥梁转体抗倾覆调节装置，包括主水箱、副水箱、进水管、排水管，所述主水箱内设置有进水泵，副水箱内设有有排水泵，所述主水箱通过排水管与排水泵连通，副水箱通过进水管与进水泵连通，所述排水泵、进水泵分别与设置在主水箱的延时开关组电性连接，该延时开关组通过设置在主水箱上的风力机械触发机构启闭；所述风力机械触发机构包括风扇壳体、链条、齿轮、第二转轴、扇形齿轮、弹簧、三叶风扇、限制卡块，所述风扇壳体与主水箱的顶部连接，该风扇壳体内设置有三叶风扇，该三叶风扇的一根扇叶通过弹簧与风扇壳体连接，三叶风扇的另一根扇叶与限制卡块限位触接，该三叶风扇的风扇轴上设置有第一转轴，该第一转轴通过链条与齿轮连接，该齿轮通过第二转轴与扇形齿轮连接，该扇形齿轮的齿牙与延时开关组的双向锤锤柄触接；由于弹簧和限制卡块的设置，将三叶风扇扇叶的转动角度控制在120
°
，结构只能正面受风逆时针转动120
°
，转动后可顺时针转动回位，将120
°
的转动划分为6份，每一份20
°
的转动角度，同时将风力进行分级，6级、7级、8级、9级、10级、11级共分为6级；三叶风扇每转动20
°
对应一级风力；这样可以将精度提高，选用特制的弹簧，使其在6级风时开始被拉伸，将其拉伸对应转动的划分等级及对用相应的风级，使得风扇的转动分级精准的与风力分级相融合；该结构为机械式结构，相对而言传感器整体结构复杂，重量大，价格高的缺陷，在极端条件下传感器受环境因素影响较大，如雷电条件下会受干扰或损坏，该结构使用条件均为条件恶劣的区域，传感器损坏维修相当困难，无法及时维修导致结构无法及时调节；而机械结构较为简单，适用条件较为广泛，机械维护简单，造价较低，更适用于各种极端环境中。
11.本发明的工作原理：每个副水箱的进、出水都由独立的延时开关组来控制，而每个延时开关组的开启都对应与该方向的风力机械触发机构，风力机械触发机构通过外界的风力来触发延时开关组，由于扇叶上链接一根弹簧，当风力大于六级时，三叶风扇克服阻力开始转动，使得扇形齿轮逆时针转动，扇形齿轮的齿牙拨动双向锤击打进水泵延时开关触头，进水泵开启，主水箱的水通过进水管排入到副水箱，当风停止时，三叶风扇的扇叶受弹簧拉伸转动复原，扇形齿轮顺时针转动，扇形齿轮的齿牙拨动双向锤击打排水泵延时开关触头，排水泵开启，副水箱的水通过排水管排入到主水箱，这样，在桥梁受到强横风的影响时及时调节主、副水箱内的水量，通过主、副水箱水量的重量来抵抗由于强横风条件下在球铰处产生的不平衡力矩，保障桥梁的安全稳定。
12.所述副水箱设置有2个，副水箱对称设置在主水箱的两侧；在桥梁施工过程中，由于施工现场环境的影响，没有足够的空间来安装4个方向的副水箱，先安装2个副水箱对2个
方向进行调节，以应对现场强横风在球铰处产生的不平衡力矩。
13.所述副水箱设置有4个，副水箱设置在主水箱的每一侧；待桥梁施工进行到有足够空间安装4个副水箱时，对主水箱的四个方向均安装副水箱，以应对现场强横风在球铰处产生的不平衡力矩。
14.所述延时开关组包括进水泵延时开关触头、排水泵延时开关触头、双向锤和销轴，所述双向锤的锤柄上端通过销轴与主水箱连接，该双向锤的锤头分别与进水泵延时开关触头、排水泵延时开关触头对应；通过拨动双向锤来触发进水泵延时开关触头、排水泵延时开关触头，其工作原理为：在三叶风扇的带动下，扇形齿轮逆时针转动，风力增大一级该扇形齿轮转动20
°
，该扇形齿轮的齿牙会拨动双向锤击打一次进水泵延时开关触头，当进水泵延时开关触头按动一次会触动延时继电器一次，会启动进水泵向副水箱注水t时间，且继电器的时间可以累计，风力每升高一级会增加t时间；当风力降低，扇形齿轮顺时针转动，拨动双向锤击打一次排水泵延时开关触头触动延时继电器一次，会启动排水泵向主水箱注水t时间，且继电器的时间可以累计，风力每减低一级会增加t时间；排水泵与进水泵的工作是不同时进行的，在进水泵开关触发时排水泵会停止工作，反之在排水泵开关触发时进水泵会停止工作，因为该方向的排水泵延时继电器关闭开关设置在进水泵触发开关上，反之将进水泵延时继电器关闭开关设置在排水泵触发开关上，这样可以保证系统的快速智能；本发明可有效智能化的跟随风力对主、副水箱的水量进行调节，以应对桥梁受强风荷载在转动球铰处产生的不平衡力矩。
