CN111947613A - 一种圆管形结构物定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆管形结构物定位装置及定位方法，属于工程测量技术领域，包括：环形外廓框；四个套筒式内丝杆，其均包括螺丝杆、与所述螺丝杆螺纹连接的具有刻度的螺母杆、以及具有容置空间的套筒，所述套筒一端闭合且内侧固定连接所述螺丝杆一端，所述套筒另一端开口且可旋转的安装于所述安装位，所述套筒、所述螺丝杆、以及所述螺母杆的轴线重合；四个棱镜，其分别安装在四个所述套筒的闭合端外侧。本发明的有益效果：方便定位测量，具有高工效、高精度的优点。

Description

一种圆管形结构物定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，具体涉及一种圆管形结构物定位装置及定位方法。

背景技术

圆管形结构物是现代桥梁和建筑钢结构施工中经常采用的一种结构物。比如斜拉桥索道管、回旋形索鞍，钢管拱桥的圆管形拱肋，悬索桥隧道锚的锚管，建筑钢结构工程的圆管形结构物等。

圆管形结构物特点是其轴线、管口中心点和任一横截面中心点都是虚拟的，且其定位测量的精度要求高，比如斜拉桥索道管、回旋形索鞍，悬索桥隧道锚的锚管定位测量允许误差不大于5mm。这给测量工作造成了很大困难。

传统圆管形结构物管口的定位测量，一般采用“安装标示管口中心的测量工装+架设棱镜的方法”即采用测量工装自身的实体中心代替圆管形结构物管口的虚拟中心，然后在测量工装自身的实体中心上架设棱镜杆和棱镜，通过测量棱镜的坐标来得到圆管形结构物管口中心的坐标，以与其理论坐标的偏差比对，对圆管形结构物管口进行纠偏定位，比如斜拉桥索道管定位测量工装。这种借助棱镜杆的定位测量方法，增加了棱镜杆对点误差，尤其对于处于倾斜状态的圆管形结构物管口安装定位，对点更难，对点误差更大。因为倾斜圆管形结构物管口的横截面也是倾斜的，测量工装需要倾斜放置在圆形结构物的管口上，在倾斜的测量工装实体中心上架设棱镜杆，棱镜杆的对点误差更大。显然，这种定位测量精度低、效率低、难度大。

传统的圆管形结构物任一横截面处的定位测量，一般采用天顶点测量工装标示圆管形结构物外壁顶点的方法进行定位，用倒U形槽测量工装卡在圆管形结构物任一横截面处，整平后测量倒U形槽的顶面板与圆管形结构物横截面处圆弧的顶端切点(即圆管形结构物任一横截面处的天顶点)的坐标，然后，以此天顶点的坐标，推算圆管形结构物任一横截面处的虚拟中心坐标，以与其理论中心坐标的偏差比对，对其进行纠偏定位。这种方法标示的天顶点位置，不仅天顶点点位误差较大，而且仅仅依靠单独一个天顶点坐标来推算圆形结构物中心坐标，定位精度低且不可靠。另外，工程施工中，经常遇到天顶点被遮挡的情况，比如悬索桥隧道锚管，这种方法就无法使用，具有很大的局限性。

综上所述，传统测量方法工序多、工效低，测量精度低，亟需改进。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种圆管形结构物定位装置及定位方法，用套筒式内丝杆固定套设在圆管形结构物外侧的环形外廓框，用棱镜精密标示圆管形结构物虚拟中心，方便其定位测量，具有高工效、高精度的优点。

本发明提供的一种圆管形结构物定位装置，包括：

环形外廓框，其上均匀设有四个安装位；

四个套筒式内丝杆，其均包括螺丝杆、与所述螺丝杆螺纹连接的具有刻度的螺母杆、以及具有容置空间的套筒，所述套筒一端闭合且内侧固定连接所述螺丝杆一端，所述套筒另一端开口且可旋转的安装于所述安装位，所述套筒、所述螺丝杆、以及所述螺母杆的轴线重合；

