一种预应力混凝土连续梁不平衡力矩监控预警方法及系统与流程

1.本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及桥梁连续梁挂篮悬浇施工中，对连续梁两端不平衡荷载进行监控、预警的方法及系统。


背景技术：

2.预应力混凝土连续梁桥施工，通常采用挂篮悬臂浇筑和节段悬臂拼装的施工方法。为保证施工过程中墩柱两侧的悬臂梁段始终处于相对平衡状态，需沿纵桥向在墩顶永久支座两侧设置临时固结系统，临时固结系统一般由高强度混凝土抗压临时支座和抗拉钢筋等组成。
3.桥梁设计文件中通常会规定连续梁施工阶段允许的最大不平衡力矩(不平衡荷载与梁悬臂长度乘积的最大值)，由施工方在施工过程中进行控制，具体控制措施一般是采用限制桥面荷载、两侧悬浇梁段混凝土对称交替浇筑等方法。
4.按照传统方法对不平衡荷载进行控制，只能凭经验定性估计，精确度低。在实际施工中，施工现场对不平衡力矩的控制难度很大，重大安全事故频发。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对预应力混凝土连续梁桥悬臂施工阶段对不平衡力矩控制难度大的问题，提供一种时效性高、安全便捷的监控与预警方法及系统，能实时监控悬臂两端不平衡力矩，保障施工安全。
6.本发明提供的一种预应力混凝土连续梁不平衡力矩监控预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.(1)数据采集：通过传感器分别采集桥梁墩顶两侧临时支座承受的压力，将采集信息传输到控制器；
8.(2)数据处理：通过控制器对传感器传来的信息进行模数转换处理，根据处理后的数据计算出墩顶两侧临时支座对应的悬臂的不平衡力矩，并与预先设定的最大不平衡力矩比较，若达到一定限值，则通过报警装置发出报警信号；
9.(3)控制器同时把模数转换处理后得到的数据通过无线发送模块传输到后场电脑端或移动端，进行显示和储存。
10.依据上述方法，本发明还提供一种预应力混凝土连续梁不平衡力矩监控预警系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据处理模块、超限预警模块、数据显示及存储模块，其中：
11.所述数据采集模块采用基于电阻应变效应的fsr力敏传感器或基于压电效应的压电传感器，埋入墩顶两侧的临时支座内，并与数据处理模块的输入接口电连接；数据采集模块采集桥梁墩顶两侧临时支座承受的压力，传输到数据处理模块；
12.所述数据处理模块集成了单片机、信号放大电路、a/d转换芯片、三极管，设置在0#块内箱或0#块顶面防风雨棚内，其输出接口通过三极管连接超限预警模块；数据处理模块
对数据采集模块输入的电信号先通过信号放大电路进行线性放大，再通过a/d转换芯片将电信号转换为数字信号，对两个临时支座的压力数据分别与对应的悬臂长度值相乘，得到两个悬臂的力矩，再对两个力矩进行减法运算，得出两侧不平衡力矩值，将计算结果与单片机中预先存储的最大不平衡力矩限值进行比较，若计算得出的不平衡力矩大于限值的80％，则输出低电平至三极管，三极管导通，如计算得出的不平衡力矩小于或等于限值的80％，则输出高电平，三极管不导通；数据处理模块同时将a/d转换后的数字信号通过无线方式发送到数据显示及存储模块；
13.所述超限预警模块采用蜂鸣器或报警灯，设置在0#块顶面或悬臂梁段施工点，在数据处理模块输出低电平时，蜂鸣器或报警灯发出报警信号；
14.所述数据显示及存储模块是布置在后场办公室内的电脑端或相关人员手机移动端，预装数据分析软件，对数据处理模块发来的数据进行二次分析处理，并在自带显示屏上实时显示，显示方式包括基于终端本地时间的“不平衡力矩-时间”发展曲线图，或直接显示不平衡力矩数据值；同时，电脑端和移动端将数据存储，便于后期分析。
15.本发明通过在临时支座内埋设数据采集模块，将机械力转换为电信号，通过数据处理模块对输入信号进行处理、分析，将分析结果输出到实时超限预警模块和数据显示及存储模块，可以实现对预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中不平衡力矩的实时监控、实时预警，有效解决了悬臂施工阶段不平衡力矩难以量化、难以监测、现场难以管理的施工难题，能显著提高目前桥梁工程管理水平。
附图说明
16.图1是本发明的方法原理图；
17.图2是本发明的系统结构示意图.
具体实施方式
18.如图1所示，本发明提供的一种预应力混凝土连续梁不平衡力矩监控预警方法，包括数据采集、数据处理和实时超限预警，具体实施方式如下：
19.(1)数据采集：通过传感器分别采集桥梁墩顶两侧临时支座承受的压力，将采集信息传输到控制器。
