CN108677739B - 斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法及系统，本发明通过两个棱镜点可以确定温度变化影响量的修正的任意空间位置，可以有效地回避温度对桥梁塔柱立模坐标的影响，无需在高温时段停止放样工作。

Description

斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法及系统
技术领域
本发明涉及桥梁索塔施工中温度影响的修正，特别是一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法。
背景技术
由于塔身温度场变化(相对于设计基准温度)导致塔身空间位置发生偏移，这种偏移随塔身高度的增加而增大，随温度变化的增大而增大。对于高度较高的索塔结构，温度变化的影响不能忽视，需要采取可靠的方法进行处理。处理方法有两种：(1)在温度变化不大和塔身施工高度不是高时主要采用回避温度变化的方法进行控制点坐标的放样和竣工验收。(2)当温度影响较大且无法采用回避温度影响办法时，采用计算温度影响并修正的方法处理。在塔身施工时的放样和竣工测量时，根据计算出的影响量对控制点坐标进行调整(调整量的计算在现场可完成)。如果选择回避温度方法，模板的放样只能在晚上特定的气温条件下进行，对主体工程的工期十分不利。传统的单个棱镜的追踪棱镜法只能确定一个点，仅仅以该点的变化量来替代立模时的修正量，忽略了立模点和棱镜点的空间差，这是不准确的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法，使索塔结构立模与理论值接近。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法，包括以下步骤：
1)在索塔爬模上安装第一棱镜和第二棱镜，两个棱镜高度差为3m～8m；
2)在准备调模前对两个棱镜点进行观测，此时测量数据即称为“零点坐标”，测点1(第一棱镜的测点)坐标记为(x01，y01，z01)，测点2(第二棱镜的测点)坐标记为(x02，y02，z02)；
3)对模板进行放样时，测量两个棱镜,此时测点1’(对应(第一棱镜的测点))坐标记为(x11，y11，z11)，测点2’(对应(第二棱镜的测点))坐标记为(x12，y12，z12)；测点3’(放样点)坐标记为(x13，y13，z13)；
4)通过零点坐标推算测点3(立模点)真实坐标，再利用立模点真实坐标对测点3’坐标进行实时修正。
步骤2)中，在准备调模前的凌晨3时～5时对两个棱镜点进行观测，此时因环境温度较均匀而产生的塔偏很小。
步骤4)中，推算后的测点3坐标(x03，y03，z03)为：z03＝z01+l·cosα；x03＝x01+l·sinα·sinβ；y03＝y01+l·sinα·cosβ；其中，l为测点3与测点1之间的距离，
Figure BDA0001737334090000021
α为测点1和2构成的空间直线与z轴形成的夹角；β为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角。修正后的测点3’坐标(x13，y13，z13)为：z13＝z11+l·cosα′；x13＝x11+l·sinα'·sinβ'；y13＝y11+l·sinα'·cosβ'，其中，α’为测点1’和2’构成的空间直线与z轴形成的夹角；β’为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角。
相应的，本发明还提供了一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正系统，其包括：
安装于索塔爬模上的第一棱镜和第二棱镜，两个棱镜高度差为3m～8m；
第一观测单元，在准备调模前对两个棱镜点进行观测，此时测量数据即称为“零点坐标”，测点1坐标记为(x01，y01，z01)，测点2坐标记为(x02，y02，z02)；
第二观测单元，在对模板放样时测量两个棱镜，此时测点1’坐标记为(x11，y11，z11)，测点2’坐标记为(x12，y12，z12)；测点3’坐标记为(x13，y13，z13)；
修正单元，用于通过零点坐标推算测点3真实坐标，再利用立模点真实坐标对测点3’坐标进行实时修正。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过两个棱镜点可以确定温度变化影响量修正后的任意空间位置，可以有效地回避温度对桥梁塔柱立模坐标的影响，无需在高温等温度影响较大时段停止放样工作。
附图说明
图1为本发明温度变形修正方法流程图；
图2为本发明计算修正值示意图；
图3为本发明实施例索塔偏位示意图。
具体实施方式
1、在索塔爬模上焊接两个棱镜支座(棱镜支座相对位置要求不会发生改变)棱镜1和棱镜2，两个棱镜高差为3m～8m即可(当爬模无法保证安装后棱镜的稳固时，应考虑将焊接位置调整到塔柱上，提前预埋焊接件)；
2、在准备调模的前一天晚上环境温度比较均匀(一般在凌晨3小时～5小时环境温度比较均匀)，此时因环境温度均匀而产生的塔偏很小，安装上棱镜并对两个棱镜测点进行观测，此时测量数据即称为“零点坐标”，此时测点1的坐标记为(x01，y01，z01)，测点2坐标记为(x02，y02，z02)；
3、在对模板进行放样时，首先测量两个棱镜测点,此时测点1’的坐标记为(x11，y11，z11)，测点2’的坐标记为(x12，y12，z12)；测点3’的坐标记为(x13，y13，z13)
4、通过零点坐标推算立模点真实坐标，再利用实时观测值对放样点坐标进行实时修正。
测点1和2构成的空间直线与z轴形成的夹角记为α，其投影到xoy平面与y轴形成角度记为β。同理测点1’和2’构成的空间直线与z轴形成的夹角记为α’，其投影到xoy平面与y轴形成角度记为β’，则
Figure BDA0001737334090000031
Figure BDA0001737334090000032
Figure BDA0001737334090000041
Figure BDA0001737334090000042
同理可得sinα'、cosα'、sinβ'和cosβ'。
测点3与测点1两点间的距离记为l，有
Figure BDA0001737334090000043
则推算后的立模点坐标为：
z03＝z01+l·cosα；x03＝x01+l·sinα·sinβ；y03＝y01+l·sinα·cosβ
(1-6)
设测点3’与测点1’两点间的距离为l'，有l'＝l，则修正后的放样点坐标为：
z13＝z11+l·cosα′；x13＝x11+l·sinα'·sinβ'；y13＝y11+l·sinα'·cosβ'
(1-7)
为了便于实际应用过程的方便性，可以利用以上公式编制Excel公式在模板放样过程中进行实时计算。
5依据上式(1-7)获得放样点的实时位置(x13，y13，z13),然后利用该实时位置进行放样。本发明将有效地回避温度对桥梁塔柱立模坐标的影响，无需在高温等温度影响较大的时段停止放样工作。
实例分析
将此方法应用于嘉鱼长江大桥索塔施工控制中，取得良好效果。
为了了解嘉鱼桥北索塔塔柱在温度影响下的偏位情况，在距离承台85.1m高度中塔柱上布置两个棱镜测点，进行24小时观测，根据当天气温显示凌晨5:00左右气温较均匀，以该时刻为“基准点”，塔柱偏位情况统计如表1所示，其中△X表示顺桥向偏位，△Y表示横桥向偏位，△Z表示高程方向偏差。
表1塔柱24小时塔偏情况
Figure BDA0001737334090000051
表1可知，塔柱在温度影响作用下发生较大偏移，最大偏移量△Y达到15.7mm，出现在下午14:30左右。1号点的高程偏差△Z较2号点稍大，这是由于1号点布置位置较2号点高，在温度作用下变形更大。塔柱在横桥向偏位△Y比顺桥向△X大，这是因为横桥向为东西走向受太阳直射方向影响，塔柱阴阳面产生的温差较大。
在嘉鱼长江公路大桥塔柱施工前期并未采用追踪棱镜法对立模坐标进行修正，进行节段成品验收时横桥向最大偏位达到22mm，超出规范和施工控制允许规定的10mm以内，应用追踪棱镜法后索塔偏位基本控制在在10mm以内，索塔偏位如图3所示。

