CN110593119A - 一种预制桥梁上下构件拼装定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预制桥梁上下构件拼装定位装置及方法，装置包括分别绕设于下构件钢筋及上构件套筒外的导电线圈，以及与导电线圈电连接的外部电源；方法包括：1)将导电线圈绕设于下构件钢筋外并部分浇注于混凝土内，得到下构件；2)将导电线圈绕设于上构件套筒外并一同浇注于混凝土内，得到上构件；3)将导电线圈与外部电源电连接；4)吊起上构件并移至下构件上方；5)通过调节电流方向及电流强度，将上下构件定位；6)下放上构件并对套筒灌浆，使上下构件拼接固定。与现有技术相比，本发明通过电磁感应与磁极之间的作用力实现上构件下构件对接定位，提高预制桥梁拼装过程的自动性与高效性，具有较好的应用前景。

Description

一种预制桥梁上下构件拼装定位装置及方法

技术领域

本发明属于桥梁结构施工技术领域，涉及一种预制桥梁上下构件拼装定位装置及方法。

背景技术

全预制桥梁是一种将桥梁全部或大部分主要构件在工厂或预制场集中预制并现场拼装的桥梁。下部结构拼装是全预制桥梁拼装的一大重点与难点。桩柱式桥墩是目前公路桥梁中非常广泛采用的桥墩形式，而全预制桥梁的桩柱式桥墩预制立柱与盖梁在拼接时需要保证精确定位。现有的盖梁定位方法仍以人工定位为主，少数工程采用了机械装置辅助定位。

人工定位具体是指在一名升降机指挥工人的指挥下，多名工人在地面上通过拉拽系于盖梁两侧的缆风绳控制盖梁的角度与立柱-盖梁相对位置。升降机指挥工人立于与盖梁等高的升降机上，依靠肉眼观察盖梁的定位情况并实时指挥地面上的拉绳工人调整缆风绳的角度及力量大小。此方法只适用于立柱不是很高且施工场地有较大的空旷区域供工人拉拽缆风绳的情况，且费时费工，至少需要三名工人同时工作，定位效率高度依赖拉绳工人与指挥工人之间的交流与默契。当二者之间交流不顺畅时，将产生极大的不同步，严重影响施工效率。对于质量和体积巨大的盖梁，安装定位如果不能保证精确，一点微小偏移调整起来也特别困难。

机械装置辅助定位主要是通过在吊机上安装机械辅助装置，在吊装过程中能够自动调整盖梁姿态或实时反馈盖梁定位信息。中国专利CN107986161A公开了一种大型工件吊装过程的姿态监测和定位装置，通过安装在构件上的GPS模块与姿态监测模块可以实时监测吊装定位情况。但应用在盖梁吊装尤其是多跨长桥中多片盖梁流水吊装时仍显装置、原理复杂且成本较高。

因此，能发明一种精度高、成本低、使用方便、操作灵活且可以一次调整到位、适用于预制桩柱式桥墩盖梁吊装时定位的装置是十分重要的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服预制桥梁节段对接拼装过程中存在的对接效率差、准确度低的问题而提供一种预制桥梁上下构件拼装定位装置及方法，尤其适用于盖梁与立柱之间以及立柱不同节段之间的拼装定位过程，具有一定程度的可推广性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，用于将上构件拼装于下构件上，所述的下构件顶部设有多个下构件钢筋，所述的上构件底部设有多个分别与每个下构件钢筋相适配的上构件套筒，其特征在于，

所述的装置包括绕设于下构件钢筋外的钢筋导电线圈、绕设于上构件套筒外的套筒导电线圈，以及分别与钢筋导电线圈及套筒导电线圈电连接的外部电源。

所述的钢筋导电线圈与套筒导电线圈分别绕设于部分下构件钢筋及相应的上构件套筒外，通电后导电线圈产生电磁感应现象，将下构件钢筋及上构件套筒磁化，通过磁场作用，将下构件钢筋与上构件套筒进行定位。

所述的导电线圈可采用自下而上逆时针螺旋的方式，绕设于下构件钢筋及上构件套筒外。

所述的导电线圈绕设于上构件套筒外可减少套筒灌浆过程或灌浆固化后，导电线圈对套筒与钢筋之间连接效果的影响。

进一步地，所述的钢筋导电线圈绕设于多个立柱钢筋中位于一组对角点处的下构件钢筋外，所述的套筒导电线圈绕设于相应的上构件套筒外。

进一步地，所述的钢筋导电线圈绕设于多个立柱钢筋中位于4个角点处的下构件钢筋外，所述的套筒导电线圈绕设于相应的上构件套筒外。

本装置采用在一组对角点处分别布设或在4个角点处分别布设，有利于以较少的装置成本获得较好的定位效果。

进一步地，所述的外部电源为直流电源。

本装置可通过改变电流方向控制钢筋导电线圈与套筒导电线圈之间的相互吸引或排斥作用，并通过电流大小控制吸引作用或排斥作用的强度，进而产生使上构件平移的牵引力或旋转的力矩，实现上构件的准确定位。

