一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统的制作方法

本实用新型属于建筑施工领域，涉及一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统。

背景技术：

目前在建筑施工中，大面积地下开挖都采用钢筋混凝土作为坑中的水平支撑，但这种做法施工成本高，不能重复利用，特别是在施工完成后拆除工作量大，噪声大、污染严重，不利于环保。而目前另一种方法就是用钢支撑作为地下开挖后的水平支撑，它克服了混凝土水平支撑的缺点，具有可重复使用，利于环保等优点。

大型基坑采用双向钢支撑结构时，通常需要对每根钢支撑在端部施加一定的轴力形成支撑体系，从而抵抗基坑边形。但是，钢支撑所需要施加轴力设计值的大小存在很多不确定因素，如土质密度、温度变化、交通管线等影响，在实际施工中，实际所需的钢支撑轴力与设计值相差很大，而且随着天气、周围环境、地质蠕变等条件变化，钢支撑的支撑轴力也应随之变化的。所以，常规钢支撑仅仅对其进行单一轴力控制的方法存在对基坑实际变形情况无从可知的缺陷和安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统，解决现有技术中无法同时对钢支撑的轴力和位移进行调控的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统，包括控制装置、动力输出装置和设置于所述钢支撑端部的调节装置，

所述调节装置对所述钢支撑进行轴力加载和位移调节，并将加载的轴力值和所述调节装置作用于所述钢支撑的位移数据实时传输给所述控制装置；

所述动力输出装置与所述调节装置连接，给所述调节装置提供动力；

所述控制装置分别与所述调节装置和所述动力输出装置连接，接收所述调节装置传输的轴力值和位移数据，并控制所述动力输出装置的动力输出。

进一步的，所述调节装置包括压力传感器和位移传感器，所述压力传感器和所述位移传感器分别测定所述调节装置加载的轴力和所述调节装置作用于所述钢支撑的位移，所述控制装置接收所述压力传感器和所述位移传感器测得的轴力和位移数据。

进一步的，所述调节装置包括液压油缸，所述压力传感器设置于所述液压油缸上，用于测定所述液压油缸作用于所述钢支撑上的轴力；所述位移传感器用于测定所述液压油缸的伸出长度，所述液压油缸的伸出长度等于所述调节装置作用于所述钢支撑的位移。

优选的，所述动力输出装置为电液动力装置。

进一步的，所述电液动力装置包括比例溢流阀，所述控制装置与所述比例溢流阀连接，控制所述比例溢流阀的工作。

优选的，所述控制装置为PLC控制系统。

本实用新型还提供了一种利用上述的对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统对钢支撑进行调节的方法，包括如下步骤：

S1：所述控制装置控制所述动力输出装置，调节其动力输出，所述动力输出装置给所述调节装置输出动力；

S2：所述调节装置按照设定轴力值对所述钢支撑进行轴力加载，加载完成时，所述调节装置将其作用于所述钢支撑的位移数据作为基准位移传输给所述控制装置；

S3：所述调节装置实时监测其作用于所述钢支撑的实时位移，并将实时位移传输给所述控制装置；

S4：所述控制装置将所述实时位移与所述基准位移进行比对；

S5：当所述实时位移与所述基准位移不相等时，所述控制装置控制所述动力输出装置给所述调节装置输出动力，所述调节装置调节其作用于所述钢支撑的位移，使所述实时位移等于所述基准位移。

进一步的，所述调节装置包括压力传感器和位移传感器，所述压力传感器和所述位移传感器分别测定所述调节装置加载的轴力和所述调节装置作用于所述钢支撑的位移，所述控制装置接收所述压力传感器和所述位移传感器分别测得的轴力和位移数据。

进一步的，所述调节装置包括液压油缸，所述压力传感器设置于所述液压油缸上，用于测定所述液压油缸作用于所述钢支撑上的轴力；所述位移传感器用于测定所述液压油缸伸出长度，所述液压油缸伸出长度等于所述调节装置作用于所述钢支撑的位移；

所述S1具体包括：所述控制装置控制所述动力输出装置，调节其动力输出，所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力；

所述S2具体包括：所述液压油缸按照设定轴力值对所述钢支撑进行轴力加载，加载完成时，所述位移传感器将此时测得的所述液压油缸的伸出长度作为基准位移传输给所述控制装置；

