本发明涉及建筑领域，具体涉及一种砂箱卸载自动控制系统及施工方法。
背景技术：
大跨度空间钢结构安装过程中通常需要设置临时支撑作为结构成型过程中的支承，在施工完成后需要对临时支撑进行卸载，即由临时支撑与结构共同受力状态转换到完全由结构自身受力状态。卸载过程中若荷载转移过于突然、不合理，会造成结构或支承体系的失稳甚至破坏，因此利用合理的卸载装置保证卸载过程平缓、安全。
目前，常用的卸载装置有螺旋千斤顶、砂箱和液压千斤顶。螺旋千斤顶通常只适用于卸载量较小的工程，在一些大跨度、重型钢结构卸载中，通常需要利用承载能力更大的液压千斤顶或者砂箱进行卸载。液压千斤顶卸载法通过计算机控制，具有同步性好的特点，但费用高，且施工时液压油管搭接、检查工序复杂，工效低；传统的砂箱卸载具有承载能力高、成本低廉的特点，但由于需要通过人工手动调节砂箱排砂口阀门来控制卸载速度，因此卸载速度控制难度大，且各个独立支撑点之间的同步性不易保证。
技术实现要素：
本发明专利的目的在于克服传统砂箱卸载方法的不足，提供一种砂箱卸载自动控制系统及施工方法。系统是在传统砂箱基础上增加设置传感器，实时监测砂箱在卸载过程中的卸载情况；通过计算机对监测数据自动分析，再由电动机自动调节砂箱的卸载速度；具有卸载速度控制精细、同步性控制好、自动化程度高、操作便利等优点。此外，也提供一种利用该砂箱卸载自动控制系统进行卸载的方法。
为实现上述目的，本发明具体公开的技术方案：一种砂箱卸载自动控制系统，包括砂箱、电气控制系统和计算机控制系统。
所述砂箱由上节筒、下节筒、干砂、电动排砂阀组成：上节筒嵌套于下节筒内，上节筒外壁与下节筒内壁紧密贴合；下节筒内装有干砂，筒体底部设排砂管；电动排砂阀由排砂管、阀条、小型电动机组成。
所述电气控制系统由总控制箱、传感器、传感监测电路、驱动电路、控制总线、电源及供配电路组成：传感器设置于砂箱外壁，包括拉绳变形传感器、支撑反力传感器，实时监测砂箱的卸载情况，包括卸载量s和支承力f；传感器监测采集的卸载情况数据通过传感监测电路传输至总控制箱，再通过控制总线传输至计算机控制系统。
所述计算机控制系统通过对电气系统采集的砂箱的卸载情况数据进行实时数据处理和分析，将卸载量s和支承力f分别与预先设定的预定卸载量s’和预定支承力f’进行对比：以卸载量s减去预定卸载量s’作为实际卸载量偏差∆s、以支承力f减去预定支承力f’作为实际承载力偏差∆f，当实际偏差∆s、∆f超出预先设定的允许偏差∆s’、∆f’时，会发出加快卸载的指令信号a或降慢卸载的指令信号b；当实际偏差∆s、∆f在预先设定的允许偏差∆s’、∆f’范围内时，会发出维持原速的指令信号c。指令信号通过所述驱动电路传输至砂箱。
进一步，所述砂箱在接收到指令信号后，电动排砂阀的小型电动机会驱动阀条前进或后退来改变排砂管有效排砂口的大小，调节排砂流量；当接收到加快卸载的指令信号a时，小型电动机会驱动阀条后退，增大排砂管有效排砂口的面积，从而增大排砂流量；当接收到降慢卸载的指令信号b时，小型电动机会驱动阀条前进，缩小排砂管有效排砂口的面积，从而降低排砂流量；当接收到维持原速的指令信号c时，小型电动机不驱动阀条前进或后退，保持原有的有效排砂口面积。
进一步，所述电动排砂阀的小型电动机可由低压交流电源接线供电驱动或使用电池供电驱动。
进一步，所述传感器监测的数据每间隔0.2秒至1秒传输至总控制箱。
进一步，所述传感器监测的数据通过所述传感监测电路传输至总控制箱，或无线信号形式传输至总控制箱；指令信号通过所述电气控制系统的驱动电路传输至砂箱集群，或无线信号形式传输至砂箱集群。
进一步，所述砂箱的预定卸载量s’和预定支承力f’，在施工前通过计算分析预先设定；同时预先设定每一步卸载过程或整个卸载过程的时间t，确定预定卸载量s’-t曲线和预定支承力f’-t曲线。
进一步，允许偏差∆s’、∆f’，在施工前通过计算分析预先设定，设定的原则为卸载过程中当实际卸载量s或实际支承力f与预定卸载量s’或预定支承力f’的偏差达到∆s’或∆f’时，结构和临时支撑仍处于安全、可控状态，且有一定的安全富余量，安全富余量可根据卸载结构的情况进行设定。
进一步，上述计算机控制系统通过对卸载量s和支承力f进行实时数据处理和分析时，采取以控制卸载量s为主、支承力f为辅；也可根据卸载结构的情况，仅控制卸载量s或仅控制支承力f，或采取以控制支承力f为主、卸载量s为辅。
