用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置
技术领域
本申请涉及桥梁转体施工技术领域，特别涉及一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置。
背景技术
目前，为了尽可能减少对运营线路的影响，桥梁转体施工在跨越铁路、公路时常常成为首选甚至为必选方案。转体桥的转体系统由下转盘、上转盘、上球铰、下球铰、滑道、牵引系统组成，上转盘通过上球铰与下球铰可绕下转盘转动。在上转盘上施工桥墩和梁体，上转盘、桥墩和梁体共同形成转体部分。桥墩和梁体施工完成后，转体部分通过通过千斤顶对拉牵引索，形成旋转力实现转体。转体部分在转体过程中的平衡控制是一个关键点，既要保证转体部分在转体过程中的结构安全，重心偏心不宜过大；又要保证转体部分在转体过程中的可控性，重心偏心不宜过小。因此，在转体前要求对转体桥梁转体部分的重心进行确定和调整。
相关技术中，采用的方法是对转体部分进行不平衡重称重试验，授权公告号为CN105507163B的中国专利文献公开了《一种用于转体桥梁称重试验临界点判别的设备及检测方法》，采用的是球铰竖向转动法，主要原理是利用球铰在静摩擦状态与动摩擦状态之间的极限状态时，受力状态会发生突变，同时球铰处位移也发生突变，依此来判断此极限状态时对应的加载荷载，根据相关计算公式得到不平衡力矩，从而确定重心偏心值；使用的设备必须含有加载设备千斤顶，测量变形的位移传感器。
但是采用球铰竖向转动法的不平衡重称重试验测量转体桥梁转体部分重心存在较大不足：
1、目前转体桥梁单个转体部分重量已达到46000吨，当转体部分重量偏大或曲线时，需要的顶升荷载很大，对顶升装置要求较高和复杂，顶升荷载很大时可能对局部混凝土结构造成破坏。
2、顶升加载过程中不能对数据实时处理并反馈控制力的加载，这样极有可能导致转动失控，梁体发生倾覆，安全风险大。
3、每次顶升时，均需要把转体部分顶升至发生转动，才能获得所需数据，而每次顶转动都会改变转体部分梁体的空间几何位置；在后续合龙施工时，必须进行梁体纵向、横向空间几何姿态调整，否则相差太大，无法合龙，特别是钢梁，控制精度要求高，需要调整的工作量非常大，调整非常复杂。
实用新型内容
本申请实施例提供一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置，以解决相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。
第一方面，提供了一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置，该转体桥梁包括下转盘和转体部分，所述转体部分包括上转盘和梁体，所述梁体可通过所述上转盘绕所述下转盘转动；该装置包括：
4n个用于测量荷载力的测力装置，其中，n为正整数；所有的测力装置用于沿所述下转盘的圆周方向均匀间隔设置，并支撑于所述下转盘与所述上转盘之间，且所有的测力装置围设形成以所述下转盘的中心O为圆心，以R为半径的圆形，且相邻的两个测力装置之间的圆心角为θ；
控制装置，其与所述测力装置相连，并用于获取测力装置测量的荷载力，以及结合R和θ，计算所述转体部分的重心偏心量e。
一些实施例中，所述下转盘包括：
-下盘体，其中心朝上凸设并形成有下转台；
-下球铰，其设置于所述下转台上；
所述上转盘包括：
-上盘体，其中心朝下凸设并形成有上转台；
-上球铰，其设置于所述上转台上；且所述上球铰与下球铰相适配，以使所述上转盘可通过所述上球铰绕所述下球铰转动。
一些实施例中，所述下球铰为所述下转台向下凹陷形成的球面结构，所述上球铰为所述上转台向下凸设形成的球面结构。
一些实施例中，所述下球铰为所述下转台向上凸设形成的球面结构，所述上球铰为所述上转台向上凹陷形成的球面结构。
一些实施例中，所述上盘体的直径小于所述下盘体的直径。
一些实施例中，所述上盘体的直径大于所述下转台的直径。
一些实施例中，该装置还包括多个支撑柱，多个所述支撑柱用于沿所述下转盘的圆周方向均匀间隔设置，并支撑于所述下转盘与所述上转盘之间，且所有的支撑柱围设形成以所述下转盘的中心O为圆心，以R2为半径的圆形。
一些实施例中，所述R2大于R。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请利用转体桥梁结构的特点，在上转盘和下转盘之间均匀布置4n个测力装置，只需完成测力装置的布置，获取测力装置的布置参数R和θ，以及结合测力装置测量的荷载力，就能计算转体部分的重心偏心量e。以解决相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。测量过程简单高效，且可实现实时测量转体部分的重心偏心量e，在施工转体部分的过程中就可以获得重心偏心量e，方便对施工过程的安全和平衡的掌控，保障测量的准确性和及时性以及施工的安全性和可控性。