进一步地，所述的下构件钢筋与钢筋导电线圈之间、上构件套筒与套筒导电线圈之间均设有限位机构。

进一步地，所述的限位机构包括多个沿轴向分别布设于下构件钢筋或上构件套筒外的限位组件。

进一步地，所述的限位组件包括套设于下构件钢筋或上构件套筒外的连接环以及设于连接环上的线圈固定环扣，所述的钢筋导电线圈及套筒导电线圈分别穿过相应的线圈固定环扣。

通过限位组件限制下构件钢筋及上构件套筒上相应导电线圈段间的相对位移，将导电线圈固定于下构件钢筋及上构件套筒外，并通过限位组件在下构件钢筋及上构件套筒外的布设方式，进而控制导电线圈沿轴向的绕设长度及相邻线圈之间的间距。

进一步地，所述的连接环为弹性连接环，所述的线圈固定环扣的侧壁上沿轴向开设有开口。

所述的弹性连接环采用具有一定弹性的橡胶制成，可适用于多种直径的钢筋或套筒，所述的线圈固定环扣采用硬质塑料制成，所述的开口便于将导电线圈嵌入线圈固定环扣内。

一种基于上述装置的预制桥梁上下构件拼装定位方法，包括以下步骤：

1)在下构件钢筋绑扎阶段，将钢筋导电线圈绕设于下构件钢筋外，引出钢筋导电线圈的两端导线，之后进行下构件混凝土浇筑，使钢筋导电线圈的两端导线及绕设有钢筋导电线圈的部分下构件钢筋分别露出于混凝土外，得到下构件；

2)在上构件钢筋绑扎阶段，将套筒导电线圈绕设于上构件套筒外，引出套筒导电线圈的两端导线，之后进行上构件混凝土浇筑，将套筒导电线圈与上构件套筒一同浇注于混凝土中，并使套筒导电线圈两端导线及上构件套筒的底部开孔露出于混凝土外，得到上构件；

3)将钢筋导电线圈与套筒导电线圈分别与外部电源电连接；

4)吊起上构件并移动至下构件上方，使绕设有钢筋导电线圈的下构件钢筋与相应的绕设有套筒导电线圈的上构件套筒相靠近；

5)启动外部电源，通过调节电流方向及电流强度，调整上构件位置，并通过通电线圈产生的磁力吸引完成上构件与下构件的定位；

6)下放上构件并对上构件套筒进行灌浆，完成上构件与下构件的拼接固定。

进一步地，步骤1)中，所述的下构件混凝土浇筑过程中，将0.15-0.25倍长度的钢筋导电线圈及相应的下构件钢筋浇注于混凝土内，从而对钢筋导电线圈起到辅助定位的作用。

工作原理：本发明通过在下构件钢筋及上构件套筒外绕设导电线圈，并对导电线圈通电，产生电磁感应现象，使下构件钢筋及上构件套筒磁化，通过控制导电线圈内的电流方向及电流大小，控制下构件钢筋与上构件套筒之间的磁场相互作用，进而调整下构件钢筋与上构件套筒的相对位置，并最终通过两者的磁力吸引作用，使上构件与下构件准确对接定位。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明主要将电磁感应及磁极之间的作用力等原理，应用于预制桥梁节段对接拼装过程中，上下构件的定位连接，尤其适用于盖梁与立柱以及立柱不同节段的拼装过程，提高预制桥梁拼装过程的自动性与高效性；

2)本发明装置结构简单，操作方便，无需大型仪器或繁琐的操作步骤，即可实现预制桥梁的对接定位过程，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明中钢筋导电线圈绕设于一对对角点处下构件钢筋的结构示意图；

图2为本发明中绕设有钢筋导电线圈的下构件钢筋的结构示意图；

图3为本发明中一种预制桥梁上下构件拼装定位装置的结构示意图；

图4为本发明中限位组件的结构示意图；

图5为本发明中钢筋导电线圈引出两端导线后的结构示意图；

图中标记说明：

1-下构件钢筋、2-上构件套筒、3-钢筋导电线圈、4-套筒导电线圈、5-连接环、6-线圈固定环扣。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例用于将上构件——盖梁对接拼装于下构件——立柱上。