一种砂箱卸载施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、施工前，利用计算软件对结构的卸载过程进行计算分析，确定各卸载点的卸载分批分级顺序、每个砂箱的预定卸载时间ti、预定卸载量si’-ti曲线、预定支承力fi’-ti曲线、允许卸载量偏差∆si’、允许支承力偏差∆fi’；
二、结构安装时，在预定的卸载点位置安装砂箱集群；
三、结构安装完成、验收合格后，在砂箱上安装拉绳变形传感器、支撑反力传感器，连接好传感监测电路、驱动电路、总控制箱、控制总线、控制计算机、电源及供配电路，并进行联动调试；
四、按预定好的卸载顺序，对砂箱集群启动卸载；
五、拉绳变形传感器、支撑反力传感器开始监测各砂箱的卸载量si和支承力fi，并分别按设定的频率将监测采集的卸载情况数据传输至总控制箱；
六、总控制箱将各砂箱的卸载情况数据汇总后，通过控制总线传输至计算机控制系统；
七、计算机控制系统对各砂箱的卸载情况数据进行实时数据处理和分析：当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的偏离区域a时，会发出加快卸载的指令信号ai；当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的偏离区域b时，会发出降慢卸载的指令信号bi；当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的正常区域c时，会发出维持原速的指令信号ci。
八、指令信号通过电气系统的驱动电路传输至砂箱i；
九、砂箱在接收到指令信号后，电动排砂阀的小型电动机开始驱动阀条前进或后退来改变排砂管有效排砂口的大小，调节排砂流量：当接收到指令信号ai时，电动排砂阀的小型电动机驱动阀条后退，增大排砂管有效排砂口的面积，从而增大排砂流量；当接收到指令信号bi时，小型电动机驱动阀条前进，缩小排砂管有效排砂口的面积，从而降低排砂流量；当接收到指令信号ci时，小型电动机不驱动阀条前进或后退。
十、重复以上步骤7至9，直至卸载结束。
总之，本发明专利具有卸载速度控制精细、同步性控制好、自动化程度高、操作便利等优点。
附图与说明
图1是本发明专利所述砂箱卸载自动控制系统的原理示意图；
图2是本发明专利所述砂箱及传感器的构造示意图；
图3是本发明专利所述预定卸载量si’-ti曲线及允许卸载量偏差∆si’示意图；
图4是本发明专利所述预定支承力fi’-ti曲线及允许支承力偏差∆fi’示意图。
具体实施方式
一种砂箱卸载自动控制系统，包括砂箱、电气控制系统和计算机控制系统；
所述砂箱由上节筒1、下节筒2、干砂3、电动排砂阀5组成：上节筒1、下节筒2均为圆柱体，上节筒1嵌套于下节筒2内，上节筒1外壁与下节筒2内壁紧密贴合；下节筒2内装有干砂3，筒体底部设排砂管4；上节筒1在其上部支承的结构压力的作用下将下节筒2内的干砂3通过排砂管4和所述电动排砂阀5挤压排出，上节筒1平缓下降，从而完成结构卸载；电动排砂阀5由排砂管4、阀条51、小型电动机52组成，利用小型电动机52驱动阀条51前进或后退来改变排砂管4有效排砂口的大小，从而控制排砂流量、卸载速度。
所述砂箱布置于预定的卸载点位置，结构安装过程中支承上部结构，将上部安装结构荷载传递至下部支撑结构；安装完成后接收电气系统的指令信号，通过排砂来执行卸载作业，排砂速度根据指令信号由电动机自动调节，从而达到同步工作的目的。
所述电气控制系统由总控制箱、传感器、传感监测电路、驱动电路、控制总线、电源及供配电路组成：传感器设置于砂箱外壁，包括拉绳变形传感器6、支撑反力传感器7，实时监测砂箱的卸载情况，包括卸载量s和支承力f；传感器监测采集的卸载情况数据通过传感监测电路传输至总控制箱，再通过控制总线传输至计算机控制系统。
所述计算机控制系统通过对电气系统采集的砂箱的卸载情况数据进行实时数据处理和分析，将卸载量s和支承力f分别与预先设定的预定卸载量s’和预定支承力f’进行对比：以卸载量s减去预定卸载量s’作为实际卸载量偏差∆s、以支承力f减去预定支承力f’作为实际承载力偏差∆f，当实际偏差∆s、∆f超出预先设定的允许偏差∆s’、∆f’时，会发出加快卸载的指令信号a或降慢卸载的指令信号b；当实际偏差∆s、∆f在预先设定的允许偏差∆s’、∆f’范围内时，会发出维持原速的指令信号c。