所述S3具体包括：所述位移传感器实时监测所述液压油缸的伸出长度，并将所述液压油缸的伸出长度实时传输给所述控制装置；

所述S4具体包括：所述控制装置将所述液压油的缸伸出长度与所述基准位移进行比对；

所述S5具体包括：当所述液压油缸的伸出长度与所述基准位移不相等时，所述控制装置控制所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力，所述液压油缸调整其伸出长度，使所述液压油缸的伸出长度等于所述基准位移。

进一步的，所述动力输出装置为电液动力装置，所述电液动力装置包括比例溢流阀，所述控制装置与所述比例溢流阀连接，控制所述比例溢流阀的工作；

所述S1具体包括：所述控制装置控制所述比例溢流阀，使其调节至设定压力，所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力。

进一步的，所述S5具体包括：当所述液压油缸伸出长度大于所述基准位移时，

所述控制装置控制所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力，所述液压油缸在设定轴力值下调整其伸出长度，使所述伸出长度缩短至等于所述基准位移。

进一步的，所述S5具体包括：当所述液压油缸的伸出长度大于所述基准位移，所述液压油缸在设定轴力值下无法缩短其伸出长度使所述伸出长度等于所述基准位移时，

所述液压油缸对所述钢支撑进行轴力减载，并调整其油缸的伸出长度，使所述液压述油缸的伸出长度等于所述基准位移，所述压力传感器将此时液压油缸经过减载后的轴力值作为新的设定轴力值传输给所述控制装置。

进一步的，在所述S5中，所述液压油缸对所述钢支撑进行轴力减载时，采用步进减载的方式，液压油缸每次减载固定的轴力值，并调整缩短油缸的伸出长度，经过数次步进减载和调整，直至所述液压述油缸的伸出长度缩短至等于所述基准位移。

进一步的，所述S5具体包括：当所述液压油缸伸出长度小于所述基准位移时，

所述控制装置控制所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力，所述液压油缸在设定轴力值下调整其伸出长度，使所述伸出长度伸长至等于所述基准位移。

进一步的，所述S5具体包括：当所述液压油缸的伸出长度小于所述基准位移，所述液压油缸在设定轴力值下无法调整伸出长度使其达到等于所述基准位移时，

所述液压油缸对所述钢支撑进行轴力加载，并调整其伸出长度，使所述液压述油缸伸出长度等于所述基准位移，所述压力传感器将此时液压油缸经过加载后的轴力值作为新的设定轴力值传输给所述控制装置。

进一步的，在所述S5中，所述液压油缸对所述钢支撑进行轴力加载时，采用步进加载的方式，液压油缸每次加载固定的轴力值，并调整油缸的伸出长度，经过数次步进加载和调整，直至所述液压述油缸的伸出长度调整至等于所述基准位移。

进一步的，所述S5中，所述液压油缸通过步进加载的方式对所述钢支撑进行轴力加载，当所述液压油缸加载的轴力值等于所述钢支撑自身失稳的最大内应力时，所述液压油缸停止轴力加载，所述压力传感器将此时液压油缸加载的轴力值作为轴力上限值传输给所述控制装置。

进一步的，所述调节方法还包括：

S6：所述压力传感器实时监测所述液压油缸加载的轴力值，并将实时轴力值传输给所述控制装置；

S7：所述控制装置将所述实时轴力值与所述轴力上限值进行比对；

S8：当所述实时轴力值与所述轴力上限值不相等时，所述控制装置控制所述动力输出装置给所述液压油缸输出动力，所述液压油缸调整其加载的轴力值，使所述实时轴力值等于所述轴力上限值。

与现有技术相比，本实用新型提供的对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统可以同时对钢支撑的轴力和位移进行调控，解决在实际施工中，外界环境影响使钢支撑发生位移，从而导致钢支撑的轴力发生变化的难题。

而且，本实用新型还提供了一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的方法，可以在各种不同工况下实现对钢支撑轴力和位移的实时调控，为基坑工程临时钢支撑支护体系提供了更为安全的保障。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型提供了一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统，包括控制装置1、动力输出装2置和设置于所述钢支撑端部的调节装置3，

所述调节装置3对所述钢支撑进行轴力加载和位移调节，并将加载的轴力值和所述调节装置3作用于所述钢支撑的位移数据实时传输给所述控制装置1；

所述动力输出装置2与所述调节装置3连接，给所述调节装置3提供动力；

所述控制装置1分别与所述调节装置3和所述动力输出装置2连接，接收所述调节装置3传输的轴力值和位移数据，并控制所述动力输出装置2的动力输出。

在本实施例中，所述调节装置3包括压力传感器32和位移传感器33，所述压力传感器32和所述位移传感器33分别测定所述调节装置3加载的轴力和所述调节装置3作用于所述钢支撑的位移，所述控制装置1接收所述压力传感器32和所述位移传感器33测得的轴力和位移数据。