四个棱镜，其分别安装在四个所述套筒的闭合端外侧；

所述环形外廓框、四个所述套筒式内丝杆、以及四个所述棱镜的轴线位于同一平面。

优选的，所述螺母杆一端闭合且为锥形，另一端开口且与所述螺丝杆通过螺纹连接的方式连接；

所述螺母杆的外壁两侧为剖面，且剖面上标有刻度。

优选的，所述套筒包括构成闭合端的套筒帽和构成开口端的套筒身，所述套筒身内部具有所述容置空间，所述套筒帽和所述套筒身一体成型。

优选的，所述圆管形结构物定位装置还包括：

四个套筒卡座，其分别安装在四个所述安装位上；

所述套筒的开口端设有公口卡槽，所述套筒卡座上设有母口卡槽，通过所述公口卡槽和所述母口卡槽的相互配合，所述套筒的开口端可旋转的安装在所述套筒卡座上。

优选的，所述圆管形结构物定位装置还包括：

四个棱镜连接头标准件，其分别设置在四个所述套筒的闭合端外侧，用于连接所述棱镜。

优选的，所述环形外廓框包括：

两个半圆框，两个所述半圆框的一端通过铰链螺栓连接，另一端通过紧固螺栓连接。

一种圆管形结构物定位方法，基于上述圆管形结构物定位装置，所述圆管形结构物定位方法包括：

将所述环形外廓框套在圆管形结构物一横截面的外壁；

分别旋转四个所述套筒以驱动四个所述螺母杆分别伸缩并抵靠所述圆管形结构物的外壁，抵靠后四个所述螺母杆上的刻度相同；

采用全站仪测量任意两个所述棱镜中心的棱镜坐标，并根据所述棱镜坐标计算得到该横截面的实测中心坐标；

根据所述实测中心坐标对该横截面的虚拟中心进行定位。

优选的，将所述环形外廓框套在所述圆管形结构物一横截面的外壁前，分别旋转所述套筒以驱使四个所述螺母杆分别远离所述环形外廓框的中心，直至四个所述螺母杆上的刻度分别大于所述环形外廓框的半径值。

优选的，根据所述实测中心坐标对所述圆管形结构物进行定位的具体步骤为：

将该横截面的所述实测中心坐标与理论中心坐标进行比对，根据比对结果对所述圆管形结构物进行定位。

一种圆管形结构物定位方法，多次采用所述圆管形结构物定位方法，以对所述圆管形结构物的多个横截面的虚拟中心进行定位，并根据定位结果对所述圆管形结构物进行定位。

本发明的有益效果在于：

(1)将环形外廓框套设在圆管形结构物外侧后，用套筒式内丝杆对环形外廓框进行定位，用棱镜精密标示圆管形结构物虚拟中心，便于直接测量包括管口在内的所有横截面的虚拟中心，减少了棱镜杆架设测量工序，方便携带，操作简单，单人操作即可获得精密测量结果，克服了传统测量方法需要多名测量人员操作的缺陷，提高了对圆管形结构物的测量精度和测量效率。

(2)用至少两个关于圆心对称棱镜测量圆管形结构物一个横截面的虚拟中心的坐标，测点数量多于一个，可以相互复核测量，增加了测量的可靠性且测量精度高。

(3)用至少两个关于圆心对称棱镜测量圆管形结构物一个横截面的虚拟中心的坐标，可以避开圆管结构物天顶点被遮挡的情况，更容易找到圆管形结构物待定位横截面的其他通视点位，增大了定位测量通视的几率，大大方便了圆管形结构物待定位横截面处的定位。