15.所述风扇壳体的背面设置有百叶窗；当三叶风扇正面受风时，背面的结构可以被风吹开，风可以从正面通过，当风从背面吹来时，结构无法打开，风无法从背面通过风扇壳体，因而可以减少风从后面通过的可能性，使得该装置可以更精确的应用于结构的不平衡荷载的调节。为了防止在强横风下与风垂直方向的三叶风扇发生转动，本发明将风扇壳体加长，如图3所示，三叶风扇位于最内侧，这样的结构可以有效的防止来自横向的风对三叶风扇的影响，从而提供该结构的精准度；可以有效的将风速进行识别并迅速的反映，做到高精度，高时效性对结构进行调节，从而很有效的将强横风在转动球铰处产生的不平衡力矩抵消，能够将结构做到自动化调节。
16.所述主水箱的顶部设置有注水口，用于给主水箱注水。
17.所述主水箱的顶部中心处设置有第二吊耳，方便吊车搬动。
18.所述副水箱的顶部中心处设置有第一吊耳，方便吊车搬动。
19.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
20.本发明可以通过对主水箱和副水箱水量的调节使得桥墩受力平衡，以使转体球铰各角度的力矩平衡，使转体桥梁上的拉应力分布均匀，使转体桥梁均匀变形；
21.本发明在桥梁受到强横风的影响时及时调节主、副水箱内的水量，通过主、副水箱水量的重量来抵抗由于强横风条件下在球铰处产生的不平衡力矩，保障桥梁的安全稳定；
22.本发明能够迅速反应，及时对桥梁进行调节，可以应对突发的不良天气状况；
23.本发明结构简单，安装便捷，整体造价较低，可以反复应用于桥梁转体施工；
24.本发明对桥梁的整体影响较小，不会对桥梁造成结构上的损伤，保障了桥梁转体在复杂条件下的正常施工；
25.本发明不会对桥梁转体中球铰装置造成不利影响。
附图说明
26.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
27.图1为本发明的主视结构示意图；
28.图2为本发明的俯视结构示意图；
29.图3为本发明的风力机械触发机构结构示意图；
30.图4为本发明的风扇处局部结构示意图；
31.图5为本发明的延时开关处局部结构示意图；
32.图6为本发明使用状态结构示意图；
33.图中标记：1-主水箱，2-进水泵，3-进水管，4-排水泵，5-排水管，6-副水箱，7-延时开关组，8-风力机械触发机构，9-注水口，10-万向水平泡，11-第一吊耳，12-第二吊耳，80-风扇壳体，81-三叶风扇，82-第一转轴，83-百叶窗，84-链条，85-齿轮，86-第二转轴，87-扇形齿轮，871-齿牙，88-弹簧，89-限制卡块，71-进水泵延时开关触头，72-销轴，73-双向锤，74-排水泵延时开关触头。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例1
37.如图1-6的所示，本实施例提供一种强横风条件下桥梁转体抗倾覆调节装置，包括主水箱1、副水箱6、进水管3、排水管5，所述主水箱1内设置有进水泵2，副水箱6内设有有排水泵4，所述主水箱1通过排水管5与排水泵4连通，副水箱6通过进水管3与进水泵2连通，所述排水泵4、进水泵2分别与设置在主水箱1的延时开关组7电性连接，该延时开关组7通过设置在主水箱1上的风力机械触发机构8启闭；所述风力机械触发机构8包括风扇壳体80、链条84、齿轮85、第二转轴86、扇形齿轮87、弹簧88、限制卡块89，所述风扇壳体80与主水箱1的顶部连接，该风扇壳体80内设置有三叶风扇81，该三叶风扇81的一根扇叶通过弹簧88与风扇壳体80连接，三叶风扇81的另一根扇叶与限制卡块89限位触接，该三叶风扇81的风扇轴上设置有第一转轴82，该第一转轴82通过链条84与齿轮85连接，该齿轮85通过第二转轴86与扇形齿轮87连接，该扇形齿轮87的齿牙871与延时开关组7的双向锤73锤柄触接；由于弹簧88和限制卡块89的设置，将三叶风扇81扇叶的转动角度控制在120
°
，结构只能正面受风逆时针转动120
°
，转动后可顺时针转动回位，将120
°
的转动划分为6份，每一份20
°
的转动角度，同时将风力进行分级，6级、7级、8级、9级、10级、11级共分为6级；风扇每转动20
°