安装定位装置：在盖梁对角以及立柱的对应位置处的盖梁套筒2及立柱钢筋1外安装导电线圈。在立柱钢筋绑扎阶段套上导电线圈，并用如图4所示的连接环5与线圈固定环扣6将导电线圈与线圈固定环扣6固定，引出钢筋导电线圈3两端的导线以备连接外部电源，浇筑混凝土时将钢筋导电线圈3底部约1/5处连同立柱钢筋1浇筑，以固定钢筋导电线圈3，在盖梁套筒2外套设套筒导电线圈4，用连接环5与线圈固定环扣6将盖梁套筒2与套筒导电线圈4固定，浇筑混凝土时将盖梁套筒2与套筒导电线圈4一同浇筑。

盖梁吊装定位：将立柱与盖梁上线圈引出的导线通过长导线与外部电源电连接；捆绑盖梁，用起重机将盖梁吊起，定位工程师驾驶升降机就位观察；之后由起重机将盖梁大致移动到盖梁设计位置处，使钢筋导电线圈3与套筒导电线圈4之间的距离控制在磁力影响范围内；通过外部电源对导电线圈通电，由定位工程师逐渐加大电流，提升立柱与盖梁电磁线圈的作用力；通过调节电流方向、电流强度来控制盖梁的平移或者旋转，由定位装置产生的磁力使得盖梁与立柱相互吸引，完成精确定位；定位工程师指挥起重机下放盖梁，吊装工作完成；最后进行对套管灌浆等后续工作，完成盖梁与立柱的拼接固定。

实施例2：

如图3所示的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其中上构件为盖梁，下构件为立柱，装置包括如图2所示的绕设于立柱钢筋1外的钢筋导电线圈3、绕设于盖梁套筒2外的套筒导电线圈4，以及分别与钢筋导电线圈3及套筒导电线圈4电连接的外部电源。

其中，钢筋导电线圈3及套筒导电线圈4均采用自下而上逆时针螺旋的方式绕设，并依照如图1所示的方式，将钢筋导电线圈3绕设于一组对角点处的立柱钢筋1外，套筒导电线圈4绕设于相应的盖梁套筒2外，外部电源为直流电源。

立柱钢筋1与钢筋导电线圈3沿轴向布设有多个如图4所示的限位组件，该限位组件包括套设于立柱钢筋1及盖梁套筒2外的连接环5以及设于连接环5上的线圈固定环扣6，钢筋导电线圈3及套筒导电线圈4分别穿过相应的线圈固定环扣6，其中，连接环5为橡胶连接环，线圈固定环扣6为硬质塑料环扣，线圈固定环扣6的侧壁上沿轴向还开设有开口。

实施例3：

本实施例用于将上构件——盖梁对接拼装于下构件——立柱上，并且本实施例中的钢筋导电线圈3分别绕设于4个角点处的立柱钢筋1外，套筒导电线圈4绕设于相应的盖梁套筒2外。

其余同实施例2。

实施例4：

本实施例采用实施例2中的预制桥梁上下构件拼装定位装置将盖梁拼装定位于立柱上，包括以下步骤：

1)在立柱钢筋绑扎阶段，将钢筋导电线圈3绕设于立柱钢筋1外，并如图5所示将钢筋导电线圈3的两端导线引出，之后进行立柱混凝土浇筑，使钢筋导电线圈3的两端导线及绕设有钢筋导电线圈3的部分立柱钢筋1分别露出于混凝土外，得到立柱；

2)在盖梁钢筋绑扎阶段，将套筒导电线圈4绕设于盖梁套筒2外，引出套筒导电线圈4的两端导线，之后进行盖梁混凝土浇筑，将套筒导电线圈4与盖梁套筒2一同浇注于混凝土中，并使套筒导电线圈4两端导线及盖梁套筒2的底部开孔露出于混凝土外，得到盖梁；

3)将钢筋导电线圈3与套筒导电线圈4分别与外部电源电连接；

4)吊起盖梁并移动至立柱上方，使绕设有钢筋导电线圈3的立柱钢筋1与相应的绕设有套筒导电线圈4的盖梁套筒2相靠近；

5)启动外部电源，通过调节电流方向及电流强度，调整盖梁位置，并通过通电线圈产生的磁力吸引完成盖梁与立柱的定位；

6)下放盖梁并对盖梁套筒2进行灌浆，完成盖梁与立柱的拼接固定。

其中，步骤1)中，立柱混凝土浇筑过程中，将0.2倍长度的钢筋导电线圈3及相应的立柱钢筋1浇注于混凝土内，从而对钢筋导电线圈3起到辅助定位的作用。

本实施例通过对绕设于立柱钢筋1及盖梁套筒2外的导电线圈通电，使导电线圈产生电磁感应现象，即使立柱钢筋1及盖梁套筒2磁化，并通过控制导电线圈内的电流方向及电流大小，控制立柱钢筋1与盖梁套筒2之间的磁场相互作用，进而调整立柱钢筋1与盖梁套筒2的相对位置，最后通过两者的磁力相互吸引作用，使盖梁与立柱准确对接定位。

