CN112033363A - 一种塔吊的塔身倾斜度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及塔式起重机的支承结构纠偏技术领域，公开了一种塔吊的塔身倾斜度测量方法。本发明中，通过在塔吊的爬升节上粘贴反光片并测量反光片坐标，待其爬升后再测一次反光片坐标的坐标，即可计算出塔吊的倾斜度，不仅更为简便快捷，而且只需一人即可完成全部测量工作；本发明中，通过建立原点位于爬升节一个棱上，一条坐标轴过爬升节的侧立面的平面直角坐标系二，并将塔吊的倾斜方向表示在平面直角坐标系二中，让工人在施工时能够直观地通过塔吊上具体的部件辨别塔吊倾斜的方向，能够精确地布置纠偏装置。
Description
技术领域
本发明涉及塔式起重机的支承结构纠偏技术领域，特别是涉及一种塔吊的塔身倾斜度测量方法。
背景技术
塔吊是非常常用的大型起重设备，其吊臂由塔身结构支撑起来，塔身结构又由标准节一节一节地拼接起来，标准节横截面为矩形或正三角形，标准节中心有供工人攀登的笼梯，塔身最上方还套设有爬升节。塔搭建到一定高度后，还需要加附墙装置，包括附着框、附墙杆以及预埋支座。
塔吊极高，且吊装过程中塔吊的重心位于塔身轴线之外，因此塔身结构的倾斜对塔吊的影响极大，一点轻微的倾斜就会造成严重的危害，塔身标准节安装过程中需要不断进行倾斜度测量，出现倾斜时需停工并纠偏。
此外，塔吊在使用过程中也会因为地层形变而发生倾斜，需要定时进行倾斜度测量，出现倾斜时同样需停工并纠偏。而若倾斜度过大，无可挽回，则需采取拆塔等断然措施。
塔吊在较低时，通过调整底座进行纠偏，但在较高时，调整底座便不可行，此时需要在增加砼基础上的压重块(在发生倾斜的反方向上适当多放置一些)、增设附墙装置、或增设缆风绳。
目前塔吊纠偏过程中存在两个问题，其一为倾斜度测量费时费力费工，无论是采用经纬仪还是全站仪，均需要多名测量人员配合进行多次测量；其二为测量人员测出的是N-E-Z坐标系下塔吊的倾斜度，而塔吊的塔身布置状况千差万别，很难出现刚好标准节的一个面正对北方或东方的情况，纠偏过程中工人普遍难以参考测量人员测出的倾斜度及倾斜方向来布置纠偏装置，且因为倾斜度通常在千分之几，肉眼无法直接辨别。这导致纠偏效果变差，以附墙装置为例，每层附墙装置通常带有两根附墙杆，而实际施工过程中，由于布置不精确，两根附墙杆通常只有一根受力。
发明内容
本发明提供一种塔吊的塔身倾斜度测量方法。
解决的技术问题是：塔吊安装使用过程中，塔吊的塔身倾斜度的测量费时费力费工，且不方便后续的纠偏工作。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，包括以下步骤：
步骤1，安装反光片：在塔吊的爬升节的一条棱上安装反光片；
步骤2，一次测量：测量反光片此时的位置点P1在大地坐标系下的坐标(N1，E1，Z1)；
步骤3，二次测量：待塔吊的爬升节爬升一段距离后，测量反光片此时的位置点P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)；
步骤4，一次转换：P2在过P1的水平面中的垂直投影记为P3，以P1为原点，正东方向为 X轴正方向，正北方向为Y轴正方向，建立平面直角坐标系一，P3在平面直角坐标系一中的坐标记为(X1，Y1)；
步骤5，二次转换：以P1为原点建立平面直角坐标系二，所述平面直角坐标系二的坐标轴分别水平设置、且一条坐标轴与爬升节的一个侧立面共面设置；测量平面直角坐标系二中的X轴与平面直角坐标系一中X轴的夹角，或测量平面直角坐标系二中的Y轴与平面直角坐标系一中Y轴的夹角，记作θ，通过坐标转换公式得出P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2， Y2)；
步骤6，结果处理：比较P3与P1的间距以及P3与P2的间距，得出塔身倾斜度，记作η；通过反三角函数得出线段P1P3和平面直角坐标系二中一条与爬升节的一个侧立面共面设置的坐标轴的夹角，记作ε。
进一步，步骤1中，根据爬升节位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节有一个侧立面朝南，将反光片安装在爬升节朝南的侧立面的西边沿的棱上；
工况2：爬升节有一个棱朝南：将反光片安装在爬升节朝南的棱上。
进一步，步骤5中，根据爬升节位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节有一个侧立面朝南，平面直角坐标系二的坐标轴与平面直角坐标系一的坐标轴保持一致；
工况2：爬升节有一个棱朝南：平面直角坐标系二的X轴从平面直角坐标系一的第三象限向第一象限延伸，且与爬升节的一个侧立面共面设置；平面直角坐标系二的Y轴从平面直角坐标系一的第四象限向第二象限延伸。