对应一级风力；这样可以将精度提高，选用特制的弹簧88，使其在6级风时开始被拉伸，将其拉伸对应转动的划分等级及对用相应的风级，使得风扇的转动分级精准的与风力分级相融合；该
结构为机械式结构，相对而言传感器整体结构复杂，重量大，价格高的缺陷，在极端条件下传感器受环境因素影响较大，如雷电条件下会受干扰或损坏，该结构使用条件均为条件恶劣的区域，传感器损坏维修相当困难，无法及时维修导致结构无法及时调节；而机械结构较为简单，适用条件较为广泛，机械维护简单，造价较低，更适用于各种极端环境中。
38.本发明的工作原理：每个副水箱6的进、出水都由独立的延时开关组7来控制，而每个延时开关组7的开启都对应与该方向的风力机械触发机构8，风力机械触发机构8通过外界的风力来触发延时开关组7，由于扇叶上链接一根弹簧88，当风力达到六级时，三叶风扇81克服阻力开始转动，使得扇形齿轮87逆时针转动，扇形齿轮87的齿牙871拨动双向锤73击打进水泵延时开关触头71，进水泵2开启，主水箱1的水通过进水管3排入到副水箱6，当风停止时，三叶风扇81的扇叶受弹簧88拉伸转动复原，扇形齿轮87顺时针转动，扇形齿轮87的齿牙871拨动双向锤73击打排水泵延时开关触头74，排水泵4开启，副水箱6的水通过排水管5排入到主水箱1，这样，在桥梁受到强横风的影响时及时调节主、副水箱6内的水量，通过主、副水箱6水量的重量来抵抗由于强横风条件下在球铰处产生的不平衡力矩，保障桥梁的安全稳定。
39.实施例2
40.在实施例1的基础上，所述副水箱6设置有2个，副水箱6对称设置在主水箱1的两侧；在桥梁施工过程中，由于施工现场环境的影响，没有足够的空间来安装4个方向的副水箱6，先安装2个副水箱6对2个方向进行调节，以应对现场强横风在球铰处产生的不平衡力矩。
41.实施例3
42.在实施例1的基础上，所述副水箱6设置有4个，副水箱6设置在主水箱1的每一侧；待桥梁施工进行到有足够空间安装4个副水箱6时，对主水箱1的四个方向均安装副水箱6，以应对现场强横风在球铰处产生的不平衡力矩。
43.实施例4
44.在实施例1的基础上，所述延时开关组7包括进水泵延时开关触头71、排水泵延时开关触头74、双向锤73和销轴72，所述双向锤73的锤柄上端通过销轴72与主水箱1连接，该双向锤73的锤头分别与进水泵延时开关触头71、排水泵延时开关触头74对应；通过拨动双向锤73来触发进水泵延时开关触头71、排水泵延时开关触头74，其工作原理为：在三叶风扇81的带动下，扇形齿轮87逆时针转动，风力增大一级该扇形齿轮87转动20
°
，该扇形齿轮87的齿牙871会拨动双向锤73击打一次进水泵延时开关触头71，当进水泵延时开关触头71按动一次会触动延时继电器一次，会启动进水泵2从主水箱1向副水箱6注水t时间，且继电器的时间可以累计，风力每升高一级会增加t时间；当风力降低，扇形齿轮87顺时针转动，扇形齿轮87的齿牙871会拨动双向锤73击打一次排水泵延时开关触头74触动延时继电器一次，会启动排水泵4从副水箱6向主水箱1注水t时间，且继电器的时间可以累计，风力每减低一级会增加t时间；可有效智能化的跟随风力对主、副水箱6的水量进行调节，以应对桥梁受强风荷载在转动球铰处产生的不平衡力矩。
45.实施例5
46.在实施例1的基础上，所述风扇壳体80的背面设置有百叶窗83；当风扇正面受风时，背面的结构可以被风吹开，风可以从正面通过，当风从背面吹来时，结构无法打开，风无
法从背面通过风扇壳体80，因而可以减少风从后面通过的可能性，使得该装置可以更精确的应用于结构的不平衡荷载的调节。为了防止在强横风下与风垂直方向的三叶风扇81发生转动，本发明将风扇壳体80加长，如图3所示，三叶风扇81位于最内侧，这样的结构可以有效的防止来自横向的风对三叶风扇81的影响，从而提供该结构的精准度；可以有效的将风速进行识别并迅速的反映，做到高精度，高时效性对结构进行调节，从而很有效的将强横风在转动球铰处产生的不平衡力矩抵消，能够将结构做到自动化调节。
47.实施例6
48.在实施例1的基础上，所述主水箱1的顶部设置有注水口9，用于给主水箱1注水。
49.实施例7
50.在实施例1的基础上，所述主水箱1的顶部中心处设置有第二吊耳12，方便吊车搬动。
51.实施例8
52.在实施例1的基础上，所述副水箱6的顶部中心处设置有第一吊耳11，方便吊车搬动。