实施例5：

本实施例中将0.15倍长度的钢筋导电线圈3及相应的立柱钢筋1浇注于混凝土内，从而对钢筋导电线圈3起到辅助定位的作用。

其余同实施例4。

实施例6：

本实施例中将0.25倍长度的钢筋导电线圈3及相应的立柱钢筋1浇注于混凝土内，从而对钢筋导电线圈3起到辅助定位的作用。

其余同实施例4。

实施例7：

一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其中，上构件为立柱上节段，下构件为立柱下节段。

其余同实施例2。

实施例8：

本实施例采用实施例7中的预制桥梁上下构件拼装定位装置将上构件对接拼装于下构件上，其中，上构件为立柱上节段，下构件为立柱下节段。

其余同实施例4。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，该装置用于将上构件拼装于下构件上，所述的下构件顶部设有多个下构件钢筋(1)，所述的上构件底部设有多个分别与每个下构件钢筋(1)相适配的上构件套筒(2)，其特征在于，

所述的装置包括绕设于下构件钢筋(1)外的钢筋导电线圈(3)、绕设于上构件套筒(2)外的套筒导电线圈(4)，以及分别与钢筋导电线圈(3)及套筒导电线圈(4)电连接的外部电源。

2.根据权利要求1所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的钢筋导电线圈(3)绕设于多个下构件钢筋(1)中位于一组对角点处的下构件钢筋(1)外，所述的套筒导电线圈(4)绕设于相应的上构件套筒(2)外。

3.根据权利要求1所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的钢筋导电线圈(3)绕设于多个下构件钢筋(1)中位于4个角点处的下构件钢筋(1)外，所述的套筒导电线圈(4)绕设于相应的上构件套筒(2)外。

4.根据权利要求1所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的外部电源为直流电源。

5.根据权利要求1所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的下构件钢筋(1)与钢筋导电线圈(3)之间、上构件套筒(2)与套筒导电线圈(4)之间均设有限位机构。

6.根据权利要求5所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的限位机构包括多个沿轴向分别布设于下构件钢筋(1)或上构件套筒(2)外的限位组件。

7.根据权利要求6所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的限位组件包括套设于下构件钢筋(1)或上构件套筒(2)外的连接环(5)以及设于连接环(5)上的线圈固定环扣(6)，所述的钢筋导电线圈(3)及套筒导电线圈(4)分别穿过相应的线圈固定环扣(6)。

8.根据权利要求7所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位装置，其特征在于，所述的连接环(5)为弹性连接环，所述的线圈固定环扣(6)的侧壁上沿轴向开设有开口。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述装置的预制桥梁上下构件拼装定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在下构件钢筋绑扎阶段，将钢筋导电线圈(3)绕设于下构件钢筋(1)外，引出钢筋导电线圈(3)的两端导线，之后进行下构件混凝土浇筑，使钢筋导电线圈(3)的两端导线及绕设有钢筋导电线圈(3)的部分下构件钢筋(1)分别露出于混凝土外，得到下构件；

2)将套筒导电线圈(4)绕设于上构件套筒(2)外，引出套筒导电线圈(4)的两端导线，之后进行上构件混凝土浇筑，将套筒导电线圈(4)与上构件套筒(2)一同浇注于混凝土中，并使套筒导电线圈(4)两端导线及上构件套筒(2)的底部开孔露出于混凝土外，得到上构件；

3)将钢筋导电线圈(3)与套筒导电线圈(4)分别与外部电源电连接；

4)吊起上构件并移动至下构件上方，使绕设有钢筋导电线圈(3)的下构件钢筋(1)与相应的绕设有套筒导电线圈(4)的上构件套筒(2)相靠近；

5)启动外部电源，通过调节电流方向及电流强度，调整上构件位置，并通过通电线圈产生的磁力吸引完成上构件与下构件的定位；

6)下放上构件并对上构件套筒(2)进行灌浆，完成上构件与下构件的拼接固定。

10.根据权利要求9所述的一种预制桥梁上下构件拼装定位方法，其特征在于，步骤1)中，所述的下构件混凝土浇筑过程中，将0.15-0.25倍长度的钢筋导电线圈(3)及相应的下构件钢筋(1)浇注于混凝土内。