上述指令信号通过所述电气系统的驱动电路传输至砂箱。
所述砂箱在接收到指令信号后，电动排砂阀的小型电动机会驱动阀条前进或后退来改变排砂管有效排砂口的大小，调节排砂流量，使得卸载量控制在允许范围内：当接收到加快卸载的指令信号a时，小型电动机会驱动阀条后退，增大排砂管有效排砂口的面积，从而增大排砂流量；当接收到降慢卸载的指令信号b时，小型电动机会驱动阀条前进，缩小排砂管有效排砂口的面积，从而降低排砂流量；当接收到维持原速的指令信号c时，小型电动机不驱动阀条前进或后退，保持原有的有效排砂口面积。
（2）可对上述技术方案中的多个技术特征分别进行优化：
上述砂箱卸载自动控制系统可适用于仅有一个卸载点的单个砂箱卸载系统，也可适用于同时有多个卸载点情况下的砂箱集群卸载系统。
上述砂箱的电动排砂阀的小型电动机可由低压交流电源接线供电驱动，也可利用电池供电驱动。
上述传感器监测的数据可每间隔0.2秒至1秒传输至总控制箱，间隔时间可根据卸载结构的情况选择设定。
上述传感器监测的数据可通过所述传感监测电路传输至总控制箱，也可通过无线信号形式传输至总控制箱。
上述指令信号可通过所述电气控制系统的驱动电路传输至砂箱集群，也可通过无线信号形式传输至砂箱集群。
上述砂箱的预定卸载量s’和预定支承力f’，在施工前通过计算分析预先设定，设定的原则为保证卸载过程平缓、安全。同时可预先设定每一步卸载过程或整个卸载过程的时间t，确定预定卸载量s’-t曲线和预定支承力f’-t曲线。
上述允许偏差∆s’、∆f’，在施工前通过计算分析预先设定，设定的原则为卸载过程中当实际卸载量s或实际支承力f与预定卸载量s’或预定支承力f’的偏差达到∆s’或∆f’时，结构和临时支撑仍处于安全、可控状态，且有一定的安全富余量，安全富余量可根据卸载结构的情况进行设定。
上述计算机控制系统通过对卸载量s和支承力f进行实时数据处理和分析时，采取以控制卸载量s为主、支承力f为辅。也可根据卸载结构的情况，仅控制卸载量s或仅控制支承力f，或采取以控制支承力f为主、卸载量s为辅。
本发明所述砂箱卸载装置自动控制系统及卸载施工方法，其特征在于包括以下步骤：
1、施工前，利用计算软件对结构的卸载过程进行计算分析，确定各卸载点的卸载分批分级顺序、每个砂箱的预定卸载时间ti、预定卸载量si’-ti曲线、预定支承力fi’-ti曲线、允许卸载量偏差∆si’、允许支承力偏差∆fi’；
2、结构安装时，在预定的卸载点位置安装砂箱集群；
3、结构安装完成、验收合格后，在砂箱上安装拉绳变形传感器、支撑反力传感器，连接好传感监测电路、驱动电路、总控制箱、控制总线、控制计算机、电源及供配电路，并进行联动调试；
4、按预定好的卸载顺序，对砂箱集群启动卸载；
5、拉绳变形传感器、支撑反力传感器开始监测各砂箱的卸载量si和支承力fi，并分别按设定的频率将监测采集的卸载情况数据传输至总控制箱；
6、总控制箱将各砂箱的卸载情况数据汇总后，通过控制总线传输至计算机控制系统；
7、计算机控制系统对各砂箱的卸载情况数据进行实时数据处理和分析：当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的偏离区域a时，会发出加快卸载的指令信号ai；当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的偏离区域b时，会发出降慢卸载的指令信号bi；当砂箱i的瞬时的卸载量si或支承力fi的大小处于预定卸载量si’-ti曲线或预定支承力fi’-ti曲线的正常区域c时，会发出维持原速的指令信号ci。
8、指令信号通过电气系统的驱动电路传输至砂箱i；
9、砂箱在接收到指令信号后，电动排砂阀的小型电动机开始驱动阀条前进或后退来改变排砂管有效排砂口的大小，调节排砂流量：当接收到指令信号ai时，电动排砂阀的小型电动机驱动阀条后退，增大排砂管有效排砂口的面积，从而增大排砂流量；当接收到指令信号bi时，小型电动机驱动阀条前进，缩小排砂管有效排砂口的面积，从而降低排砂流量；当接收到指令信号ci时，小型电动机不驱动阀条前进或后退。
10、重复以上步骤7至9，直至卸载结束。