进一步的，所述调节装置3包括液压油缸31，所述压力传感器32设置于所述液压油缸31上，用于测定所述液压油缸31作用于所述钢支撑上的轴力；所述位移传感器33用于测定所述液压油缸31的伸出长度，所述液压油缸31的伸出长度等于所述调节装置3作用于所述钢支撑的位移。

优选的，所述动力输出装置2为电液动力装置，其包括油箱、油泵22、电机21、比例溢流阀23和电磁球阀24等。工作时，电机21驱动油泵22给系统供油，所述控制装置1控制所述比例溢流阀23，使其调压至设定压力，然后通过电磁球阀24的动作控制液压油缸31的压力，实现液压油缸31对钢支撑的轴力控制。

作为优选的，上述控制装置1为PLC控制系统。

如图2所示，本实用新型还提供了一种利用上述的对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统对钢支撑进行调节的方法，包括如下步骤：

S1：所述控制装置1控制所述动力输出装置2，调节其动力输出，所述动力输出装置2给所述调节装置3输出动力；

S2：所述调节装置3按照设定轴力值对所述钢支撑进行轴力加载，加载完成时，所述调节装置3将其作用于所述钢支撑的位移数据作为基准位移传输给所述控制装置1；

S3：所述调节装置3实时监测其作用于所述钢支撑的实时位移，并将实时位移传输给所述控制装置1；

S4：所述控制装置1将所述实时位移与所述基准位移进行比对；

S5：当所述实时位移与所述基准位移相等时，重复步骤S2-S3；

当所述实时位移与所述基准位移不相等时，所述控制装置1控制所述动力输出装置2给所述调节装置3输出动力，所述调节装置3调节其作用于所述钢支撑的位移，使所述实时位移等于所述基准位移，然后重复步骤S2-S3。该方法实现了在轴力调控的基础上，同时实现了对钢支撑位移的实时调整，解决了实际施工中由于钢支撑的位移变化导致轴力实时变化的难题。

在上述调节方法中，所述调节装置3包括压力传感器32和位移传感器33，所述压力传感器32和所述位移传感器33分别测定所述调节装置3加载的轴力和所述调节装置3作用于所述钢支撑的位移，所述控制装置1接收所述压力传感器32和所述位移传感器33分别测得的轴力和位移数据。

当所述调节装置3采用液压油缸31作为动力执行单元时，所述压力传感器32设置于所述液压油缸31上，用于测定所述液压油缸31作用于所述钢支撑上的轴力；所述位移传感器33用于测定所述液压油缸31伸出长度，此时，所述液压油缸31伸出长度就等于所述调节装置3作用于所述钢支撑的位移；

所述S1具体包括：所述控制装置1控制所述动力输出装置2，调节其动力输出，所述动力输出装置2给所述液压油缸31输出动力；

所述S2具体包括：所述液压油缸31按照设定轴力值对所述钢支撑进行轴力加载，加载完成时，所述位移传感器33将此时测得的所述液压油缸31的伸出长度作为基准位移传输给所述控制装置1；

所述S3具体包括：所述位移传感器33实时监测所述液压油缸31的伸出长度，并将所述液压油缸31的伸出长度实时传输给所述控制装置1；

所述S4具体包括：所述控制装置1将所述液压油的缸伸出长度与所述基准位移进行比对；

所述S5具体包括：当所述液压油缸31的伸出长度与所述基准位移不相等时，所述控制装置1控制所述动力输出装置2给所述液压油缸31输出动力，所述液压油缸31调整其伸出长度，使所述液压油缸31的伸出长度等于所述基准位移。

优选的，所述动力输出装置2为电液动力装置，所述电液动力装置包括比例溢流阀23，所述控制装置1与所述比例溢流阀23连接，控制所述比例溢流阀23的工作；

所述S1具体包括：所述控制装置1控制所述比例溢流阀23，使其调节至设定压力，所述动力输出装置2给所述液压油缸31输出动力。

在上述的调节方法中，根据液压油缸31的伸出长度与所述基准位移之间的偏差，所述S5具体包括多种情况：

第一种情况为：当所述液压油缸31伸出长度大于所述基准位移，所述液压油缸31在设定轴力值下调整其伸出长度，可以使所述伸出长度缩短至等于所述基准位移时，此时直接完成调控步骤，可以保证钢支撑的轴力和位移均在设定范围内。