本申请实施例提供了一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置，由于本申请利用转体桥梁结构的特点，在上转盘和下转盘之间均匀布置4n个测力装置，只需完成测力装置的布置，获取测力装置的布置参数R和θ，以及结合测力装置测量的荷载力，就能计算转体部分的重心偏心量e。因此，本申请的测力装置解决了相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。测量过程简单高效，且可实现实时测量转体部分的重心偏心量e，在施工转体部分的过程中就可以获得重心偏心量e，方便对施工过程的安全和平衡的掌控，保障测量的准确性和及时性以及施工的安全性和可控性。
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一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置的主视图；
图2为本申请实施例提供的一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置的测力装置的平面布置图；
图3为图1的俯视图。
图中：1-下转盘,10-下盘体，11-下转台，12-下球铰,2-上转盘,20-上盘体，21-上转台，22-上球铰,3-梁体，4-转体部分,5-控制装置,6-测力装置,7-荷载小车，8-支撑柱。
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用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置，其能解决相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。
实施例1：
图1是本申请实施例1提供的一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的装置的主视图。该转体桥梁包括下转盘1和转体部分4，转体部分4包括上转盘2和梁体3，梁体3可通过上转盘2绕下转盘1转动；该装置包括：4n个用于测量荷载力的测力装置6和控制装置5，其中，n为正整数；所有的测力装置6用于沿下转盘1的圆周方向均匀间隔设置，并支撑于下转盘1与上转盘2之间，且所有的测力装置 6围设形成以下转盘1的中心O为圆心，以R为半径的圆形，且相邻的两个测力装置6之间的圆心角为θ；控制装置5与测力装置6相连，并用于获取测力装置6测量的荷载力，以及结合R和θ，计算转体部分4的重心偏心量e。具体的：以O为中心点，横桥向为下转盘1的横向中心线，纵桥向为下转盘1的纵向中心线，将下转盘1划分为E区域、S区域、W区域和N区域，其中，E区域和N区域位于纵向中心线的大里程侧，并分别位于横向中心线的右侧和左侧；S区域和W 区域位于纵向中心线的小里程侧，并分别位于横向中心线的右侧和左侧；本申请将测力装置6均匀布置于E区域、S区域、W区域和N区域内，每个区域内至少布置一个测力装置6，因此需要的测力装置6 的数量为4n个，n为每个区域布置的测力装置6的数量。
本申请实施例1利用转体桥梁结构的特点，在上转盘2和下转盘 1之间均匀布置4n个测力装置6，只需完成测力装置6的布置，获取测力装置6的布置参数R和θ，以及结合测力装置6测量的荷载力，就能计算转体部分4的重心偏心量e。以解决相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。测量过程简单高效，且可实现实时测量转体部分4的重心偏心量e，在施工转体部分4的过程中就可以获得重心偏心量e，方便对施工过程的安全和平衡的掌控，保障测量的准确性和及时性以及施工的安全性和可控性。
优选的，下转盘1包括下盘体10和下球铰12，下盘体10中心朝上凸设并形成有下转台11，下球铰12设置于下转台11上；上转盘2包括上盘体20和上球铰22，上盘体20中心朝下凸设并形成有上转台21，上球铰22设置于上转台21上；且上球铰22与下球铰12 相适配，以使上转盘2可通过上球铰22绕下球铰12转动。其中，关于R和θ的计算如下：
根据下转盘1的半径r，计算所需的测力装置6的数量4n，以及相邻的两个测力装置6关于下转盘1的中心O的圆心角θ，n为正整数。下转盘1的半径r为下球铰12在下盘体10上的投影的半径。采用如下公式计算n和θ：