附图说明

图1为本发明优选的实施例中，圆管形结构物定位装置的结构示意图。

图2为本发明优选的实施例中，套筒式内丝杆的结构示意图。

图3为本发明优选的实施例中，环形外廓框的结构示意图。

图中标号：

1-环形外廓框；2-套筒式内丝杆；3-螺丝杆；4-螺母杆；5-套筒；51-套筒帽；52-套筒身；6-棱镜；7-套筒卡座；8-公口卡槽；9-母口卡槽；10-棱镜连接头标准件；11-半圆框；12-铰链螺栓；13-紧固螺栓。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明提出一种圆管形结构物定位装置及定位方法，适用于圆管形结构物工程测量，尤其适用于桥梁圆管形结构物和长大圆管形结构物工程测量，也适用于方形结构物定位测量。参照图1所示，圆管形结构物定位装置包括环形外廓框1、四个套筒式内丝杆2、以及四个棱镜6，环形外廓框1上均匀设有四个用于安装套筒式内丝杆2的安装位。套筒式内丝杆2包括螺丝杆3、与螺丝杆3螺纹连接的具有刻度的螺母杆4、以及用于容置螺丝杆3和螺母杆4的容置空间的套筒5，套筒5一端闭合且内侧固定连接螺丝杆3一端，另一端开口且可旋转的安装于安装位，套筒5、螺丝杆3、以及螺母杆4的轴线3重合。四个棱镜6分别安装在四个套筒5的闭合端外侧。环形外廓框1、四个套筒式内丝杆2、以及四个棱镜6的轴线位于同一平面。其中，两个相对设置的套筒式内丝杆2的轴线与圆管形结构物的第一直径的延长线重合，另外两个相对设置的套筒式内丝杆2的轴线与圆管形结构物的第二直径的延长线重合，第一直径和第二直径垂直。

圆管形结构物定位方法包括对圆管形结构物进行定位时，将环形外廓框1套设在圆管形结构物外侧，旋转套筒5以驱使带有刻度的螺母杆4伸缩，使四个螺母杆4均抵靠圆管形结构物外侧，且四个螺母杆4上的刻度均相同，此时环形外廓框1与抵靠点所在的圆管形结构物的截面处于同一平面。采用全站仪测量任意两个或大于两个的棱镜6中心的棱镜坐标，并根据棱镜坐标计算得到该横截面的实测中心坐，根据实测中心坐标对该横截面的虚拟中心进行定位，具体的，将该横截面的实测中心坐标与理论中心坐标进行比对，根据比对结果对圆管形结构物进行定位。

多次采用上述圆管形结构物定位方法，能够对圆管形结构物的多个横截面的虚拟中心进行定位，并根据定位结果对圆管形结构物进行定位。

本发明的圆管形结构物定位装置及定位方法，将环形外廓框套设在圆管形结构物外侧后，用套筒式内丝杆对环形外廓框进行定位，用棱镜精密标示圆管形结构物虚拟中心，便于直接测量包括管口在内的所有横截面的虚拟中心，减少了棱镜杆架设测量工序，方便携带，操作简单，单人操作即可获得精密测量结果，克服了传统测量方法需要多名测量人员操作的缺陷，提高了对圆管形结构物的测量精度和测量效率。

用至少两个关于圆心对称棱镜测量圆管形结构物一个横截面的虚拟中心的坐标，测点数量多于一个，可以相互复核测量，增加了测量的可靠性且测量精度高。

用至少两个关于圆心对称棱镜测量圆管形结构物一个横截面的虚拟中心的坐标，可以避开圆管形结构物天顶点被遮挡的情况，更容易找到圆管形结构物待定位横截面的其他通视点位，增大了定位测量通视的几率，大大方便了圆管形结构物待定位横截面处的定位。

进一步的，螺母杆4一端闭合且为锥形，另一端开口且与螺丝杆3通过螺纹连接的方式连接。螺母杆4的外壁两侧为剖面，且剖面上标有刻度，用于标示螺母杆4的下端至环形外廓框1的圆心的距离。