第二种情况为：当所述液压油缸31的伸出长度大于所述基准位移，但所述液压油缸31在设定轴力值下无法缩短其伸出长度使所述伸出长度等于所述基准位移时，表明此时的轴力值偏大，此时，需要所述液压油缸31对所述钢支撑进行轴力减载，然后再调整油缸的伸出长度，使所述液压述油缸的伸出长度等于所述基准位移，完成调控。同时，所述压力传感器32将此时液压油缸31经过减载后的轴力值作为新的设定轴力值传输给所述控制装置1，在之后实时调控的过程中，当油缸伸出长度再次发生变化时，将在新的设定轴力值下对油缸的伸出长度进行调整。

作为优选方案，在上述液压油缸31对所述钢支撑进行轴力减载时，可以采用步进减载的方式，即液压油缸31第一次减载时，减载固定的轴力值(例如每次减小5吨)，第一次减载完成后调整缩短油缸的伸出长度，若还是无法达到使伸出长度等于基准位移，则再进行第二次减载，第二次减载完成后再调节油缸的伸出长度，若还是无法达到使伸出长度等于基准位移，再进行第三次减载和调整，这样经过数次步进减载和调整，直至所述液压述油缸的伸出长度缩短至等于所述基准位移，此时则完成调控。

第三种情况为：当所述液压油缸31伸出长度小于所述基准位移，所述液压油缸31在设定轴力值下调整其伸出长度，可以使所述伸出长度伸长至等于所述基准位移时，此时直接完成调控步骤，可以保证钢支撑的轴力和位移均在设定范围内。

第四种情况为：当所述液压油缸31的伸出长度小于所述基准位移，但所述液压油缸31在设定轴力值下无法调整伸出长度使其达到等于所述基准位移时，表明此时的轴力值偏小，此时，需要液压油缸31对所述钢支撑进行轴力加载，然后调整其伸出长度，使所述液压述油缸伸出长度等于所述基准位移，完成调控。同时，所述压力传感器32将此时液压油缸31经过加载后的轴力值作为新的设定轴力值传输给所述控制装置1，在之后实时调控的过程中，当油缸伸出长度再次发生变化时，将在新的设定轴力值下对油缸的伸出长度进行调整。

与上述步进减载类似，作为优选的，在上述液压油缸31对所述钢支撑进行轴力加载时，同样可以采用步进加载的方式，液压油缸31每次加载固定的轴力值，并调整油缸的伸出长度，经过数次步进加载和调整，直至所述液压述油缸的伸出长度调整至等于所述基准位移，此时则完成调控。

第五种情况为：当所述液压油缸31的伸出长度小于所述基准位移，但所述液压油缸31在设定轴力值下无法调整伸出长度使其达到等于所述基准位移时，表明此时的轴力值偏小，此时，需要液压油缸31对所述钢支撑进行轴力加载，所述液压油缸31通过步进加载的方式对所述钢支撑进行轴力加载，但当所述液压油缸31加载的轴力值等于所述钢支撑自身失稳的最大内应力时，此时，仍然无法使所述油缸的伸出长度等于所述基准位移，此时，应当停止轴力加载，防止钢支撑自身失稳。之后的调控应当转为以轴力调控为主，此时，所述压力传感器32将液压油缸31加载的轴力值作为轴力上限值传输给所述控制装置1，以此轴力上限值作为轴力调控的目标值。

进一步的，在上述第五种情况中，所述调节方法还包括：

S6：所述压力传感器32实时监测所述液压油缸31加载的轴力值，并将实时轴力值传输给所述控制装置1；

S7：所述控制装置1将所述实时轴力值与所述轴力上限值进行比对；

S8：当所述实时轴力值与所述轴力上限值不相等时，所述控制装置1控制所述动力输出装置2给所述液压油缸31输出动力，所述液压油缸31调整其加载的轴力值，使所述实时轴力值等于所述轴力上限值。该S6-S8的调控步骤即为以轴力调控为主的调控方法。

本实用新型提供的对钢支撑进行轴力和位移双重调节的系统可以同时对钢支撑的轴力和位移进行调控，解决在实际施工中，外界环境影响使钢支撑发生位移，从而导致钢支撑的轴力发生变化的难题。

而且，本实用新型还提供了一种对钢支撑进行轴力和位移双重调节的方法，可以在各种不同工况下实现对钢支撑轴力和位移的实时调控，为基坑工程临时钢支撑支护体系提供了更为安全的保障。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。