一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法

技术领域

本发明涉及箱梁施工技术领域，特别涉及一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法。

背景技术

随着国家的高速发展，各种高速公路也在飞速的发展。高速公路也向山区发展，在一些特殊的地势下，就必须架桥，而现浇箱梁在其中有十分关键的地位。利用常规的监测方法，无法做到全天候，全方位的进行监测，从之前的一些案列来看，发现满堂支架发生异常时，就已经来不及采取比较合适的措施，而一旦发生了事故，就比较容易产生群死群伤的较大安全事故，造成较大的经济损失。

针对多联现浇箱梁采用满堂支架现浇工艺施工，施工工程量大、支架监测难度大、重特大事故风险突出，因此亟需提供一种实时安全监测预警的施工方法，对各种浇箱梁满堂支架工艺施工进行安全监测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法。

本发明采用的技术方案为：

一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法，该现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法包括以下步骤：

步骤1，在满堂支架监测预警前，根据满堂支架的实际施工环境，建立有限云分析模型；

步骤2，依据建立的有限云分析模型进行有限元分析，其中，包括支架轴力最大值点位分析、支架横桥向最大位移点位分析、支架竖向最大位移点位分析、支架最大受力点位分析；

步骤3，依据有限元分析确定各种量的监测点的位置，及浇筑过程中的支架轴力、支架横桥向位移、支架竖向位移的安全值、预警值和报警值；

步骤4，进行满堂支架的实际搭设；

步骤5，根据有限元分析确定各种量的监测点的位置布设轮辐式拉压传感器监测满堂支架重点杆件轴力值、布设高精度激光测距仪监测满堂支架竖向变形和支架顶横向变形值；

步骤6，在满堂支架上安装通讯装置及报警装置，轮辐式拉压传感器、高精度激光测距仪和报警装置分别通过通讯装置与后台计算机无线连接；

步骤7，后台计算机通过限元分析的安全值、预警值和报警值，及轮辐式拉压传感器、高精度激光测距仪检测的实际数值进行对比，控制报警装置进行相应的报警提示。

进一步，步骤1中的有限云分析模型根据节点数量、梁单元数量、板单元数量为依据进行建立。

进一步，步骤1中建立的有限云分析模型根据最不利原则，选取满堂支架搭设高度最高，箱体跨度最大。

进一步，步骤2进行有限元分析中包括对第一次浇筑过程和第二次浇筑过程进行分析，分析中结合风载荷及不结合风载荷情况。

进一步，步骤5中还包括布设静力水准仪监测满堂支架重点部位基础沉降值。

进一步，步骤5中还包括布设室外温湿度传感器监测满堂支架施工环境温湿度；布设风速风向传感器及风压变送器监测满堂支架施工环境中风速风向风压。

进一步，所述静力水准仪、温湿度传感器、风速风向传感器、风压变送器分别通过通讯装置与后台计算机无线连接，后台计算机还存储有支架沉降的安全值、预警值和报警值、风速的安全值、预警值和报警值。

进一步，所述报警装置为三色声光报警灯。

本发明的有益效果是：

该现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法实现了实时对现浇箱梁安全问题进行反馈，降低了人工的成本，安全系数较准确，有效地降低了出现较大安全事故的概率，保障了人民及财务的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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为本发明现浇箱梁满堂支架总体结构示意图；

图2为本发明浇箱梁满堂支架第三跨有限元分析建模图；

图3为本发明浇箱梁满堂支架第三跨轴力监测位置图；

图4为本发明浇箱梁满堂支架第一跨轴力监测位置图；

图5为本发明浇箱梁满堂支架第二跨轴力监测位置图；

图6为本发明浇箱梁满堂支架第四跨轴力监测位置图；

图7为本发明浇箱梁满堂支架第三跨横、竖向位移监测位置图；

图8为本发明浇箱梁满堂支架第一跨横、竖向位移监测位置图；

图9为本发明浇箱梁满堂支架第二跨横、竖向位移监测位置图；

图10为本发明浇箱梁满堂支架第四跨横、竖向位移监测位置图；

图11为本发明浇箱梁满堂支架第三跨沉降监测位置图；

图12为本发明浇箱梁满堂支架第一跨沉降监测位置图；

图13为本发明浇箱梁满堂支架第二跨沉降监测位置图；

图14为本发明浇箱梁满堂支架第四跨沉降监测位置图；

图15为本发明浇箱梁满堂支架第三跨温湿度监测位置图；

图16为本发明浇箱梁满堂支架第一跨风速监测位置图；

图17为本发明浇箱梁满堂支架第四跨风速监测位置图；

图1—17中，1—北闸互通E匝道第一跨，2—北闸互通E匝道第二跨，3—北闸互通E匝道第三跨，4—北闸互通E匝道第四跨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

