一种桥梁转体后的姿态调整系统及姿态调整方法与流程

本申请涉及桥梁施工领域，特别涉及一种桥梁转体后的姿态调整系统及姿态调整方法。

背景技术：

目前，随着国家基础建设的大力投资和交通网络建设的基本完善，越来越多的新建桥梁需要跨越运营线路，特别是跨越运营铁路和高速公路，为了不影响这些运营线路的正常运营，采用平转施工方法的桥梁越来越多，也越来越普遍。

相关技术中，近几年国内的转体桥施工总吨位和跨径得到了突破式的发展和提高，转体桥施工控制研究技术也越来越成熟和可靠，但绝大部分转体桥研究的是关于在转体的过程中控制研究，对转体后的桥梁姿态轴线、姿态高程调整的研究很少，智能化精确调整的更少。一般在桥梁转体完成后，梁体姿态与目标控制状态存在较大偏差，不能满足施工控制要求，必须通过梁体姿态的调整，使得偏差被调整至规范允许的范围内后，才能进行下一阶段的合龙施工，否则这种差值产生的不利影响将会永久存在结构中，造成桥梁扭转受力和线形不平顺，最终成桥线形和内力不符合设计要求，带病运营，给后期养护和使用带来风险。

但是，转体后梁体的姿态调整已有的方法主要是依靠人工加载、测试数据、分析数据、再次加载、测试数据、分析数据，反复试调整以达到目标姿态，这种调整方式受人为因素影响大，不能够实现标准化作业，过程中记录的数据不能实时快速处理并反馈到控制力的加载，随机性大，不能实现智能化控制，较难调整到目标控制状态，调整时间久，做不到快速施工。而且在调整过程中，由于不能智能化控制，可能导致过转即梁体轴线平转多了，使得梁体轴线再也无法调整，也可能导致过顶即竖向顶升力大了，使得梁体存在倾覆危险。总而言之，现已有的调整过程原始，理念比较落后，控制手段少，调整时结构的安全风险大，已无法适应目前日益增长的需求。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种桥梁转体后的姿态调整系统及姿态调整方法，以解决相关技术中调整效率低、准确率低及调整时安全风险大的问题。

第一方面，提供了一种桥梁转体后的姿态调整系统，其包括：

基台，其上方设有球铰，所述球铰的上方设有梁体；

调整组件，其设于所述球铰与基台之间，所述调整组件用于对所述球铰进行调整以调节所述梁体的姿态；

传感模块，其包括第一位移传感单元，所述第一位移传感单元设于所述梁体上并用于监测所述梁体的位移数据；

控制模块，其与所述第一位移传感单元和调整组件均相连，所述控制模块用于采集所述第一位移传感单元监测的位置数据以计算得到所述梁体的总调整值，并判断所述总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则所述梁体的姿态调整过程结束，若是，则所述控制模块控制所述调整组件进行调整，所述控制模块在预设时间内判断所述梁体的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，则所述控制模块控制所述调整组件继续调整，直至调整量大于等于所述第二预设临界值，若是，则所述控制模块控制所述调整组件停止调整并根据所述第一位移传感单元监测的所述梁体的当前位置重新计算以确定新的总调整值，直至计算的新的总调整值小于所述第一预设临界。

一些实施例中，所述传感模块还包括与所述控制模块相连的第二位移传感单元，所述第二位移传感单元设于所述球铰的底部并用于监测所述球铰的位移数据，所述控制模块用于采集第二位移传感单元监测的位移数据后进行线性拟合，并判断线性拟合的相关系数是否大于预设预警值，若是，则所述控制模块控制所述调整组件继续调整，若否，则所述控制模块发出警告信号。

一些实施例中，所述第一位移传感单元包括至少两个大里程位移传感器和至少两个小里程位移传感器，所有所述大里程位移传感器沿所述梁体大里程侧的宽度方向的边沿间隔设置并用于监测所述梁体大里程侧的位移数据，所有所述小里程位移传感器沿所述梁体小里程侧的宽度方向的边沿间隔设置并用于监测所述梁体小里程侧的位移数据。

