CN102288081B - 结构构件整体几何初始缺陷测量方法 - Google Patents

Abstract

结构构件整体几何初始缺陷测量方法属于结构构件的缺陷测量领域。采用最常用的测量工具：普通光学经纬仪和游标卡尺；通过将经纬仪安装在三脚架上，固定其竖轴，利用绕水平轴转动的镜筒使十字叉丝交点在构件附近定位出一个虚拟的参考直线；游标卡尺用以测量构件不同横截面处构件棱边至参考直线间的距离。构件可以平躺、也可以竖直固定在地面上，对场地和构件辅助固定装置无特殊要求；测量精度大大提高，方法简单实用。

Description

结构构件整体几何初始缺陷测量方法

技术领域

本发明涉及结构工程钢结构缺陷测量领域，尤其是一种涉及结构构件缺陷测量和构件稳定性能试验研究的结构构件整体几何初始缺陷测量方法。

背景技术

结构工程的施工质量验收规范对主要结构构件(如柱、梁)的外形尺寸偏差做了具体的要求，尤其是其整体几何初始缺陷(如初弯曲)的数值；同时在钢结构研究领域，稳定问题的研究是最重要的课题之一，而几何初始缺陷恰恰是影响构件稳定性能最重要的因素，因此在相关的试验研究中必须要有几何缺陷数值的精确的测量数据。但目前采用的方法主要包括拉线法、平台放置法等，拉线法中细线的张紧程度直接关系到测量的精度，且由于细线在直线状态时平面外刚度为0，测量构件某一截面与细线间的距离时，测量工具会不可避免地过分接触细线或者未到及细线的位置；而平台放置法则对于长度较长的构件，需要准备特殊的场地(足够平直的台面)，可操作性不大，且对工程中构件的测量不适用；目前较先进的三维成像扫描技术可以用于构件几何初始缺陷的测量，但设备复杂，费用昂贵，且一般实验室不配备该类设备，更不适用于施工现场的量测。如何更加准确有效、同时方便快捷、价钱低廉地测量结构构件的整体几何初始缺陷是科学研究及工程实践中亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术方法无法较精确、快捷地对结构构件的整体几何初始缺陷进行测量的问题，本发明提出了一种新型的几何初始缺陷测量方法，在不需要大型复杂设备和特殊场地条件的基础上，结合最常用的测量工具，替代了传统的拉线法等测量方法，大大降低了人为产生的误差，提高了测量精度，同时具有非常强的实用性，能够很好地满足研究工作和实际工程的需要。

本发明的技术方案为：

采用光学经纬仪和游标卡尺，并按照以下步骤进行测量：

(1)将需要测量的构件平躺或竖直固定在地面上；

(2)将经纬仪安装在三脚架上，固定其竖轴，利用绕水平轴转动的镜筒使所述经纬仪的十字叉丝交点在所述构件附近定位出一个虚拟的参考直线，所述直线位于所述构件一侧，并与所述构件的纵向棱边平行；

(3)采用游标卡尺测量所述构件的纵向棱边至所述参考直线间的距离；

(4)测量同一横截面位置处所述构件的纵向棱边至参考直线间的距离，并根据几何关系计算得出该横截面处该棱边偏离所述构件两端连线的距离，即棱边的偏离值；测量同一横截面位置处的不同棱边，并取不同棱边的偏离值的平均值作为该横截面的偏离值；

(5)测量所述构件不同横截面的偏离值，并取不同横截面的偏离值的最大值作为所述构件的整体几何初始缺陷。

所述步骤(3)中，采用游标卡尺测量所述棱边至所述参考直线间的距离时，将游标卡尺一个卡头边贴紧所述构件测量横截面位置处的棱边，并保证所述卡尺长向垂直于构件纵向，缓慢移动所述卡尺的另一卡头，直到所述经纬仪十字叉丝交点与所述卡尺的另一卡头的边线重合；读取所述卡尺的读数并记录。

所述光学经纬仪的精度为1″，测量结果误差在±0.06mm以内；游标卡尺卡头与经纬仪的十字叉丝对准误差控制在±0.01mm。

本发明的有益效果为：

(1)使用设备简单，均是最常用的测量工具，易于筹备；

(2)场地无特殊要求，构件可随意放置，便于操作；

(3)测量精度高，采用精度为1″的光学经纬仪，测量结果误差在±0.06mm以内，其中游标卡尺卡头与经纬仪的十字叉丝对准误差能够控制在±0.01mm，而传统的拉线法，此部分误差则在±0.5mm左右；

(4)实现对结构构件整体几何初始缺陷的精确测量，且方法简单实用，可广泛用于构件稳定试验研究和工厂加工、施工质量的鉴定检测等领域。

附图说明

图1是本发明测量方法示意图，

图2是构件测点分布和测量数据示意图，

图3是本发明可采用的一种测点分布和测量数据示意图。

图中标号：

1-构件；2-光学经纬仪；3-游标卡尺；4-经纬仪十字叉丝；5-虚拟直线。

具体实施方式

本发明提供了一种结构构件整体几何初始缺陷测量方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例(参见图1、图2和图3)：本方法主要由普通光学经纬仪2和游标卡尺3实现。

