某大橋掛籃施工監測控制系統研究

蘇巧江　萬華

摘要：掛籃施工作為當前我國橋梁建設中最常見的施工工藝，經常發生人身、質量安全事故。本文以某斜拉橋為研究對象，從掛籃施工監測內容、監測系統組成、監控器布置、監控軟件及數據分析等多個角度出發，分析了大橋掛籃施工監測控制系統的布設及分析過程。分析結果表明：該系統可以對掛籃的風速、傾斜度、應力、拉伸量、監測點溫度等數據實時監控，當數據超出安全值時可發出安全預警。該系統有效防止了掛籃安全事故的發生，保證了人身安全，提升了工程質量。

關鍵詞：菱形掛籃;監測;懸臂施工;傳感器

中圖分類號：U415.12;U445.1??????????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-04-12

作者簡介：蘇巧江（1978-），男，高級工程師，研究方向：公路橋梁施工技術、項目管理;萬華（1978-），男，高級工程師，研究方向：公路橋梁施工技術、項目管理。

掛籃由于其拆裝簡便、剛度大、自重輕、可以承受現澆混凝土梁大荷載的優點，而成為鋼構橋懸臂、大跨預應力砼連續梁橋施工的主要荷載承重設備。但在實際橋梁掛籃施工中，經常出現掛籃滑移、坍塌的安全事故，這主要是由于掛籃施工中混凝土非對稱澆筑、吊桿斷裂、錨固段不牢固、主梁內部應力多變造成的，這也對我國交通基建帶來了巨大的經濟損失和人員傷亡[1-4]。近年來我國交通基礎設施建設逐步向中西部地區傾斜，而這些區域地質條件復雜，溝壑眾多，大跨徑橋梁的比例逐步增多，因此掛籃施工的安全性風險也越來越高。本文針對當前橋梁建設中存在的這些安全問題，研究了掛籃施工監測系統在施工中的數據監測應用，當檢測數據超過預定的安全值時，可及時提醒工程技術人員撤離施工現場，有效地減少了財產損失和人員傷亡。

1工程概況

本文以某過江斜拉橋工程項目為依托，在工程實踐中檢驗完善掛籃施工監測控制系統。該橋梁工程是一座行人與汽車相互分開的雙層結構的組合型大型橋梁。設計主要指標為：橋梁總長3.6km;橋寬37m;雙向8車道;橋跨為79m+5×150m+79m;抗震烈度：7度，采用菱形掛籃懸臂施工[5]。

2監測系統設計

2.1監測內容

（1）掛籃懸臂施工存在技術難度大、工藝復雜、安全性低、數據采集難度大的特點，因此本項目的監測系統傳感器布設在了掛籃結構的危險區域內，以便及時掌握掛籃結構應力變化數據。同時可將現場監測數據通過無線傳輸系統返回到數據存儲和處理中心。通過相關軟件計算，及時掌握掛籃的安全程度。具體設計流程見下圖1所示。

（2）掛籃監控系統主要采集如下數據：①掛籃施工時的風速、溫度;②掛籃主桁系統在水泥混凝土灌注時的荷載變化情況;③掛籃安裝架在外邊因素影響下的變形量數據;④吊桿調整的長度參數。

（3）掛籃監測系統由安裝架監測系統、吊掛監測系統、主桁架監測系統三部分組成[6]。這三個監測系統分別監測安裝架形變量、量吊掛系統拉伸量、主桁系統應力三個數據。掛籃監測系統布置見下圖2：

2.2監測系統組成

（1）監測中心軟件平臺、監測終端主機、外部傳感器是構成掛籃監測控制系統的主要組成部分，見下圖3。其中傳感器是監控系統的核心部分，主要包括了拉力傳感器、電子水平尺、微小位移傳感器等多種敏感電子器件[7]。傳感器的校準標定由監控系統的主機進行調整。

（2）本文分析用依托工程項目所采用的監控系統功能多樣化，可滿足施工環節各項數據采集需求。主要功能包括數據采集、存儲記錄、衛星定位、遠程數據傳輸等等[8]。在掛藍施工時可使用北斗衛星定位系統，精確記錄掛籃各結構的應力及應變參數，同時通過遠程數據傳輸系統將采集的數據反饋至監測中心，當各項監控參數超過安全預警值時，可立即向現場施工及管理人員發出預警[9]。