20.具体实施时，可采用基于电阻应变效应的fsr力敏传感器或基于压电效应的压电传感器采集桥梁墩顶两侧临时支座承受的压力，所述传感器埋入墩顶两侧的临时支座内，并与控制器电连接，将两侧临时支座承受的机械压力转换为电信号，传输到控制器。
21.(2)数据处理：通过控制器对传感器传来的信息进行模数转换处理，根据处理后的数据计算出墩顶两侧临时支座对应的悬臂的不平衡力矩，并与预先设定的最大不平衡力矩比较，若达到一定限值，则通过报警装置发出报警信号。
22.具体实施时，所述控制器可通过三极管与报警装置电连接；控制器对采集到的两个临时支座的压力数据分别与对应的悬臂长度值相乘，得到两个悬臂的力矩，再对两个力矩进行减法运算，得出两侧不平衡力矩值，将计算结果与控制器中预先存储的最大不平衡力矩限值进行比较，若计算得出的不平衡力矩大于限值的80％，则输出低电平至三极管，报警装置发出报警信号，若计算得出的不平衡力矩小于或等于限值的80％，则输出高电平，报
警装置不报警。
23.(3)控制器同时把模数转换处理后得到的数据通过无线发送模块传输到后场电脑端或移动端，进行显示和储存。
24.具体实施时，可在电脑端或移动端预装数据分析软件，对控制器发来的数据进行二次分析处理，并将分析结果在自带显示屏上实时显示，显示方式包含基于终端本地时间的“不平衡力矩-时间”发展曲线图，或直接显示不平衡力矩数据值；同时，电脑端和移动端将数据存储，便于后期分析。
25.本发明依据上述方法提供一种预应力混凝土连续梁不平衡力矩监控预警系统，包括数据采集模块、数据处理模块、超限预警模块、数据显示及存储模块，其中：
26.所述数据采集模块采用基于电阻应变效应的fsr力敏传感器或基于压电效应的压电传感器，埋入墩顶两侧的临时支座内，并与数据处理模块的输入接口电连接；数据采集模块采集桥梁墩顶两侧临时支座承受的压力，传输到数据处理模块；
27.所述数据处理模块集成了单片机、信号放大电路、a/d转换芯片、三极管，设置在0#块内箱或0#块顶面防风雨棚内，其输出接口通过三极管连接超限预警模块；数据处理模块对数据采集模块输入的电信号先通过信号放大电路进行线性放大，再通过a/d转换芯片将电信号转换为数字信号，对两个临时支座的压力数据分别与对应的悬臂长度值相乘，得到两个悬臂的力矩，再对两个力矩进行减法运算，得出两侧不平衡力矩值，将计算结果与单片机中预先存储的最大不平衡力矩限值进行比较，若计算得出的不平衡力矩大于限值的80％，则输出低电平至三极管，三极管导通，如计算得出的不平衡力矩小于或等于限值的80％，则输出高电平，三极管不导通；数据处理模块同时将a/d转换后的数字信号通过无线方式发送到数据显示及存储模块；
28.所述超限预警模块采用蜂鸣器或报警灯，设置在0#块顶面或悬臂梁段施工点，在数据处理模块输出低电平时，蜂鸣器或报警灯发出报警信号；
29.所述数据显示及存储模块是布置在后场办公室内的电脑端或相关人员手机移动端，预装数据分析软件，对数据处理模块发来的数据进行二次分析处理，并在自带显示屏上实时显示，显示方式包括基于终端本地时间的“不平衡力矩-时间”发展曲线图，或直接显示不平衡力矩数据值；同时，电脑端和移动端将数据存储，便于后期分析。
30.图2所示是上述系统的一种具体实施方式的结构示意图。
31.图2中，预应力混凝土连续梁桥主梁悬臂处于施工状态，沿主梁悬臂施工方向，在墩顶主支座1两侧设置有高强度混凝土抗压临时支座，在临时支座里预埋基于压电效应的压电传感器2；两侧悬臂梁段将压力传递至临时支座处，通过传感器2将机械压力转换为电信号，传感器2产生的电信号输入到控制器3内；
32.控制器3内集成了信号放大电路、a/d转换芯片、单片机、三极管等。输入的电信号先通过信号放大电路进行线性放大，再通过a/d转换芯片将电信号转换为数字信号。对数字信号进行处理，求得实时不平衡力矩值，与预先设定的不平衡力矩限值进行比较，根据比较结果输出高电平或低电平，输出的电平通过三极管的开关特性放大电流，将放大后的电流信号输出至超限预警模块的电路中；
33.超限预警模块采用蜂鸣器4和红绿灯5，放在醒目位置，如0#块顶面、混凝土拖泵旁、或悬臂梁段施工点。当控制器3输出高电平时，三极管截止，红绿灯5给出绿灯亮的信号，
蜂鸣器4不响，可正常施工；当控制器3输出低电平时，三极管导通，红绿灯5给出红灯亮信号，蜂鸣器4鸣响，进行超限实时预警。
34.控制器3同时将a/d转换后的数字信号直接输出至无线发射装置6，无线发射装置6以短报文形式，借助gprs/cdma无线传输网络，发送到移动端7或电脑端8；移动端7或电脑端8将接受的数据存入内存中，可显示器直接读取，也可通过预装的专用数据分析软件绘制基于“不平衡力矩值与时间关系图”，实现实时监控。