针对多联现浇箱梁采用满堂支架现浇工艺施工，施工工程量大、支架监测难度大、重特大事故风险突出，本实施例提供一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法，该现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法实现了实时对现浇箱梁安全问题进行反馈，降低了人工的成本，安全系数较准确，有效地降低了出现较大安全事故的概率，保障了人民及财务的安全。

基于宜宾至昭通高速公路彝良（海子）至昭通段高速公路A1项目部。A1项目部共有28联现浇箱梁，采用满堂支架现浇工艺施工，施工工程量大、支架监测难度大、重特大事故风险突出。北闸互通E匝道桥第五联现浇箱梁满堂支架施工要求：高度20.4m>8m，跨度120m>18m，施工总荷载设计值15.05KN/㎡>15KN/㎡，根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》建办质【2018】31号规定该工艺施工超过一定规模的危险性较大分部分项工程，对该分项工程实施了通过本实施例提供一种现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法对其进行安全监测预警。

该现浇箱梁满堂支架实时安全监测预警的施工方法安装下流程进行：

步骤一，建立有限元分析模型

为了更好地，更准确的获取更加有效的数据，在满堂支架监测预警前，根据满堂支架的实际施工环境，建立有限元分析模型，全面了解施工过程中的支架的各种受力状态，变形状态及屈曲状态。对实时监测满堂支架时的位置选择，及达到的预警值，报警值数据的选择有重要的意义。

如图1所示，北闸互通E匝道桥第五联现浇箱梁满堂支架设计共4跨，跨径为20m+30m+40m+30m，为预应力混凝土连续箱梁，最高支架搭设高度20.8m。如图2所示，根据最不利原则，选取了满堂支架搭设高度最高，箱体跨度最大，施工难度较大的北闸互通E匝道第三跨3 40m跨径现浇箱梁满堂支架通过Midas civil软件建立有限元分析模型。该限元分析模型共设立了7777个杆件连接节点，29889个杆件梁单元，744个顶板板单元。在已有的条件下尽可能的与实际情况相符合。

同理，通过Midas civil软件建立北闸互通E匝道第一跨1、第二跨2、第四跨4的有限元分析模型。

步骤二，有限元分析

支架有限元分析是在理想状态下开展的分析，所得计算结果与实际监测结果必然存在一定差距，而如何缩小理论与实际的差距，就是不断实践、改进的目标。根据《建筑与桥梁结构监测技术规范》（GB 50982－2014）第3.3.4节规定，施工期间监测前应对结构和构件进行结构分析，故此本项目在进行有限元建模时，做如下假定和简化：因满堂支架现浇箱梁施工时，支架地基大多采用混凝土硬化，且必须满足相应设计要求，因此在有限元建模分析时，将满堂支架底部边界条件按平动固结、转动释放考虑；满堂支架横杆、立杆、斜杆等均按梁单元考虑，且处于弹性阶段；有限元建模时，混凝土模板采用板单元模拟，其上部结构混凝土荷载按均布面荷载施加与板单元上；支架立柱与模板之间的边界条件，按照弹性连接考虑，并实际模拟出连接刚度值；有限元建模模拟施工浇筑过程，上部箱梁自重荷载仅考虑施工完成时的状态。

1.支架轴力最大值点位分析：

经过Midas civil软件有限元分析，混凝土分两次模拟浇筑完成，第一次浇筑箱梁底腹板混凝土，北闸互通E匝道第三跨3第一次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架轴力最大的地方在中腹板下靠近梁端处，支架轴力最大值为25.9kN；在组合风载荷的情况下，支架轴力最大的地方在跨中翼缘板下,支架轴力最大值为41.8kN。第二次浇筑顶板混凝土，在第二次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架轴力最大的地方在跨中中腹板处，支架轴力最大值为40.2kN；在组合风载荷的情况下，支架轴力最大的位置在跨中翼缘板下，支架轴力最大值为55.5kN。

综上，北闸互通E匝道第三跨3 40m跨径现浇箱梁满堂支架第一次浇筑过程中，可以选择靠近梁端位置和跨中位置进行轴力监测；第二次浇筑过程中，可以选择跨中腹板位置进行轴力监测。如图3所示，第三跨3监测点位为图中63、18、136、61、8、66、73、37、137点位位置。