2.3傳感器布置

（1）在掛籃工字鋼凹形面內部布設菱形應力傳感器，同時對其進行焊接，以避免外界壓力對傳感器產生損壞;

（2）溫度計、風速儀及其他設備依次布設在掛籃橫梁上，這些儀器的主要作用是采集掛籃結構相關數據，以判斷是否對掛籃安全施工有影響;

（3）掛籃懸臂布設位移傳感器和應變計的主要作用是采集應力應變的相關數據，判斷其是否對掛籃安全施工有影響[10];

（4）將LVDT傳感器布設在吊掛系統外側，以監測拉伸量的數據變化情況。同時在槽鋼內部安裝MEMS水平儀，并用槽鋼固定螺絲調節其基礎位置，以監測水平位移的數據變化情況;

（5）將振弦式表面應變計布設在結構物的外表面，以監測掛籃主桁系統的應力數據變化情況，相關設備見圖4所示：

2.4掛籃實時監控軟件

（1）技術員利用監控系統采集應變數據需進行計算分析，并對現場監測結果用圖表形式反饋回項目部。當監測系統采集的應力應變或溫度等數據超過預設的安全值時，可對相關技術人員發出風險預警[11]。其中監測指標見表1所示。

（2）模塊化設計具有兼容性好、適用范圍廣、擴展性良好、終端接口多的優點，可廣泛應用于各種監測系統中。因此本項目采用模塊化設計組裝掛籃監控系統。

3監測結果分析

（1）對橋梁19#墩布設檢測設備，采集不同工況下，結構溫度、風速、結構應變量等指標的相關數據。

（2）通過對監測系統采集的數據分析可知，掛籃主桁結構的應力應變和鋼索的應力應變在不同施工階段表現出不同的變化規律。同時不同施工階段下的相同監測數據也表現出不同變化規律。相關數據見表2所示。

（3）主桁架結構的內部應力隨著施工階段的不同而變化，通過監測數據可知，應力表現為先增加后減小的變化規律，且應力值都處于安全范圍[12]。

（4）掛籃鋼索拉伸值，其頂板拉伸量小于底板拉伸量，掛籃鋼索最大拉伸量為3.325cm，最小拉伸量為0.0072cm。通過對數據的深入研究可知，施工環境中最高溫度為35.01℃，最低溫度為21.61℃，溫度和風速對掛籃的應力、拉伸量的影響很小。

4 結論

掛籃監測系統組成復雜、技術先進，很多技術人員還未完全掌握。本文從掛籃施工監測內容、監測系統組成、監控器布置、監控軟件及數據分析等多個角度出發，以某高速工程橋梁建設為例，分析了大橋掛籃施工監測控制系統的布設及分析過程。

（1）掛籃結構的應力和應變在不同施工階段表現出不同的變化特點。其中掛籃鋼索拉伸量≤3.325cm，主桁結構底板應力≤147.65Mpa。在實際監測過程中，需重點監測這兩處位置的應力和拉伸量值。

（2）該系統可以對掛籃的風速、傾斜度、應力、拉伸量、監測點溫度等數據實時監控，當數據超出安全值時可發出安全預警。該系統監測數據精度高，可有效防止掛籃安全事故的發生。

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Abstract：?As the most common construction technology of bridge construction in?our country， hanging basket construction often occurs personal and quality safety accidents. Taking a cable-stayed bridge in Jiangxi Province as the research object， this paper analyzes the layout and analysis process of the construction monitoring and control system of the hanging basket of the bridge from the aspects of monitoring content， monitoring system composition， monitor layout， monitoring software and data analysis. The results show that the system can monitor the data of wind speed， inclination， stress， stretching amount and monitoring point temperature of the cradle in real time， and send out safety warning when the data exceeds the safety value. The system effectively prevents the safety accident of hanging basket， ensures the personal safety and improves the engineering quality.

Key words：?Diamond hanging basket; Monitoring; Cantilever construction;Sensor