一些实施例中，所述控制模块包括：

第一控制单元，其与所述大里程位移传感器和小里程位移传感器均相连，所述第一控制单元包括第一计算组件和第一判断组件，所述第一计算组件用于采集所述大里程位移传感器和小里程位移传感器监测的数据并计算得到所述梁体的总调整值，并判断所述总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则所述第一判断组件发送结束信号，若是，则所述第一判断组件发送继续调整信号，所述第一计算组件在预设时间内判断所述梁体的调整量是否大于等于所述第二预设临界值，若否，则所述第一判断组件发送继续调整信号，直至调整量大于等于所述第二预设临界值，若是，则所述第一判断组件发送停止调整信号并根据所述第一位移传感单元监测的所述梁体的当前位置重新计算以确定新的总调整值，直至计算的新的总调整值小于所述第一预设临界值；

第二控制单元，其与所述第二位移传感单元相连，所述第二控制单元包括第二计算组件和第二判断组件，所述第二计算组件用于采集第二位移传感单元监测的位移数据后进行线性拟合，所述第二判断组件用于判断线性拟合的相关系数是否大于所述预设预警值，若是，则所述第二判断组件发送继续调整信号，若否，则所述第二判断组件发出警告信号。

一些实施例中，所述调整组件包括四个分别位于所述球铰底部顶角处的千斤顶，且四个所述千斤顶的顶部与所述球铰的底部之间存在间隙，所述控制模块还包括与四个所述千斤顶均相连的第三控制单元，所述第三控制单元包括第三计算组件和第三判断组件，在调整时，与所需调整方向对应的两个相邻的所述千斤顶用于对所述球铰进行调整，所述第三计算组件用于监测并采集剩余两个所述千斤顶与球铰之间的实际间距h，所述第三判断组件用于根据h来控制剩余两个所述千斤顶顶升或下降以保证h的取值始终为3mm。

一些实施例中，所述姿态调整系统还包括移动设备端，所述移动设备端通过无线网桥与所述第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元均相连，所述移动设备端用于接收所述第一控制单元和第二控制单元发送的信号并根据接收的信号向所述第三判断模块发送对应的指令以控制所述调整组件对所述球铰的调整。

一些实施例中，所述第一计算组件对所述大里程位移传感器和小里程位移传感器的数据采集频率为10s/次，所述千斤顶的调整速度为2kn/s。

第二方面，提供了一种用于桥梁转体后的姿态调整方法，其步骤包括：

s1、利用控制模块采集第一位移传感单元监测的位移数据以计算得到梁体的总调整值；

s2、判断所述总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则结束所述梁体的姿态调整，若是，执行步骤s3；

s3、利用所述控制模块控制所述调整组件进行调整，并利用所述控制模块在预设时间内判断所述梁体的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，执行步骤s4，若是，执行步骤s5；

s4、利用所述控制模块控制所述调整组件继续调整，并返回步骤s3；

s5、利用所述控制模块控制所述调整组件停止调整，并根据所述第一位移传感单元监测的所述梁体的当前位置重新计算新的总调整值，重复步骤s2至s4，直至计算的新的总调整值小于所述第一预设临界。

一些实施例中，所述传感模块还包括与所述控制模块相连的第二位移传感单元，将所述第二位移传感单元设于所述球铰的底部，利用所述第二位移传感单元监测所述球铰的位移数据，同利用所述控制模块采集第二位移传感单元监测的位移数据后进行线性拟合，并判断线性拟合的相关系数是否大于预设预警值，若是，则利用所述控制模块控制所述调整组件继续调整，若否，则利用所述控制模块发出警告信号。