同理，经过Midas civil软件有限元分析，得出第一跨1监测点位为12、107、77、103、3、114、78、49、86点位位置，如图4所示；得出第二跨2监测点位为13、99、113、118、116、82、59、97、47点位位置，如图5所示；得出第四跨4监测点位为39、34、14、108、87、75、68、28、88点位位置，如图6所示。

2.支架横桥向最大位移点位分析：

经过Midas civil软件有限元分析，北闸互通E匝道第三跨3第一次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架横桥向最大位移处位于靠近梁端支架中上部，最大位移为0.2mm；在组合风载荷的情况下，支架横桥向最大位移处位于跨中支架顶部，最大位移为8mm。在第二次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架横桥向最大位移处位于靠近梁端中上部,最大位移为0.3mm；在组合风载荷的情况下，支架横桥向最大位移处位于跨中支架顶部，最大位移为8mm。

综上，北闸互通E匝道第三跨3 40m跨径现浇箱梁满堂支架第一次浇筑和第二次浇筑过程中，都可以选择在跨中位置进行横桥向位于监测。

3.支架竖向最大位移点位分析：

经过Midas civil软件有限元分析，北闸互通E匝道第三跨3在第一次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架竖向最大位移处位于靠近梁端中腹板下处，最大位移为2.6mm；在组合风载荷的情况下，支架竖向最大位移处位于靠近梁端中腹板下，最大位移为3.3mm。第二次浇筑过程中，加不加风载荷都是靠近梁端中腹板洗下支架竖向位移最大，位移最大均为4mm。

综上，北闸互通E匝道第三跨3 40m跨径现浇箱梁满堂支架第一次、第二次浇筑考虑到现场梁端支架进行加密，墩柱盖梁对模板的支撑作用等情况，竖向位移监测点选在跨中。如图7所示，第三跨3横桥向监测点位为图中130点位位置，第三跨3竖桥向监测点位为图中166点位位置。

同理，经过Midas civil软件有限元分析，得出第一跨1横桥向监测点位为128点位位置，第一跨1竖桥向监测点位为163点位位置，如图8所示；得出第二跨2横桥向监测点位为129点位位置，第一跨1竖桥向监测点位为164点位位置，如图9所示；得出第四跨4横桥向监测点位为162点位位置，第一跨1竖桥向监测点位为133点位位置，如图10所示。

4.支架最大受力点位分析：

经过Midas civil软件有限元分析，北闸互通E匝道第三跨3第一次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架最大受力为76.2Mpa；组合风载荷的情况下，支架最大受力为77.5Mpa。第二次浇筑过程中，不组合风载荷的情况下，支架最大受力为122.8Mpa；组合风载荷的情况下，支架最大受力为124.2Mpa。

由于北闸互通E匝道第三跨3的尺寸在所有跨度尺寸中最长，因此支架受力点的薄弱点存在于该跨度，支架最大受力点位分析仅对该跨度进行即可。

步骤三，确定安全值、预警值和报警值

由上面有限元分析可确定各种量的监测点的位置，根据《建筑与桥梁结构监测技术规范》（GB 50982－2014）第3.3.5节规定，根据预警等级不同，可采用结构分析结果作为基本预警值，即支架轴力最大值点位分析、支架横桥向最大位移点位分析、支架竖向最大位移点位分析的最大数值作为基本预警值，在基本预警值的基础上，取小于基本预警值的0.8倍作为安全值，取基本预警值的0.8倍作为预警值，取基本预警值的0.9倍作为报警值。

可得出下表：

该表仅为北闸互通E匝道第三跨3的安全值、预警值和报警值，其它跨度的安全值、预警值和报警值同理可根据步骤二中的有限元分析获得。

步骤四，进行满堂支架的实际搭设

搭设满堂支架之前对地表土进行清除，换填，压实，浇混凝土直至地基达到合格标准。盘扣架搭设顺桥向间距1.2m，横桥向间距0.9m，步距1.5m，扫地杆离地间距小于55cm，并布设一层水平剪刀撑，后每四跨布设一层水平剪刀撑。水平安全网每6m高度设置一层，并在离地2m部位加设一层。支架与模板之间采用“顶托+I10工字钢+10×10cm方木”连接，主龙骨直接放在顶托上，次龙骨间距20cm布置。

步骤五，安装监测装置

北闸互通E匝道第一跨1、第二跨2、第三跨3、第四跨4均搭设完毕后，根据有限元分析确定各种量的监测点的位置布设轮辐式拉压传感器监测满堂支架重点杆件轴力值、布设高精度激光测距仪监测满堂支架竖向变形和支架顶横向变形值。