使用时，旋转套筒5带动螺丝杆3旋转，进而驱使螺母杆4的锥形端伸缩并抵靠圆管形结构物外侧。

将环形外廓框1套在圆管形结构物一横截面的外壁前，分别旋转套筒5以驱使四个螺母杆4分别远离环形外廓框1的中心，直至四个螺母杆4上的刻度分别大于环形外廓框1的半径值。

进一步的，参照图2所示，套筒5包括构成闭合端的套筒帽51和构成开口端的套筒身52，套筒身52内部具有容置空间，套筒帽51和套筒身52一体成型。

进一步的，圆管形结构物定位装置还包括：

四个套筒卡座7，其分别安装在四个安装位上。

套筒5的开口端设有公口卡槽8，套筒卡座7上设有母口卡槽9，通过公口卡槽8和母口卡槽9的相互配合，套筒5的开口端可旋转的安装在套筒卡座7上。

进一步的，圆管形结构物定位装置还包括：

四个棱镜连接头标准件10，其分别设置在四个套筒5的闭合端外侧，用于连接棱镜6。

进一步的，参照图3所示，环形外廓框1包括：

两个半圆框11，两个半圆框11的一端通过铰链螺栓12连接，另一端通过紧固螺栓13连接。铰接螺栓12位于两个套筒卡座7之间的环形外廓框1上，紧固螺栓13位于另外两个套筒卡座7之间的环形外廓框1上。两个半圆框40通过铰接螺栓12连接，通过紧固螺栓13固定为圆形外廓框环形外廓框1。

使用时，先通过松开紧固螺栓13，使环形外廓框1打开，方便环形外廓框1套设在圆管形结构物上，然后拧紧紧固螺栓13，使环形外廓框1合拢，方便环形外廓框1固定在圆管形结构物上。

本发明的圆管形结构物定位装置及定位方法应用于斜拉桥塔柱同向回转索鞍定位时，由于斜拉桥塔柱同向回转索鞍是斜拉索的通道的一种结构形式，其形状为马鞍形的圆管结构物，定位允许偏差5mm。其定位特点是需要精密定位斜拉索进口中心、出口中心和同向回转索鞍中央横截面处中心的位置。因此，测量方法步骤如下：

获取斜拉桥塔柱同向回转索鞍的斜拉索进口中心的坐标。

获取斜拉桥塔柱同向回转索鞍的斜拉索出口中心的坐标。

使用圆管形结构物定位装置获取斜拉桥塔柱同向回转索鞍中央横截面的实测虚拟中心坐标。

计算同向回转索鞍中央横截面的虚拟中心的实测坐标与其理论坐标的差值，以此差值对同向回转索鞍中央横截面处纠偏定位。

本发明的圆管形结构物定位装置及定位方法应用于悬索桥隧道锚锚管定位时，由于悬索桥隧道锚锚管是锚杆的通道，锚管进口、出口为圆形管口，其两端圆形管口外各带有一个锚固板，两个锚固板都与锚管轴线垂直。锚管长度大，锚管中部受自身重力影响易弯曲变形，定位允许偏差5mm。其定位特点是需要精密定位锚管进口圆形管口中心、出口圆形管口中心的位置和锚管任一横截面处虚拟中心的位置，使锚管轴线呈直线形状且锚管空间位置与其在隧道锚体中的理论位置一致。因此，测量方法步骤如下：

首先获取锚管进口中心的坐标。

然后获取锚管出口中心的坐标。

使用三个圆管形结构物定位装置分别获取锚管1/4、1/2、3/4管长处横截面的虚拟中心坐标。

分别计算锚管1/4、1/2、3/4管长处横截面的虚拟中心的实测坐标与其理论坐标的差值，以此差值对锚管1/4、1/2、3/4管长处纠偏定位。至此，完成一根锚管的定位。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种圆管形结构物定位装置，其特征在于，包括：