进一步，步骤5中的θ为平面直角坐标系一的X轴与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角，步骤6中的ε为线段P1P3与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角。
进一步，P3在平面直角坐标系二中的坐标(X1，Y1)由P1在大地坐标系下的坐标(N1，E1，Z1)以及P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)由如下公式得出：
X1＝E2-E1，Y1＝N2-N1；
P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2，Y2)由P3在平面直角坐标系一中的坐标(X1，Y1)及夹角θ由如下公式得出：
进一步，步骤6中，塔身倾斜度由如下公式得出：
ε的角度由如下公式得出：
进一步，步骤5中θ的角度采用如下方法测量：
连接塔吊中与平面直角坐标系二的X轴相邻的两个地脚，过两个所述地脚中的一个作东西方向的直线，量取过两个所述地脚的直线以及所述东西方向的直线的锐夹角的角度，即为θ的角度。
进一步，步骤2与步骤3采用相同的方法进行坐标测量。
进一步，步骤2中采用侧方交会法测量坐标。
进一步，所述反光片表面蒙设有疏水膜。
本发明一种塔吊的塔身倾斜度测量方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明中，通过在塔吊的爬升节上安装反光片并测量反光片坐标，待其爬升后再测一次反光片坐标的坐标，即可计算出塔吊的倾斜度，不仅极为简便快捷，而且只需一人即可完成全部测量工作；
本发明中，通过建立原点位于爬升节一个棱上，一条坐标轴过爬升节的侧立面的平面直角坐标系二，并将塔吊的倾斜方向表示在平面直角坐标系二中，让工人在施工时能够直观地通过塔吊上具体的部件辨别塔吊倾斜的方向，能够精确地布置纠偏装置。
附图说明
图1是平面直角坐标系二与爬升节的位置关系示意图；
图2是平面直角坐标系一与平面直角坐标系二的位置关系示意图；
图中，1-爬升节。
具体实施方式
一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，包括以下步骤：
步骤1，安装反光片：在塔吊的爬升节1的一条棱上粘贴反光片；反光片可在塔吊搭建前就粘在爬升节1上，省去攀登的工作。反光片需长期使用，表面应蒙设疏水膜，以进行防尘。此外，反光片也可用螺栓拧在爬升节1上并作为爬升节1的一部分。
虽然大部分全站仪有无棱镜模式，但无棱镜模式下测量精度及允许的距离较低。将反光片设置在爬升节1一条棱上的目的有二：其一为爬升节1在使用时反光片的Z坐标会发生变化，且爬升时塔吊的倾斜度可认为是不变的，测量爬升前后的反光片的坐标便可计算出塔吊的倾斜度，这样只需粘一次反光片就能测量出塔吊的倾斜度，并允许在塔吊相对较低，较容易攀爬时粘贴反光片，或者塔吊尚未安装时就粘贴反光片，避免了在较高的塔吊上粘贴反光片这样费时费力的工作；其二为配合之后的坐标转换工作，反光片作为一个明显标志物使用，将反光片作为坐标系原点，工人可根据反光片及塔吊的横截面直观地建立平面直角坐标系二，从而确认塔吊的倾斜方向。
步骤2，一次测量：用全站仪测量反光片此时的位置点P1在大地坐标系下的坐标(N1， E1，Z1)；步骤2可采用侧方交会法测量坐标，可缩小误差，当然也可以直接测量坐标。
步骤3，二次测量：待塔吊的爬升节1爬升一段距离后，用全站仪测量反光片此时的位置点P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)；步骤3与步骤2采用相同的方法进行坐标测量，以免产生系统误差。
步骤4，一次转换：P2在过P1的水平面中的垂直投影记为P3，以P1为原点，正东方向为 X轴正方向，正北方向为Y轴正方向，建立平面直角坐标系一，P3在平面直角坐标系一中的坐标记为(X1，Y1)；此时已经可以计算塔身倾斜度了，但这样计算出的塔身倾斜度只能作为是否需要纠偏的参考，不能帮助工人进行塔身纠偏。
步骤5，二次转换：以P1为原点建立平面直角坐标系二，平面直角坐标系二的坐标轴分别水平设置、且一条坐标轴与爬升节1的一个侧立面共面设置；测量平面直角坐标系二中的 X轴与平面直角坐标系一中X轴的夹角，或测量平面直角坐标系二中的Y轴与平面直角坐标系一中Y轴的夹角，记作θ，通过坐标转换公式得出P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2，Y2)。进行这样的坐标变换的目的是为了便于工人通过塔吊上的部件辨别塔身倾斜方向。