步骤六，安装通讯装置及报警装置

北闸互通E匝道第一跨1、第二跨2、第三跨3、第四跨4均搭设完毕后，在满堂支架上安装通讯装置及报警装置，轮辐式拉压传感器、高精度激光测距仪和报警装置分别通过通讯装置与后台计算机无线连接。其中，通讯装置采用LORA无线传输网关；报警装置采用三色声光报警灯。

步骤七，报警提示设置

首先将步骤三中北闸互通E匝道各跨度的安全值、预警值和报警值存储于后台计算机，然后后台计算机通过限元分析的安全值、预警值和报警值，及轮辐式拉压传感器、高精度激光测距仪检测的实际数值进行对比，最后控制报警装置进行相应的报警提示。其中，报警装置绿色代表小于安全值，黄色代表达到预警值，红色报警代表达到报警值。

报警提示设置完毕后，即可进行北闸互通E匝道各跨度的浇筑施工，施工时现浇箱梁全部采用C50混凝土，在混凝土原料的选择、配合比、拌制上应严格按照要求执行。浇筑过程中高度方向浇筑分两次进行，先浇筑底板和腹板，待强度达到2.5MPa后进行凿毛、绑扎顶板钢筋、架设顶板模板后进行顶板混凝土浇筑。混凝土浇筑按照纵向一次性浇筑从低向高浇筑，竖向分层，分层厚度在30cm以内，从中间向两边对称进行浇筑的原则进行。即先进行中间腹板中间混凝土浇筑，再进行两侧腹板中间混凝土浇筑，然后均匀对称匀速向两头推进。

进一步的，作为本实施例的优选技术方案，为了保证项目实际施工过程中的安全，还可增加满堂支架重点部位基础沉降检测、施工环境温湿度检测、以及风速检测。

具体的，根据现场实际情况，及有限元计算结果分析。在跨中支架底部布设静力水准仪监测满堂支架重点部位基础沉降值，其中第一跨1监测点有46、44、31、49共四个点位位置，如图11所示；第二跨2监测点有40、43、47、48共四个点位位置，如图12所示；第三跨3监测点有16、17、10、14共四个点位位置，如图13所示；第四跨4监测点有41、42、50、45共四个点位位置，如图14所示。沉降监测布置点均布置于支架底部。支架沉降根据《建筑施工临时支撑结构技术规范》JGJ300-2013第8.09节规定，根据北闸互通E匝道第三跨3 40m长度计算可知，该跨度预警基本值为15mm，在基本预警值的基础上，取小于基本预警值的0.8倍作为安全值，取基本预警值的0.8倍作为预警值，取基本预警值的0.9倍作为报警值。

该项目在北闸互通E匝道第三跨3设置了一个温湿度的监测点，监测点的编号为2，位于40m跨，支架高度方向，安装在中部，通过布设室外温湿度传感器监测满堂支架施工环境温湿度，如图15所示。该项目在北闸互通E匝道第一跨1和第四跨4设置了2个风速风压监测点，编号分别为21,22，分别位于第一跨1 20m处，如图16所示，和第四跨4 30m处，如图17所示。风压监测通过布设风速风向传感器及风压变送器监测满堂支架施工环境中风速风向风压，风速风向传感器及风压变送器位于支架高度方向，检测仪安装在支架中上部。

根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90-2015）第3.0.16条规定，大雨、大雪、大雾和六级及以上大风等恶劣天气不得进行露天作业。经查询六级风风速为10.8-13.8m/s，即风速预警基本值为10.8m，在基本预警值的基础上，取小于基本预警值的0.8倍作为安全值，取基本预警值的0.8倍作为预警值，取基本预警值的0.9倍作为报警值。

静力水准仪、温湿度传感器、风速风向传感器、风压变送器分别通过通讯装置与后台计算机无线连接，后台计算机还存储有支架沉降的安全值、预警值和报警值、风速的安全值、预警值和报警值，以北闸互通E匝道第三跨3为例，可生成一下实时检测数据：

通过轮辐式拉压传感器、高精度激光测距仪、静力水准仪、温湿度传感器、风速风向传感器、风压变送器等检测装置实时进行监测，后台计算机通过将安全值、预警值和报警值与实时监测数值进行比对后控制报警装置进行相应的报警提示。报警装置进行红色报警时，及时梳理人员撤离现场，立即采取措施，待支架加固，情况稳定后可继续施工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。