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(jīng)常發(fā)生人身、質(zhì)量安全事故。本文以某斜拉橋為研究對象，從掛籃施工監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測系統(tǒng)組成、監(jiān)控器布置、監(jiān)控軟件及數(shù)據(jù)分析等多個角度出發(fā)，分析了大橋掛籃施工監(jiān)測控制系統(tǒng)的布設及分析過程。分析結(jié)果表明：該系統(tǒng)可以對掛籃的風速、傾斜度、應力、拉伸量、監(jiān)測點溫度等數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，當數(shù)據(jù)超出安全值時可發(fā)出安全預警。該系統(tǒng)有效防止了掛籃安全事故的發(fā)生，保證了人身安全，提升了工程質(zhì)量。

關鍵詞：菱形掛籃;監(jiān)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(xiàn)澆混凝土梁大荷載的優(yōu)點，而成為鋼構(gòu)橋懸臂、大跨預應力砼連續(xù)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(jīng)常出現(xiàn)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(nèi)部應力多變造成的，這也對我國交通基建帶來了巨大的經(jīng)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(qū)傾斜，而這些區(qū)域地質(zhì)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(jiān)測系統(tǒng)在施工中的數(shù)據(jù)監(jiān)測應用，當檢測數(shù)據(jù)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(xiàn)場，有效地減少了財產(chǎn)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(jiān)測控制系統(tǒng)。該橋梁工程是一座行人與汽車相互分開的雙層結(jié)構(gòu)的組合型大型橋梁。設計主要指標為：橋梁總長3.6km;橋?qū)?7m;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(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1監(jiān)測內(nèi)容

（1）掛籃懸臂施工存在技術難度大、工藝復雜、安全性低、數(shù)據(jù)采集難度大的特點，因此本項目的監(jiān)測系統(tǒng)傳感器布設在了掛籃結(jié)構(gòu)的危險區(qū)域內(nèi)，以便及時掌握掛籃結(jié)構(gòu)應力變化數(shù)據(jù)。同時可將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)返回到數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)主要采集如下數(shù)據(jù)：①掛籃施工時的風速、溫度;②掛籃主桁系統(tǒng)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(shù)據(jù);④吊桿調(diào)整的長度參數(shù)。

（3）掛籃監(jiān)測系統(tǒng)由安裝架監(jiān)測系統(tǒng)、吊掛監(jiān)測系統(tǒng)、主桁架監(jiān)測系統(tǒng)三部分組成[6]。這三個監(jiān)測系統(tǒng)分別監(jiān)測安裝架形變量、量吊掛系統(tǒng)拉伸量、主桁系統(tǒng)應力三個數(shù)據(jù)。掛籃監(jiān)測系統(tǒng)布置見下圖2：

2.2監(jiān)測系統(tǒng)組成

（1）監(jiān)測中心軟件平臺、監(jiān)測終端主機、外部傳感器是構(gòu)成掛籃監(jiān)測控制系統(tǒng)的主要組成部分，見下圖3。其中傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的主機進行調(diào)整。

（2）本文分析用依托工程項目所采用的監(jiān)控系統(tǒng)功能多樣化，可滿足施工環(huán)節(jié)各項數(shù)據(jù)采集需求。主要功能包括數(shù)據(jù)采集、存儲記錄、衛(wèi)星定位、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊萚8]。在掛藍施工時可使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，精確記錄掛籃各結(jié)構(gòu)的應力及應變參數(shù)，同時通過遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)反饋至監(jiān)測中心，當各項監(jiān)控參數(shù)超過安全預警值時，可立即向現(xiàn)場施工及管理人員發(fā)出預警[9]。

2.3傳感器布置

（1）在掛籃工字鋼凹形面內(nèi)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(chǎn)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(jié)構(gòu)相關數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，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(tǒng)外側(cè)，以監(jiān)測拉伸量的數(shù)據(jù)變化情況。同時在槽鋼內(nèi)部安裝MEMS水平儀，并用槽鋼固定螺絲調(diào)節(jié)其基礎位置，以監(jiān)測水平位移的數(shù)據(jù)變化情況;

（5）將振弦式表面應變計布設在結(jié)構(gòu)物的外表面，以監(jiān)測掛籃主桁系統(tǒng)的應力數(shù)據(jù)變化情況，相關設備見圖4所示：

2.4掛籃實時監(jiān)控軟件

（1）技術員利用監(jiān)控系統(tǒng)采集應變數(shù)據(jù)需進行計算分析，并對現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果用圖表形式反饋回項目部。當監(jiān)測系統(tǒng)采集的應力應變或溫度等數(shù)據(jù)超過預設的安全值時，可對相關技術人員發(fā)出風險預警[11]。其中監(jiān)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(yōu)點，可廣泛應用于各種監(jiān)測系統(tǒng)中。因此本項目采用模塊化設計組裝掛籃監(jiān)控系統(tǒng)。

3監(jiān)測結(jié)果分析

（1）對橋梁19#墩布設檢測設備，采集不同工況下，結(jié)構(gòu)溫度、風速、結(jié)構(gòu)應變量等指標的相關數(shù)據(jù)。

（2）通過對監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析可知，掛籃主桁結(jié)構(gòu)的應力應變和鋼索的應力應變在不同施工階段表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。同時不同施工階段下的相同監(jiān)測數(shù)據(jù)也表現(xiàn)出不同變化規(guī)律。相關數(shù)據(jù)見表2所示。

（3）主桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應力隨著施工階段的不同而變化，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，應力表現(xiàn)為先增加后減小的變化規(guī)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(shù)據(jù)的深入研究可知，施工環(huán)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(jié)論

掛籃監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測系統(tǒng)組成、監(jiān)控器布置、監(jiān)控軟件及數(shù)據(jù)分析等多個角度出發(fā)，以某高速工程橋梁建設為例，分析了大橋掛籃施工監(jiān)測控制系統(tǒng)的布設及分析過程。

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

（2）該系統(tǒng)可以對掛籃的風速、傾斜度、應力、拉伸量、監(jiān)測點溫度等數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，當數(shù)據(jù)超出安全值時可發(fā)出安全預警。該系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，可有效防止掛籃安全事故的發(fā)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