一些实施例中，所述调整组件包括四个分别位于所述球铰底部顶角处的千斤顶，且四个所述千斤顶的顶部与所述球铰的底部之间存在间隙，所述控制模块还包括与四个所述千斤顶均相连的第三控制单元，所述第三控制单元包括第三计算组件和第三判断组件，在调整时，利用与所需调整方向对应的两个相邻的所述千斤顶对所述球铰进行调整，利用所述第三计算组件监测并采集剩余两个所述千斤顶与球铰之间的实际间距h，并利用所述第三判断组件根据h来控制剩余两个所述千斤顶顶升或下降以保证h的取值始终为3mm。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种桥梁转体后的姿态调整系统，由于控制模块可以采集第一位移传感单元监测的位置数据，并依次通过判定每次计算出的总调整值以及后续的调整量与第一预设临界值和第二预设临界值的大小，来判定调整所处的阶段以及后续的调整量，从而控制调整组件对球铰进行相应的调整以调节梁体的姿态，实现不同阶段的精细化加载和数据同步的精细化分析，相比于以前主要靠人工加载、测试数据、分析数据、再次加载、测试数据、分析数据，反复试调的方法，本系统通过智能化作业，较好的提高了调整效率，分阶段的精细化调整避免了需要人工在加载现场观察球铰过转、过顶现象，提高了施工安全性，也提高了调整的准确率，最终实现桥梁转体施工质量的提升和施工安全风险下降，解决了相关技术中调整效率低、准确率低及调整时安全风险大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的桥梁转体后的姿态调整系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的桥梁转体后的姿态调整系统的俯视图；

图3为本申请图1中a-a处的横截面仰视图。

图中：10-基台，11-球铰，12-梁体，13-桥墩，20-千斤顶，30-大里程位移传感器，31-小里程位移传感器，32-第二位移传感器，40-第一控制单元，41-第二控制单元，42-第三控制单元，5-移动设备端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种桥梁转体后的姿态调整系统，其能解决相关技术中调整效率低、准确率低及调整时安全风险大的问题。

图1是姿态调整系统的结构示意图，当桥梁在转体完成后，其实际的姿态与理论的姿态之间会存在一定的差距，若差距过大则会对桥梁本身产生很多不利的影响，因此需要对转体后的桥梁进行相关的测量及调整，以使其实际的姿态与理论的姿态尽可能的接近。本系统主要包括基台10、调整组件、传感模块和控制模块，其中，基台10的上方设有球铰11，球铰11的上方设有桥墩13，桥墩13的上方则设置着梁体12，调整组件设于球铰11与基台10之间，其主要用于对球铰11进行调整以调节梁体12的姿态，传感模块则包括第一位移传感单元，第一位移传感单元设于梁体12上并用于监测梁体12的位移数据。

其中，控制模块与第一位移传感单元和调整组件均相连，控制模块主要用于采集第一位移传感单元监测的位置数据以计算得到梁体12的总调整值，并判断总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则梁体12的姿态调整过程结束，若是，则控制模块控制调整组件进行调整，控制模块在预设时间内判断梁体12的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，则控制模块控制调整组件继续调整，直至调整量大于等于第二预设临界值，若是，则控制模块控制调整组件停止调整并根据第一位移传感单元监测的梁体12的当前位置重新计算以确定新的总调整值，直至计算的新的总调整值小于第一预设临界。

图2是姿态调整系统的俯视图，第一位移传感单元包括至少两个大里程位移传感器30和至少两个小里程位移传感器31，所有大里程位移传感器30沿梁体12大里程侧的宽度方向的边沿间隔设置并用于监测梁体12大里程侧的位移数据，所有小里程位移传感器31沿梁体12小里程侧的宽度方向的边沿间隔设置并用于监测梁体12小里程侧的位移数据，从结构设计的角度出发，这里大里程位移传感器30和小里程位移传感器31的数量均优选为3个。大里程位移传感器30和小里程位移传感器31在监测梁体12的姿态时一般监测的是梁体12分别沿y轴方向和z轴方向的位移数据，其中，y轴方向是指以梁体12的中心为零点，在梁体12上建立空间直角坐标系后沿梁体12长度的方向，z轴方向即为竖直方向，梁体12的宽度方向即为x轴方向。