环形外廓框(1)，其上均匀设有四个安装位；

四个套筒式内丝杆(2)，其均包括螺丝杆(3)、与所述螺丝杆(3)螺纹连接的具有刻度的螺母杆(4)、以及具有容置空间的套筒(5)，所述套筒(5)一端闭合且内侧固定连接所述螺丝杆(3)一端，所述套筒(5)另一端开口且可旋转的安装于所述安装位，所述套筒(5)、所述螺丝杆(3)、以及所述螺母杆(4)的轴线(3)重合；

四个棱镜(6)，其分别安装在四个所述套筒(5)的闭合端外侧；

所述环形外廓框(1)、四个所述套筒式内丝杆(2)、以及四个所述棱镜(6)的轴线位于同一平面。

2.如权利要求1所述的圆管形结构物定位装置，其特征在于，所述螺母杆(4)一端闭合且为锥形，另一端开口且与所述螺丝杆(3)通过螺纹连接的方式连接；

所述螺母杆(4)的外壁两侧为剖面，且剖面上标有刻度。

3.如权利要求1所述的圆管形结构物定位装置，其特征在于，所述套筒(5)包括构成闭合端的套筒帽(51)和构成开口端的套筒身(52)，所述套筒身(52)内部具有所述容置空间，所述套筒帽(51)和所述套筒身(52)一体成型。

4.如权利要求1所述的圆管形结构物定位装置，其特征在于，所述圆管形结构物定位装置还包括：

四个套筒卡座(7)，其分别安装在四个所述安装位上；

所述套筒(5)的开口端设有公口卡槽(8)，所述套筒卡座(7)上设有母口卡槽(9)，通过所述公口卡槽(8)和所述母口卡槽(9)的相互配合，所述套筒(5)的开口端可旋转的安装在所述套筒卡座(7)上。

5.如权利要求1所述的圆管形结构物定位装置，其特征在于，所述圆管形结构物定位装置还包括：

四个棱镜连接头标准件(10)，其分别设置在四个所述套筒(5)的闭合端外侧，用于连接所述棱镜(6)。

6.如权利要求1所述的圆管形结构物定位装置，其特征在于，所述环形外廓框(1)包括：

两个半圆框(11)，两个所述半圆框(11)的一端通过铰链螺栓(12)连接，另一端通过紧固螺栓(13)连接。

7.一种圆管形结构物定位方法，其特征在于，基于上述权利要求1-6中任一项所述的圆管形结构物定位装置，所述圆管形结构物定位方法包括：

将所述环形外廓框(1)套在圆管形结构物一横截面的外壁；

分别旋转四个所述套筒(5)以驱动四个所述螺母杆(4)分别伸缩并抵靠所述圆管形结构物的外壁，抵靠后四个所述螺母杆(4)上的刻度相同；

采用全站仪测量任意两个所述棱镜(6)中心的棱镜坐标，并根据所述棱镜坐标计算得到该横截面的实测中心坐标；

根据所述实测中心坐标对该横截面的虚拟中心进行定位。

8.如权利要求7所述的圆管形结构物定位方法，其特征在于，将所述环形外廓框(1)套在所述圆管形结构物一横截面的外壁前，分别旋转所述套筒(5)以驱使四个所述螺母杆(4)分别远离所述环形外廓框(1)的中心，直至四个所述螺母杆(4)上的刻度分别大于所述环形外廓框(1)的半径值。

9.如权利要求7所述的圆管形结构物定位方法，其特征在于，根据所述实测中心坐标对所述圆管形结构物进行定位的具体步骤为：

将该横截面的所述实测中心坐标与理论中心坐标进行比对，根据比对结果对所述圆管形结构物进行定位。

10.一种圆管形结构物定位方法，其特征在于，多次采用所述权利要求7所述的圆管形结构物定位方法，以对所述圆管形结构物的多个横截面的虚拟中心进行定位，并根据定位结果对所述圆管形结构物进行定位。

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