可选的，参见图2所示，下球铰12为下转台11向下凹陷形成的球面结构，上球铰22为上转台21向下凸设形成的球面结构。桥梁在转体过程中，下球铰12套在上球铰22外，上球铰22在下球铰12内转动。
可选的，下球铰12为下转台11向上凸设形成的球面结构，上球铰22为上转台21向上凹陷形成的球面结构。桥梁在转体过程中，上球铰22套在下球铰12外，上球铰22在下球铰12外转动。
进一步的，上盘体20的直径小于下盘体10的直径。下盘体10 为底座，为了保证其稳定性和更好的支撑性，因此需要将下盘体10 的直径设计的更大。
更进一步的，上盘体20的直径大于下转台11的直径，方便在上盘体20和上盘体20之间安装测力装置6。
可选的，该装置还包括多个支撑柱8，多个支撑柱8用于沿下转盘1的圆周方向均匀间隔设置，并支撑于下转盘1与上转盘2之间，且所有的支撑柱8围设形成以下转盘1的中心O为圆心，以R2为半径的圆形。由于转体部分4的重量较大，测力装置6的承载力有限，超过其承载力会对测量结果有影响，因此设置支撑柱8分担转体部分4 的载荷，防止损坏测力装置。
优选的，R2大于R，方便后期拆除支撑柱8。且支撑柱8的半径为R’，测力装置6的布置位置与中心O的距离R还需考虑到支撑柱8 的半径R’，本申请实施例2的R＝R1-2R'-1，此时的R1为上盘体20 的半径。当R1＝6m，R’＝0.7m时，R＝3.6m。
实施例2：
本申请实施例2提供了一种用于测量转体桥梁的转体部分重心的方法，其能解决相关技术中需要载荷很大的顶升力将转体部分顶升至发生转动，才能测量转体部分的重心的问题。其包括以下步骤：
S1：根据下转盘1的半径r，计算所需的测力装置6的数量4n，以及相邻的两个测力装置6关于下转盘1的中心O的圆心角θ，n为正整数。参见图1和图2所示，具体的：以O为中心点，横桥向为下转盘1的横向中心线，纵桥向为下转盘1的纵向中心线，将下转盘1 划分为E区域、S区域、W区域和N区域，其中，E区域和N区域位于纵向中心线的大里程侧，并分别位于横向中心线的右侧和左侧；S 区域和W区域位于纵向中心线的小里程侧，并分别位于横向中心线的右侧和左侧；本申请将测力装置6均匀布置于E区域、S区域、W区域和N区域内，每个区域内至少布置一个测力装置6，因此需要的测力装置6的数量为4n个，n为每个区域布置的测力装置6的数量。
其中，下转盘1包括下盘体10和下球铰12，下盘体10的中心朝上凸设并形成有下转台11，下球铰12设置于下转台11上；上转盘2包括上盘体20和上球铰22，上盘体20中心朝下凸设并形成有上转台21，上球铰22设置于上转台21上；且上球铰22与下球铰12 相适配，以使上转盘2可通过上球铰22绕下球铰12转动。下转盘1 的半径r为下球铰12在下盘体10上的投影的半径。采用如下公式计算n和θ：
本申请实施例2的测力装置6的数量以及θ见下表：
当r＝2.5m时，n＝5，θ为18度，测力装置6的总数量为20个。
S2：确定测力装置6的布置位置与中心O的距离R；参见图1所示，本申请实施例2中的上盘体20的半径小于下盘体10的半径，上盘体20的半径大于下转台11的半径。因此在选取测力装置6的布置位置时，需保证R大于下转台11的半径，且小于上盘体20的半径。另外，优选的，本申请实施例1在测量转体部分的重心时还预留有多个支撑柱8的位置，以使多个支撑柱8沿下转盘1的圆周方向均匀间隔设置，并支撑于所述下转盘1与上转盘2之间，且所有的支撑柱8 围设形成以下转盘1的中心O为圆心，以R2为半径的圆形，R2大于R，且支撑柱8的半径为R’。因此，测力装置6的布置位置与中心O的距离R还需考虑到支撑柱8的半径R’，本申请实施例1的 R＝R1-2R'-1，此时的R1为上盘体20的半径。当R1＝6m，R’＝0.7m时， R＝3.6m，将测力装置6布置在以O为圆心，半径为3.6m的圆上，且相邻的两个测力装置6之间的夹角为18度。
S3：沿下转盘1的圆周方向,在下转盘1上均匀布置所有的测力装置6，以使所有的测力装置6围设形成以O为圆心，以R为半径的圆形，且相邻的两个测力装置6之间的圆心角为θ；且在下转盘1上均匀布置所有的支撑柱8，以使所有的支撑柱8围设形成以下转盘1 的中心O为圆心，以R2为半径的圆形。
S4：在下转盘1上依次施工上转盘2和梁体3，完成转体部分4 的施工，并使测力装置6以及支撑柱8支撑于上转盘2和下转盘1之间。
S5：通过控制装置5获取所有的测力装置6测量的荷载力，结合 R和θ，计算转体部分4的重心偏心量e，重心偏心量e包括横向分量eH和纵向分量eZ。
其中，eH的计算公式如下：
式中，P6E为位于E区域内的测力装置6测量的荷载力，P6S为位于S区域内的测力装置6测量的荷载力，P6W为位于W区域内的测力装置6测量的荷载力，P6N为位于N区域内的测力装置6测量的荷载力；