步骤6，结果处理：比较P3与P1的间距以及P3与P2的间距，得出塔身倾斜度，记作η；通过反三角函数得出线段P1P3和平面直角坐标系二中一条与爬升节1的一个侧立面共面设置的坐标轴的夹角，记作ε。由于塔吊的标准节通常为正三棱柱或正四棱柱，而爬升节1套在标准节上，爬升节1的侧立面与标准节的侧立面是平行的。若线段P1P3与平面直角坐标系二的一条坐标轴的夹角为ε，而爬升节1上该坐标轴所在的侧立面可视为与地面垂直的面，那么，线段P1P3与爬升节1上该坐标轴所在的面的夹角为ε，且与标准节上和爬升节1上的面相平行的侧立面的夹角也为ε，这些面都是确定的，工人能够据此辨别塔身倾斜方向。
步骤1中，根据爬升节1位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节1有一个侧立面朝南，将反光片安装在爬升节1朝南的侧立面的西边沿的棱上；
工况2：爬升节1有一个棱朝南：将反光片安装在爬升节1朝南的棱上。
步骤5中，根据爬升节1位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节1有一个侧立面朝南，平面直角坐标系二的坐标轴与平面直角坐标系一的坐标轴保持一致，二者重合；这种情况下无需进行坐标转换；
工况2：爬升节1有一个棱朝南：如图1所示，平面直角坐标系二的X轴从平面直角坐标系一的第三象限向第一象限延伸，且与爬升节1的一个侧立面共面设置；平面直角坐标系二的Y轴从平面直角坐标系一的第四象限向第二象限延伸。这样做的目的是使线段P1P3落在平面直角坐标系一以及平面直角坐标系二的第一象限内，方便计算及后续的纠偏施工。
如图2所示，步骤5中的θ为平面直角坐标系一的X轴与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角，步骤6中的ε为线段P1P3与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角。这样工人可以面对塔身上反光片所在的棱，在塔身上该棱的左边的侧立面上取一条水平线，绕该棱逆时针旋转ε度，即为塔身倾斜方向。
P3在平面直角坐标系二中的坐标(X1，Y1)由P1在大地坐标系下的坐标(N1，E1，Z1)以及P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)由如下公式得出：
X1＝E2-E1，Y1＝N2-N1；
P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2，Y2)由P3在平面直角坐标系一中的坐标(X1，Y1)及夹角θ由如下公式得出：
爬升节11有一个侧立面朝南时，平面直角坐标系二与平面直角坐标系一重合，θ为0，这时，X2＝X1，Y2＝Y1。
步骤6中，塔身倾斜度由如下公式得出：
ε的角度由如下公式得出：
步骤5中θ的角度采用如下方法测量：
连接塔吊中与平面直角坐标系二的X轴相邻的两个地脚，过两个地脚中的一个作东西方向的直线，因为与平面直角坐标系二的X轴相邻的两个地脚的连线，平行于平面直角坐标系二的X轴所在的面，量取过两个地脚的直线以及东西方向的直线的锐夹角的角度，即为θ的角度。这样便可在地面上量取θ的角度，且无需复杂的操作，画线后拿量角器量取即可。
对于新安装的塔吊而言，塔身倾斜度η高于千分之一时需进行纠偏，调节地脚螺栓将塔身纠正过来；对于已使用很久的塔吊而言，调节地脚螺栓已不现实，在η高于千分之三时需增设附墙装置。
实施例1：山湖锦悦府项目(乍2018-15地块)7#塔吊
| 序号 | 塔吊型号 | 塔吊总高度 | 偏东西方向 | 偏南北方向 | 允许偏差 | 结果 | 检测日期 |
| 1 | TC5512 | 19.6m | 4.24cm | 2.23cm | 7.84cm | 符合 | 2018/10/24 |
| 2 | TC5512 | 19.6m | 5.32cm | 1.24cm | 7.84cm | 符合 | 2018/12/21 |
| 3 | TC5512 | 19.6m | 5.21cm | 2.54cm | 7.84cm | 符合 | 2019/1/2 |
| 4 | TC5512 | 19.6m | 4.20cm | 2.12cm | 7.84cm | 符合 | 2019/2/24 |
| 5 | TC5512 | 28m | 3.54cm | 3.48cm | 11.2cm | 符合 | 2019/3/20 |
| 6 | TC5512 | 50.4m | 1.24cm | 3.32cm | 20.16cm | 符合 | 2019/4/15 |
| 7 | TC5512 | 65m | 3.49cm | 4.46cm | 26cm | 符合 | 2019/5/26 |
