CN112195780A - 一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法，包括以下步骤：测得架设完成后的节段梁的实际测点位置，将其与其理论测点坐标进行对比，得出该节段梁的架设偏差；根据所述架设偏差构建平移矩阵和旋转矩阵，将所有未架设节段梁的理论测点坐标都按照所述平移矩阵和所述旋转矩阵进行空间移动，并进行线形拟合，得出最后一个节段梁的预测偏差，根据该预测偏差，考虑后续未架设节段梁是否继续进行正常架设或采取纠偏措施。本发明对桥梁预制节段架设施工的线形预测，使架设施工误差处于可控范围，顺利完成合龙施工，避免由于架设线形未及时纠正导致的工程损失。

Description

一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法
技术领域
本发明涉及节段预制桥梁架设施工技术领域，特别涉及一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法。
背景技术
桥梁节段预制技术方法是在预制场内预制好节段梁，同时在预制过程中会在节段梁顶板埋设测点并进行测量记录，并计算出节段梁测点理论架设坐标。然后再将预制好的节段梁运至架设现场进行拼装。在进行预制节段装配施工的时候，由于在施工过程中必然存在施工误差，并且施工误差会随着施工进行而累积，甚至造成无法合龙的严重后果。
在工程实践中，节段架设的细小误差很有可能会导致比较严重的后果。特别是在架设初始节段时存在的偏差，会随着施工的进行而不断累加，对合龙施工有巨大影响，如果没有及时识别并考虑修正所述偏差，严重时会导致桥梁无法顺利合龙，需要重新预制，重新装配施工。而在目前的技术环境下并没有对架设偏差所产生的后续影响进行判断，所述影响往往随着工程的进行才会逐渐被意识到。但对偏差的纠正所需要的人力、物力、财力以及时间往往会随着工程的进行而增大。因此如果没有及时对偏差的影响进行判断将会造成较大损失。如中国专利CN108625296A公开一种用于节段预制桥梁安装线形控制方法，该方法在进行节段梁基准块定位之后，由于测量误差无法完全消除，在第一片节段梁架设完成后，若误差不满足需要，暂不进行偏差调整，根据现有线形连续安装三片节段梁，基于误差线性放大原理，第一片节段梁的转角误差在第三片节段梁上得到显著放大，利用三片节段梁整体法转动调整第三片节段梁的坐标，来控制前两片节段梁的坐标在合理范围内。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术没有涉及对节段预制梁架设线形进行预测的问题，提供一种桥梁节段预制技术架设施工三维数控方法，实现对桥梁预制节段架设施工的线形预测，使架设施工误差处于可控范围，顺利完成合龙施工，避免由于架设线形未及时纠正导致的工程损失。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在每个节段梁架设完成后测得该段节段梁的实际测点位置；
S2，将步骤S1所测得的实际测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出该节段梁的架设偏差，该架设偏差包括纵向、高程和横向方向上的位移偏差(δ1、δ2、δ3)以及所对应的纵轴、竖轴和横轴的转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)；
S3，根据所述位移偏差(δ1、δ2、δ3)和所述转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)构建平移矩阵和旋转矩阵；
所述平移矩阵为：
Figure BDA0002673337790000021
所述旋转矩阵为：
Figure BDA0002673337790000031
预测时先将已完成架设的某段节段梁的其中一个测点理论位置运用所述平移矩阵移动至与其对应测点实测位置重合的位置，
即平移计算公式为：(x',y',z',1)＝(x,y,z,1)·Rmov，
在移动时，其余测点跟随该测点一起平移；
然后再对各测点运用所述旋转矩阵使其转到相应位置，
即旋转计算公式为：(x',y',z')＝(x,y,z)·Rrot；
S4，将所有未架设节段梁的理论测点坐标都按照步骤S3所述的平移矩阵和所述的旋转矩阵进行空间移动，并进行线形拟合，得出最后一个节段梁的预测测点位置；
S5，将步骤S4所得的最后一个节段梁的预测测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出最后一个节段梁的预测偏差；
S6，根据步骤S5的所述预测偏差，考虑后续未架设节段梁是否继续进行正常架设或采取纠偏措施。
其中，在步骤S5中，所述预测偏差为纵向位移、高程位移、横向位移、纵轴转角、竖轴转角和横轴转角六个自由度方向上的偏差(Δ1、Δ2、Δ3、θ1、θ2、θ3)。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
