对大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准称重的研究

对大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准称重的研究

郭耀东 赵万秋 王阳 赵崇敬 李丰光

中国建筑第七工程局有限公司 河南省郑州市 450000

南阳方枣高速公路有限公司  河南省南阳市 473000

摘要：本文针对大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准称重技术进行深入研究。通过对该技术的研究，旨在为我国桥梁工程提供一种高效、准确的称重方法，为桥梁建设和维护提供有力保障。

关键词：大吨位；长悬臂；曲线梁水平转体；精准称重

引言

随着我国基础设施建设的快速发展，大型桥梁工程日益增多，大吨位、长悬臂曲线梁水平转体施工技术在桥梁建设中得到了广泛应用。准确对这类结构进行称重，是确保桥梁工程质量和安全的关键环节。大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准称重技术的研究，对于提高桥梁建设水平、保障施工安全具有重要意义。

一、理论分析

1.1 转体系统的结构特点和受力分析

转体系统的结构特点是长悬臂曲线梁，这种结构在转体过程中，悬臂端部的载荷分布和受力状态会随着转体角度的变化而发生显著变化。在称重过程中，必须对这种变化的受力状态进行精确的分析和计算，以确保称重结果的准确性。

受力分析主要包括以下几个方面：转体过程中，由于自重和载荷的作用，梁的弯曲和扭转应力；悬臂端部在转体过程中的载荷分布变化；称重系统对转体系统的反作用力。

1.2 称重系统的原理和组成

称重系统的原理是基于物体受力平衡的原理，通过测量物体受到的各个力的大小和方向，计算出物体的重量。称重系统主要由以下几个部分组成：力传感器：用于测量物体受到的力的大小；数据采集系统：用于采集力传感器输出的信号，并进行处理；计算控制系统：用于根据采集到的数据，计算物体的重量；显示和输出系统：用于显示计算结果，并可以输出到其他设备。

1.3 精准称重的影响因素分析

精准称重的影响因素主要包括以下几个方面：转体系统的结构特点和受力分析的准确性：如果对转体系统的结构特点和受力分析不准确，会导致称重结果的误差增大；称重系统的原理和组成的合理性：如果称重系统的原理和组成不合理，会影响称重结果的准确性；环境因素：如温度、湿度等环境因素的变化，也会对称重结果产生影响；操作因素：如操作不当、设备故障等，也会对称重结果产生影响。

二、实验研究

2.1 实验方案设计

本研究针对某高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠转体箱梁工程实例设计了以下方案：首先，搭建一个高精度的称重平台，确保其水平度和稳定性。然后，在曲线梁的转体处设置多个传感器，用于实时监测梁体的姿态和受力情况。同时，为了保证称重的准确性，还需要考虑环境因素对实验结果的影响，如温度、湿度等，并采取相应的措施进行校正。

2.2 实验数据采集与处理

在实验过程中，通过传感器实时采集曲线梁的转体数据，包括转速、加速度、受力大小等。同时，利用数据采集卡将这些数据传输至计算机，以便进行后续处理。数据处理主要包括去噪、滤波、数据整合和分析等步骤，以保证实验结果的准确性和可靠性。

2.3 实验结果分析

通过对实验数据的分析，可以得出以下结论：首先，大吨位、长悬臂曲线梁在水平转体过程中，其受力分布不均匀，存在一定的扭转和侧向力。其次，通过精准称重，可以得到曲线梁在不同转速和加速度下的受力特性，为优化设计和施工提供重要依据。最后，实验结果还揭示了环境因素对曲线梁水平转体称重结果的影响，为今后的研究提供了新的方向。

三、转体精准称重控制策略

3.1 控制策略的设计原则

在进行大吨位、长悬臂曲线梁的水平转体精准称重时，控制策略的设计原则至关重要。首先，策略需要确保称重过程中的精度和稳定性，避免对梁体结构造成损害。其次，考虑到转体过程中可能出现的各种不确定因素，控制策略应当具备良好的适应性和鲁棒性。此外，为了提高称重效率，控制策略还应追求较快的响应速度和较高的实时性。