具体的，控制模块每次获取的大里程位移传感器30和小里程位移传感器31的位移数据后，进行相应计算得到姿态轴线变化yⁿ和高程变化zⁿ，yⁿ和zⁿ的计算公式为：

公式1中为3个小里程位移传感器31在第n次调整后测得的沿y轴方向的姿态轴线变化的绝对值的平均值，则为3个大里程位移传感器30在第n次调整后测得的沿y轴方向的姿态轴线变化的绝对值的平均值；公式2中为3个小里程位移传感器31在第n次调整后测得的沿z轴方向的高程变化的绝对值的平均值，为3个大里程位移传感器30在第n次调整后测得的沿z轴方向的高程变化的绝对值的平均值。

这里，第一预设临界值有两个，沿y轴方向的预设临界值为20mm，沿z轴方向的预设临界值为30mm，在判断计算出来的yⁿ和zⁿ分别与对应的第一预设临界值的大小时，需要满足两个值均小于或均大于等于的原则。第二预设临界值为一个相对变化的值，其为每一次计算后得到的总调整量的一半，即每次计算后调整的量不超过总调整量的一半，保证了整个调整过程的精细化、准确性和安全性。

具体的，传感模块还包括与控制模块相连的第二位移传感单元，第二位移传感单元设于球铰11的底部并用于监测球铰11的位移数据，控制模块用于采集第二位移传感单元监测的位移数据后进行线性拟合，并判断线性拟合的相关系数是否大于预设预警值，若是，则控制模块控制调整组件继续调整，若否，则控制模块发出警告信号。其中，第二位移传感单元包括四个间隔设置的第二位移传感器32，线性拟合的相关系数可以反映出每一次调整过程中球铰11的位移量之间的大小关系，若线性拟合的相关系数在一定范围内越大，说明球铰11每一次调整的位移量大小接近，没有出现忽大忽小的情况，调整过程平稳，因此判定调整过程相对安全，若线性拟合的相关系数在一定范围内越小，则说明球铰11每一次调整的位移量大小变化较大，球铰11自身的移动不稳定，具有一定的危险，需要暂停调整。这预设预警值的取值为0.9。

具体的，控制模块包括第一控制单元40和第二控制单元41，其中，第一控制单元40与大里程位移传感器30和小里程位移传感器31均相连，第一控制单元40具体包括第一计算组件和第一判断组件，第一计算组件用于采集大里程位移传感器30和小里程位移传感器31监测的位置数据并计算得到梁体12的总调整值，并判断总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则第一判断组件发送结束信号，若是，则第一判断组件发送继续调整信号，且第一计算组件在预设时间内判断梁体12的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，则第一判断组件发送继续调整信号，直至调整量大于等于第二预设临界值，若是，则第一判断组件发送停止调整信号并根据第一位移传感单元监测的梁体12的当前位置重新计算以确定新的总调整值，直至计算的新的总调整值小于第一预设临界值。第二控制单元41与4个第二位移传感器32均相连，第二控制单元41包括第二计算组件和第二判断组件，第二计算组件用于采集第二位移传感器32监测的位移数据并整理得到球铰位移的平均值后对数据进行线性拟合，第二判断组件用于判断线性拟合的相关系数是否大于预设预警值，若是，则第二判断组件发送继续调整信号，若否，则第二判断组件发出警告信号。

图3为图1中a-a处的横截面仰视图，调整组件包括四个分别位于球铰11底部顶角处的千斤顶20，在调整前四个千斤顶20的顶部与球铰11的底部之间存在间隙，控制模块还包括与四个千斤顶20均相连的第三控制单元42，第三控制单元42包括第三计算组件和第三判断组件，在调整时，与所需调整方向对应的两个相邻的千斤顶20用于对球铰11进行调整，第三计算组件用于监测并采集剩余两个千斤顶20与球铰11之间的实际间距h，第三判断组件用于根据h来控制剩余两个千斤顶20顶升或下降以保证h的取值始终为3mm。控制h值的原因在于若h值过大，则与球铰11接触的千斤顶20可能出现调整过量的情况，此时梁体12有侧翻的危险，若h值过小，则与球铰11接触的千斤顶20可能出现无法调整的情况，从而达不到调整的效果。