将构件1水平放置或竖直定位在地面上(图1为水平放置)，光学经纬仪2安装在三脚架上，调平并固定竖轴，使经纬仪十字叉丝4扫出的虚拟直线5位于构件一侧且尽量平行于构件长度方向。将游标卡尺3一个卡头边贴紧构件某个测量横截面位置处的棱边上，并尽量保证卡尺长向垂直于构件1纵向。经纬仪操作人员绕水平轴转动镜筒扫出虚拟直线5，卡尺操作人员缓慢移动卡尺3的另一卡头，直到经纬仪十字叉丝交点4与卡头边线重合，卡尺操作人员读数并记录。根据实际工作的需要，可以选择不同的构件横截面位置进行测量，图3为对构件的四分点处(包括构件两端)进行测量，利用读数a₁～a₅，可以根据几何关系计算得到构件内部三个四分点处偏离两端连线的距离，可采用公式(1)进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Dev}}_{a2}=a_2-\frac{{3a}_1+a_5}{4}\\ {\mathrm{Dev}}_{a3}=a_3-\frac{a_1+a_5}{2}\\ {\mathrm{Dev}}_{a4}=a_4-\frac{a_1+{3a}_5}{4}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式(1)中Dev_a2、Dev_a3、Dev_a4分别表示构件内部三个四分点即读数a₂、a₃、a₄对应位置处棱线偏离两端连线的距离；对构件的四条棱线均以此进行测量，读数分别记为a₁～a₅、b₁～b₅、c₁～c₅和d₁～d₅，利用公式(1)的方法计算得到其他三条棱线在各个横截面处的偏离值，如Dev_b2～Dev_b4、Dev_c2～Dev_c4和Dev_d2～Dev_d4，并分别取平均值作为构件轴线在各个横截面处沿某一方向的偏离数值，采用公式(2)进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Dev}}_2=({\mathrm{Dev}}_{a2}+{\mathrm{Dev}}_{b2}+{\mathrm{Dev}}_{c2}+{\mathrm{Dev}}_{d2})/4\\ {\mathrm{Dev}}_3=({\mathrm{Dev}}_{a3}+{\mathrm{Dev}}_{b3}+{\mathrm{Dev}}_{c3}+{\mathrm{Dev}}_{d3})/4\\ {\mathrm{Dev}}_4=({\mathrm{Dev}}_{a4}+{\mathrm{Dev}}_{b4}+{\mathrm{Dev}}_{c4}+{\mathrm{Dev}}_{d4})/4\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中Dev₂、Dev₃、Dev₄分别表示所述构件轴线在内部三个四分点处的偏离数值(即四条棱线在相应横截面处偏离值的平均值)。

同样，根据实际工作的需要，可以选择不同的构件横截面位置进行测量，并利用几何关系计算出相应横截面处的偏离值。

对于构件的稳定试验研究，一般取最大值作为构件的整体几何初始缺陷数值，以图3中所示的情况为例，即根据公式(3)确定：

v₀＝max(Dev₂，Dev₃，Dev₄)        (3)

上式中v₀表示构件的整体几何初始缺陷。

Claims (2)

1.一种结构构件整体几何初始缺陷实用测量方法，其特征在于，采用光学经纬仪和游标卡尺，并按照以下步骤进行测量：

（1）将需要测量的构件平躺或竖直固定在地面上；

（2）将经纬仪安装在三脚架上，固定其竖轴，利用绕水平轴转动的镜筒使所述经纬仪的十字叉丝交点在所述构件附近定位出一个虚拟的参考直线，所述直线位于所述构件一侧，并与所述构件的纵向棱边平行；

（3）采用游标卡尺测量所述构件的纵向棱边至所述参考直线间的距离：将游标卡尺一个卡头边贴紧所述构件测量横截面位置处的棱边，并保证所述卡尺长向垂直于构件纵向，缓慢移动所述卡尺的另一卡头，直到所述经纬仪十字叉丝交点与所述卡尺的另一卡头的边线重合；读取所述卡尺的读数并记录；

（4）测量同一横截面位置处所述构件的纵向棱边至参考直线间的距离，并根据几何关系计算得出该横截面处该棱边偏离所述构件两端连线的距离，即棱边的偏离值；测量同一横截面位置处的不同棱边，并取不同棱边的偏离值的平均值作为该横截面的偏离值；

（5）测量所述构件不同横截面的偏离值，并取不同横截面的偏离值的最大值作为所述构件的整体几何初始缺陷。

2.根据权利要求1所述的结构构件整体几何初始缺陷实用测量方法，其特征在于，所述光学经纬仪的精度为1″，测量结果误差在±0.06mm以内；游标卡尺卡头与经纬仪的十字叉丝对准误差控制在±0.01mm。

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