Claims (3)

1.一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在索塔爬模上安装第一棱镜和第二棱镜，两个棱镜高度差为3m～8m；
2)在准备调模前对两个棱镜点进行观测，此时测量数据即称为“零点坐标”，第一棱镜的测点，即测点1零点坐标记为(x01，y01，z01)，第二棱镜的测点，即测点2零点坐标记为(x02，y02，z02)；推算后的立模点坐标(x03，y03，z03)为：z03＝z01+l·cosα；x03＝x01+l·sinα·sinβ；y03＝y01+l·sinα·cosβ；其中，l为测点3与测点1之间的距离，
Figure FDA0002941989620000011
α为测点1和2构成的空间直线与z轴形成的夹角；β为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角；所述测点3即立模点；
3)对模板进行放样时，测量两个棱镜,此时第一棱镜的测点，即测点1’坐标记为(x11，y11，z11)，第二棱镜的测点，即测点2’坐标记为(x12，y12，z12)；
4)通过零点坐标推算立模点，即测点3的真实坐标，再利用立模点真实坐标对放样点坐标进行实时修正，得到放样点，即测点3’的坐标(x13，y13，z13)；测点3’的坐标(x13，y13，z13)为：z13＝z11+l·cosα′；x13＝x11+l·sinα'·sinβ'；y13＝y11+l·sinα'·cosβ'，其中，α’为测点1’和2’构成的空间直线与z轴形成的夹角；β’为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角；测点3’即放样点；l为测点3与测点1之间的距离，
Figure FDA0002941989620000012
2.根据权利要求1所述的斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正方法，其特征在于，步骤2)中，在准备调模前的凌晨3时～5时对两个棱镜点进行观测。
3.一种斜拉桥和悬索桥索塔施工过程温度变形修正系统，其特征在于，包括：
安装于索塔爬模上的第一棱镜和第二棱镜，两个棱镜高度差为3m～8m；
第一观测单元，用于在准备调模前对两个棱镜点进行观测，此时测量数据即称为“零点坐标”，测点1“零点坐标”记为(x01，y01，z01)，测点2“零点坐标”记为(x02，y02，z02)；所述测点1即第一棱镜的测点；所述测点2即第二棱镜的测点；
第二观测单元，用于对模板进行放样时，测量两个棱镜，此时测点1’坐标记为(x11，y11，z11)，测点2’坐标记为(x12，y12，z12)；
修正单元，用于通过零点坐标推算测点3真实坐标，再利用测点3真实坐标对测点3’坐标进行实时修正，得到测点3’坐标(x13，y13，z13)；所述测点3即立模点；测点3’即放样点；其中，
推算后的立模点坐标(x03，y03，z03)为：z03＝z01+l·cosα；x03＝x01+l·sinα·sinβ；y03＝y01+l·sinα·cosβ；其中，l为测点3与测点1之间的距离，
Figure FDA0002941989620000021
α为测点1和2构成的空间直线与z轴形成的夹角；β为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角；测点3’的坐标(x13，y13，z13)为：z13＝z11+l·cosα′；x13＝x11+l·sinα'·sinβ'；y13＝y11+l·sinα'·cosβ'，其中，α’为测点1’和2’构成的空间直线与z轴形成的夹角；β’为该直线投影到xoy平面与y轴形成的夹角。
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