eZ的计算公式如下：
式中，
S6：根据重心偏心量e和圆心O，获得转体部分4的实际重心。若根据上述计算得到eH为-0.01，eZ为0，则可知转体部分4的重心沿横向中心线向右侧偏移了0.01m，且e为0.01；若根据上述计算得到eH为0，eZ为+0.02，则可知转体部分4的重心沿纵向中心线向大里程侧偏移了0.02m，且e为0.02；若根据上述计算得到eH为+0.01， eZ为-0.02，则可知转体部分4的重心沿横向中心线向右侧偏移 0.01m，再朝小里程侧偏移0.02m，且偏移到W区域，且e为0.022。
本申请实施例2提供的用于测量转体桥梁的转体部分重心的方法不同于现有的球铰竖向转动法，提供了一种安全可靠确定转体桥梁转体部分重心的方法，自动采集测力装置6的数据，实现全施工过程重心的实时监测，保证了施工过程重心智能监测和转体桥梁的安全施工；避免了竖向转动法造成的梁体发生倾覆，梁体的空间几何位置变化等问题，提高了施工安全性，最终实现转体桥梁施工质量的提升和施工安全风险下降。
优选的，本申请实施例2在计算转体部分4的重心偏心量e之后，还包括以下步骤：
S7：控制装置5将e与预设的多级阈值区间进行比对，判断e所在的阈值区间的级别，并发出相应预警，提醒工作人员采取相应的措施，实现对重心偏心的程度的监控。
其中，预设的多级阈值区间包括一级阈值区间、二级阈值区间、三级阈值区间和四级阈值区间，一级阈值区间、二级阈值区间、三级阈值区间和四级阈值区间的范围依次增大；一级阈值区间为，二级阈值区间为[0.050，0.150)，三级阈值区间为[0.150，e1)，四级阈值区间为[e1，e2)。
关于e1和e2：
MZ＝0.64μ0NR
当MG＝MZ时，e1＝MZ/G
式中，μ0为上球铰和下球铰的静摩擦系数；G为转体部分重量，单位kN；R为上球铰的球半径，单位m；MZ为上球铰和下球铰的最大静摩阻力矩，单位kNm；MG为转体部分的不平衡力矩，单位kNm；e1为MZ与MG相等时确定的重心偏心量。
MZ＝0.64μ0NR
MZC＝P2r2
当MG＝MZ+MZC时，e2＝MZ/G
式中，μ0为上球铰和下球铰的静摩擦系数；G为转体部分重量，单位kN；R为上球铰的球半径，单位m；MZ为上球铰和下球铰的最大静摩阻力矩，单位kNm；MZC为当支撑柱的支撑力P2＝2000kN，支撑柱到0的距离为r2时，提供的支撑力矩，单位kNm；MG为转体部分的不平衡力矩，单位kNm；e2为MG和MZC之和与MG相等时确定的重心偏心量。
当e处于一级阈值区间时，发出绿色预警；
当e处于二级阈值区间时，发出蓝色预警；
当e处于三级阈值区间时，发出橙色预警；
当e处于四级阈值区间时，发出红色预警。
更进一步的，参见图3所示，计算转体部分4的重心偏心量e之后，获得转体部分4的实际重心之前，还需要对重心偏心量e进行验证和修正，具体包括以下步骤：
S5-1：提供用于校验重心偏心量的荷载小车7，受到荷载小车7 的重量的局限性，本申请实施例1只对重心偏心量的纵向分量eZ进行修正；
S5-2：根据预设的递增幅度Δx，获得eZ的m个理论增量，m≥2，记第i个理论增量为ei，ei＝iΔx,i＝1，2......m；
S5-3：根据ei，并结合荷载小车7的重量GXC以及转体部分4的重量G，计算当eZ增加ei时，荷载小车7至梁体3中心的距离Li；采用如下公式计算Li：
预设的递增幅度Δx为0.005，计算结果为:
S5-4：在梁体上放置荷载小车7，荷载小车7与eZ的偏心方向位于同侧，也就是，若eZ为正数，则将荷载小车7放置在大里程侧，若 eZ为负数，则将荷载小车7放置在小里程侧。举例说明荷载小车7 移动的距离Li：若eH为-0.01，eZ为+0.02，说明转体部分4的重心的纵向分量沿纵向中心线向大里程侧偏移了0.02m，当eZ增加0.005，那么将荷载小车7沿纵向中心线向大里程侧移动至距离梁体3中心 9.250的位置；若eH为-0.02，eZ为-0.03，说明转体部分4的重心的纵向分量沿纵向中心线向小里程侧偏移了0.03m，当eZ增加0.010，那么将荷载小车7沿纵向中心线向小里程侧移动至距离梁体3中心 18.50的位置。
S5-5：获取测力装置6测量的荷载力，计算eZ的实际增量Δei；
S5-6：根据Δe1，Δe2......Δem，以及e1，e2.....em，获取修正关系式，利用修正关系式对eZ进行修正，同理，利用该修正关系式对 eH进行修正，得到修正后的eH，再将修正后的eZ和eH带入公式
本申请的实施例2在初步确定重心偏心量e后，通过简洁快速可重复的修正手段，对重心偏心量e进行修正，得到准确的转体部分4 的重心。
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。