具体的，姿态调整系统还包括移动设备端5，移动设备端5通过无线网桥与第一控制单元40、第二控制单元41和第三控制单元42均相连，移动设备端5用于接收第一控制单元40和第二控制单元41发送的信号并根据接收的信号向第三判断模块发送对应的指令以控制调整组件对球铰11的调整。

具体的，第一计算组件对大里程位移传感器30和小里程位移传感器31的数据采集频率为10s/次，即预设时间为10s，千斤顶20的调整速度为2kn/s。控制模块从开始千斤顶20调整开始每间隔10s就根据梁体12的实际位置判断梁体12的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，则控制模块控制调整组件继续调整，此时调整组件的调整加载力按照δ＝0.1p分次增加，p为计算得到的调整加载力，计算公式为：

p＝mz/r2公式3

mz＝0.64μ0gr公式4

公式3中mz为球铰11的最大静摩阻力矩，r2为千斤顶20到球铰11中心的距离，公式4中μ0为梁体12和桥墩13等整个转体的实测静摩擦系数，g为整个转体的总重量，r为球铰11的球半径。

本申请还提供一种桥梁转体后的姿态调整方法，其步骤具体包括：s1、利用控制模块采集第一位移传感单元监测的位移数据以计算得到梁体12的总调整值；s2、判断总调整值是否大于第一预设临界值，若否，则结束梁体12的姿态调整，若是，执行步骤s3；s3、利用控制模块控制调整组件进行调整，并利用控制模块在预设时间内判断梁体12的调整量是否大于等于第二预设临界值，若否，执行步骤s4，若是，执行步骤s5；s4、利用控制模块控制调整组件继续调整，并返回步骤s3；s5、利用控制模块控制调整组件停止调整，并根据第一位移传感单元监测的梁体12的当前位置重新计算新的总调整值，重复步骤s2至s4，直至计算的新的总调整值小于第一预设临界。

具体的，传感模块还包括与控制模块相连的第二位移传感单元，将第二位移传感单元设于球铰11的底部，利用第二位移传感单元监测球铰11的位移数据，同利用控制模块采集第二位移传感单元监测的位移数据后进行线性拟合，并判断线性拟合的相关系数是否大于预设预警值，若是，则利用控制模块控制调整组件继续调整，若否，则利用控制模块发出警告信号。

具体的，调整组件包括四个分别位于球铰11底部顶角处的千斤顶20，且四个千斤顶20的顶部与球铰11的底部之间存在间隙，控制模块还包括与四个千斤顶20均相连的第三控制单元42，第三控制单元42包括第三计算组件和第三判断组件，在调整时，利用与所需调整方向对应的两个相邻的千斤顶20对球铰11进行调整，利用第三计算组件监测并采集剩余两个千斤顶20与球铰11之间的实际间距h，并利用第三判断组件根据h来控制剩余两个千斤顶20顶升或下降以保证h的取值始终为3mm。

本方法通过判定每次计算出的总调整值以及后续的调整量与第一预设临界值和第二预设临界值的大小，来判定调整所处的阶段以及后续的调整量，从而控制调整组件对球铰11进行相应的调整以调节梁体12的姿态，实现不同阶段的精细化加载和数据同步的精细化分析，相比于以前主要靠人工加载、测试数据、分析数据、再次加载、测试数据、分析数据，反复试调的方法，本系统通过智能化作业，较好的提高了调整效率，分阶段的精细化调整避免了需要人工在加载现场观察球铰11过转、过顶现象，提高了施工安全性，也提高了调整的准确率，最终实现桥梁转体施工质量的提升和施工安全风险下降，解决了相关技术中调整效率低、准确率低及调整时安全风险大的问题。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。