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，安装反光片：在塔吊的爬升节(1)的一条棱上安装反光片；
步骤2，一次测量：测量反光片此时的位置点P1在大地坐标系下的坐标(N1，E1，Z1)；
步骤3，二次测量：待塔吊的爬升节(1)爬升一段距离后，测量反光片此时的位置点P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)；
步骤4，一次转换：P2在过P1的水平面中的垂直投影记为P3，以P1为原点，正东方向为X轴正方向，正北方向为Y轴正方向，建立平面直角坐标系一，P3在平面直角坐标系一中的坐标记为(X1，Y1)；
步骤5，二次转换：以P1为原点建立平面直角坐标系二，所述平面直角坐标系二的坐标轴分别水平设置、且一条坐标轴与爬升节(1)的一个侧立面共面设置；测量平面直角坐标系二中的X轴与平面直角坐标系一中X轴的夹角，或测量平面直角坐标系二中的Y轴与平面直角坐标系一中Y轴的夹角，记作θ，通过坐标转换公式得出P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2，Y2)；
步骤6，结果处理：比较P3与P1的间距以及P3与P2的间距，得出塔身倾斜度，记作η；通过反三角函数得出线段P1P3和平面直角坐标系二中一条与爬升节(1)的一个侧立面共面设置的坐标轴的夹角，记作ε。
2.根据权利要求1所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤1中，根据爬升节(1)位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节(1)有一个侧立面朝南，将反光片安装在爬升节(1)朝南的侧立面的西边沿的棱上；
工况2：爬升节(1)有一个棱朝南：将反光片安装在爬升节(1)朝南的棱上。
3.根据权利要求2所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤5中，根据爬升节(1)位置的不同，分两种工况：
工况1：爬升节(1)有一个侧立面朝南，平面直角坐标系二的坐标轴与平面直角坐标系一的坐标轴保持一致；
工况2：爬升节(1)有一个棱朝南：平面直角坐标系二的X轴从平面直角坐标系一的第三象限向第一象限延伸，且与爬升节(1)的一个侧立面共面设置；平面直角坐标系二的Y轴从平面直角坐标系一的第四象限向第二象限延伸。
4.根据权利要求3所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤5中的θ为平面直角坐标系一的X轴与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角，步骤6中的ε为线段P1P3与平面直角坐标系二的X轴的锐夹角。
5.根据权利要求4所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：P3在平面直角坐标系二中的坐标(X1，Y1)由P1在大地坐标系下的坐标(N1，E1，Z1)以及P2在大地坐标系下的坐标(N2，E2，Z2)由如下公式得出：
X1＝E2-E1，Y1＝N2-N1；
P3在平面直角坐标系二中的坐标(X2，Y2)由P3在平面直角坐标系一中的坐标(X1，Y1)及夹角θ由如下公式得出：
6.根据权利要求4所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤6中，塔身倾斜度由如下公式得出：
ε的角度由如下公式得出：
7.根据权利要求4-6任一项所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤5中θ的角度采用如下方法测量：
连接塔吊中与平面直角坐标系二的X轴相邻的两个地脚，过两个所述地脚中的一个作东西方向的直线，量取过两个所述地脚的直线以及所述东西方向的直线的锐夹角的角度，即为θ的角度。
8.根据权利要求1所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤2与步骤3采用相同的方法进行坐标测量。
9.根据权利要求1所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：步骤2中采用侧方交会法测量坐标。
10.根据权利要求1所述的一种塔吊的塔身倾斜度测量方法，其特征在于：所述反光片表面蒙设有疏水膜。
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