苏巧江　万华

摘要：挂篮施工作为当前我国桥梁建设中最常见的施工工艺，经常发生人身、质量安全事故。本文以某斜拉桥为研究对象，从挂篮施工监测内容、监测系统组成、监控器布置、监控软件及数据分析等多个角度出发，分析了大桥挂篮施工监测控制系统的布设及分析过程。分析结果表明：该系统可以对挂篮的风速、倾斜度、应力、拉伸量、监测点温度等数据实时监控，当数据超出安全值时可发出安全预警。该系统有效防止了挂篮安全事故的发生，保证了人身安全，提升了工程质量。

关键词：菱形挂篮;监测;悬臂施工;传感器

中图分类号：U415.12;U445.1              文献标识码：A

收稿日期：2020-04-12

作者简介：苏巧江（1978-），男，高级工程师，研究方向：公路桥梁施工技术、项目管理;万华（1978-），男，高级工程师，研究方向：公路桥梁施工技术、项目管理。

挂篮由于其拆装简便、刚度大、自重轻、可以承受现浇混凝土梁大荷载的优点，而成为钢构桥悬臂、大跨预应力砼连续梁桥施工的主要荷载承重设备。但在实际桥梁挂篮施工中，经常出现挂篮滑移、坍塌的安全事故，这主要是由于挂篮施工中混凝土非对称浇筑、吊杆断裂、锚固段不牢固、主梁内部应力多变造成的，这也对我国交通基建带来了巨大的经济损失和人员伤亡[1-4]。近年来我国交通基础设施建设逐步向中西部地区倾斜，而这些区域地质条件复杂，沟壑众多，大跨径桥梁的比例逐步增多，因此挂篮施工的安全性风险也越来越高。本文针对当前桥梁建设中存在的这些安全问题，研究了挂篮施工监测系统在施工中的数据监测应用，当检测数据超过预定的安全值时，可及时提醒工程技术人员撤离施工现场，有效地减少了财产损失和人员伤亡。

1工程概况

本文以某过江斜拉桥工程项目为依托，在工程实践中检验完善挂篮施工监测控制系统。该桥梁工程是一座行人与汽车相互分开的双层结构的组合型大型桥梁。设计主要指标为：桥梁总长3.6km;桥宽37m;双向8车道;桥跨为79m+5×150m+79m;抗震烈度：7度，采用菱形挂篮悬臂施工[5]。

2监测系统设计

2.1监测内容

（1）挂篮悬臂施工存在技术难度大、工艺复杂、安全性低、数据采集难度大的特点，因此本项目的监测系统传感器布设在了挂篮结构的危险区域内，以便及时掌握挂篮结构应力变化数据。同时可将现场监测数据通过无线传输系统返回到数据存储和处理中心。通过相关软件计算，及时掌握挂篮的安全程度。具体设计流程见下图1所示。

（2）挂篮监控系统主要采集如下数据：①挂篮施工时的风速、温度;②挂篮主桁系统在水泥混凝土灌注时的荷载变化情况;③挂篮安裝架在外边因素影响下的变形量数据;④吊杆调整的长度参数。

（3）挂篮监测系统由安装架监测系统、吊挂监测系统、主桁架监测系统三部分组成[6]。这三个监测系统分别监测安装架形变量、量吊挂系统拉伸量、主桁系统应力三个数据。挂篮监测系统布置见下图2：

2.2监测系统组成

（1）监测中心软件平台、监测终端主机、外部传感器是构成挂篮监测控制系统的主要组成部分，见下图3。其中传感器是监控系统的核心部分，主要包括了拉力传感器、电子水平尺、微小位移传感器等多种敏感电子器件[7]。传感器的校准标定由监控系统的主机进行调整。

（2）本文分析用依托工程项目所采用的监控系统功能多样化，可满足施工环节各项数据采集需求。主要功能包括数据采集、存储记录、卫星定位、远程数据传输等等[8]。在挂蓝施工时可使用北斗卫星定位系统，精确记录挂篮各结构的应力及应变参数，同时通过远程数据传输系统将采集的数据反馈至监测中心，当各项监控参数超过安全预警值时，可立即向现场施工及管理人员发出预警[9]。

2.3传感器布置

（1）在挂篮工字钢凹形面内部布设菱形应力传感器，同时对其进行焊接，以避免外界压力对传感器产生损坏;

（2）温度计、风速仪及其他设备依次布设在挂篮横梁上，这些仪器的主要作用是采集挂篮结构相关数据，以判断是否对挂篮安全施工有影响;

（3）挂篮悬臂布设位移传感器和应变计的主要作用是采集应力应变的相关数据，判断其是否对挂篮安全施工有影响[10];

（4）将LVDT传感器布设在吊挂系统外侧，以监测拉伸量的数据变化情况。同时在槽钢内部安装MEMS水平仪，并用槽钢固定螺丝调节其基础位置，以监测水平位移的数据变化情况;

（5）将振弦式表面应变计布设在结构物的外表面，以监测挂篮主桁系统的应力数据变化情况，相关设备见图4所示：

2.4挂篮实时监控软件

（1）技术员利用监控系统采集应变数据需进行计算分析，并对现场监测结果用图表形式反馈回项目部。当监测系统采集的应力应变或温度等数据超过预设的安全值时，可对相关技术人员发出风险预警[11]。其中监测指标见表1所示。

（2）模块化设计具有兼容性好、适用范围广、扩展性良好、终端接口多的优点，可广泛应用于各种监测系统中。因此本项目采用模块化设计组装挂篮监控系统。

3监测结果分析

（1）对桥梁19#墩布设检测设备，采集不同工况下，结构温度、风速、结构应变量等指标的相关数据。

（2）通过对监测系统采集的数据分析可知，挂篮主桁结构的应力应变和钢索的应力应变在不同施工阶段表现出不同的变化规律。同时不同施工阶段下的相同监测数据也表现出不同变化规律。相关数据见表2所示。

（3）主桁架结构的内部应力随着施工阶段的不同而变化，通过监测数据可知，应力表现为先增加后减小的变化规律，且应力值都处于安全范围[12]。

（4）掛篮钢索拉伸值，其顶板拉伸量小于底板拉伸量，挂篮钢索最大拉伸量为3.325cm，最小拉伸量为0.0072cm。通过对数据的深入研究可知，施工环境中最高温度为35.01℃，最低温度为21.61℃，温度和风速对挂篮的应力、拉伸量的影响很小。

4 结论

挂篮监测系统组成复杂、技术先进，很多技术人员还未完全掌握。本文从挂篮施工监测内容、监测系统组成、监控器布置、监控软件及数据分析等多个角度出发，以某高速工程桥梁建设为例，分析了大桥挂篮施工监测控制系统的布设及分析过程。

（1）挂篮结构的应力和应变在不同施工阶段表现出不同的变化特点。其中挂篮钢索拉伸量≤3.325cm，主桁结构底板应力≤147.65Mpa。在实际监测过程中，需重点监测这两处位置的应力和拉伸量值。

（2）该系统可以对挂篮的风速、倾斜度、应力、拉伸量、监测点温度等数据实时监控，当数据超出安全值时可发出安全预警。该系统监测数据精度高，可有效防止挂篮安全事故的发生。

参考文献：

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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