在设计控制策略时，还需遵循以下几个具体原则：预见性：策略应能够预测转体过程中可能出现的各种情况，并提前做好应对准备。安全性：确保在整个称重过程中，梁体及其称重系统的安全稳定。准确性：通过精确控制，确保称重结果的高准确度。灵活性：策略应能够适应现场条件的不同变化，灵活调整控制参数。经济性：在满足精度要求的前提下，考虑成本效益，选择经济实用的控制方案。

3.2 转体控制算法

为了实现精准称重，转体控制算法需依据梁体的具体特性和称重设备的数据反馈进行设计。常用的转体控制算法包括：PID控制算法：通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数的综合调节，实现对转体速度和位置的精确控制。模糊控制算法：适用于处理非线性、时变和不确定性系统，通过模糊逻辑对控制参数进行自适应调整。神经网络控制算法：模仿人脑神经元的工作方式，对复杂系统进行学习和控制，具备处理不确定性和非线性问题的能力。自适应控制算法：能够自动调整控制规则和参数，以适应环境变化和系统非线性。在选择转体控制算法时，需要根据实际的系统特性、所需的控制精度和响应速度，以及算法的实现复杂度和成本进行综合考量。

3.3 称重控制策略

称重控制策略是整个研究的核心，其目的是在转体过程中实时获取精确的重量数据。该策略通常涉及以下几个关键步骤：称重传感器布置：根据梁体的几何结构和受力特性，合理布置称重传感器，确保能够全面准确地测量梁体的重量。数据采集与处理：通过称重传感器实时采集重量数据，并利用数据处理算法滤除噪声，提高数据质量。重量数据融合：如果使用了多个称重传感器，需要通过数据融合技术，合并各传感器数据，得到一个综合的、更为精确的重量值。动态称重补偿：由于转体过程中梁体可能产生加速度和惯性力，需要对实时称重数据进行动态补偿，以消除这些因素对重量测量的影响。误差校正：对测量结果进行误差分析，并采取相应措施进行校正，保证称重结果的高准确性。

四、实例分析与应用

4.1 工程背景介绍

本节以某高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠转体箱梁工程实例为基础，对整个称重过程进行详细分析。该桥梁采用曲线梁设计，且悬臂较长，转体部分的质量较大，对转体过程中的称重精度和控制要求较高。

4.2 实例转体称重过程及结果

在实例转体称重过程中，首先对转体设备进行了精确的安装和调试，确保其正常工作。然后，通过对转体梁进行局部切割，安装了多个称重传感器，以实现对梁体不同部位的质量分布进行准确测量。在转体开始后，通过控制系统的精准调控，使转体梁以一定的速度进行水平旋转，同时，称重传感器实时采集各部位的质量数据。转体称重结果表明，通过精准的控制和称重系统，能够准确获取到转体梁各部位的质量分布情况。同时，通过对比理论计算结果，验证了称重方案的有效性和准确性。

4.3 结果对比与评价

通过将实例转体称重结果与理论计算结果进行对比，可以发现两者的数据非常接近，说明通过本次称重研究，我们能够非常精确地掌握大吨位、长悬臂曲线梁的质量分布情况。这对于后续的桥梁施工和运维具有重要意义。同时，本次研究的结果也表明，采用水平转体称重方法是一种非常有效的手段，可以大大提高称重的精度和效率。当然，这也离不开精确的控制系统和称重设备，以及合理的称重方案设计。

结语

通过对大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准称重技术的研究，我们成功解决了该领域内的关键技术问题，为我国桥梁工程、大型结构物检测等领域提供了有力支持。希望本研究的结果能为相关领域的发展提供参考与借鉴。

参考文献

[1]朱红伟.转体桥称重试验技术研究［J］.市政公用建设.2010.

[2]王晓宇.大吨位大跨度T构转体控制技术研究［J］.湖南交通科技,2016.