现有技术并没有涉及对预制节段架设线形的预测，大多都是对架设线形的调整方法。而本专利方法通过预测线形的方式，提前判断有可能造成的误差大小，是否符合设计要求，相当于起到一个预警的作用，进而更好地把控工程进度与质量，避免造成如无法合龙等无法挽回的后果。
附图说明
图1是节段预制桥梁架设的预测线形与理论线形示意图。
图2是节段梁空间六个自由度方向上的偏差示意图。
图3是本发明架设线形预测数控方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，其示意出了节段预制桥梁架设的预测线形与理论线形，其中标记1为已架设节段位置，2为理论架设节段位置，3为预测架设线形，4为理论架设线形，5为预测最后节段，6为理论最后节段。图1示意出架设初始节段时存在的偏差，会随着施工的进行而不断累加，对合龙施工有巨大影响。
节段预制桥梁的架设是在预制厂内预制好墩顶块，运输至架设现场后，通过龙门吊等装置将墩顶块吊装至施工好的桥墩上，按照节段梁测点理论坐标放样对墩顶块进行位置的调整。由于实际施工环境与理论环境存在偏差，按放样调整后的墩顶块在大多数的情况下难以和理论坐标重合。因此在墩顶块架设好无法再进行调整后，现场监控人员需要再次对墩顶块的位置进行测点复测以及线形预测工作。测量人员将测量数据传输至线形监控中心的服务器中。线形监控中心服务器运算完数据后若偏差超出阈值，其将向现场测量人员发出预警，并让其协调现场考虑是否进行纠偏。
参见图3所示的架设线形数控方法的流程图，首先在预制厂内按照设计尺寸预制节段梁，然后架设节段梁，再根据理论数据对该节段梁调整后固定，节段梁架设完成后测得该段节段梁实际测点位置的坐标数据，将该坐标数据反馈至监控中心服务器，由软件预测该节段预制桥梁的未来架设线形，然后将该预测线形与理论线形进行比较，并判断偏差是否超限，如果无超限，则正常架设下一节段，如果超限，则考虑在架设下一节段时进行纠偏。
本数控方法的预测算法包括以下步骤：
S1，在每个节段梁架设完成后测得该段节段梁的实际测点位置；
S2，将步骤S1所测得的实际测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出该节段梁的架设偏差，如图3所示，该架设偏差包括纵向7、高程8和横向9方向上的位移偏差(δ1、δ2、δ3)以及所对应的纵轴10、竖轴11和横轴12的转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)；
S3，根据所述位移偏差(δ1、δ2、δ3)和所述转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)构建平移矩阵和旋转矩阵；
所述平移矩阵为：
Figure BDA0002673337790000051
所述旋转矩阵为：
Figure BDA0002673337790000052
预测时先将已完成架设的某段节段梁的其中一个测点运用所述平移矩阵移动至与其对应预测测点重合的位置，
即平移计算公式为：(x',y',z',1)＝(x,y,z,1)·Rmov，
在移动时，其余测点跟随该测点一起平移；
然后再对各测点运用所述旋转矩阵使其转到相应位置，
即旋转计算公式为：(x',y',z')＝(x,y,z)·Rrot；
S4，将所有未架设节段梁的理论测点坐标都按照步骤S3所述的平移矩阵和所述的旋转矩阵进行空间移动，并进行线形拟合，得出最后一个节段梁的预测测点位置；
S5，将步骤S4所得的最后一个节段梁的预测测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出最后一个节段梁的预测偏差；
S6，根据步骤S5的所述预测偏差，考虑后续未架设节段梁是否继续进行正常架设或采取纠偏措施。
其中，在步骤S5中，所述预测偏差为纵向位移、高程位移、横向位移、纵轴转角、竖轴转角和横轴转角六个自由度方向上的偏差(Δ1、Δ2、Δ3、θ1、θ2、θ3)。
本专利所述的架设线形的数控方法具有以下有益效果：
(1)在节段预制桥梁架设装配过程中根据已装配的预制节段线形，预测该跨桥梁按照已架设节段线形继续进行后续预制节段装配时的合龙偏差，得以预判该跨架设线形是否符合设计线形要求，进而考虑是否需要对架设线形进行纠偏调整，保证桥梁顺利合龙。
(2)根据已装配完成的预制节段，对后续未装配预制节段的架设线形进行预测，避免因施工误差不断累加导致最后无法合龙所造成的人力、物力、财力以及时间的损失。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (2)

1.一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在每个节段梁架设完成后测得该段节段梁的实际测点位置；
S2，将步骤S1所测得的实际测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出该节段梁的架设偏差，该架设偏差包括纵向、高程和横向方向上的位移偏差(δ1、δ2、δ3)以及所对应的纵轴、竖轴和横轴的转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)；
S3，根据所述位移偏差(δ1、δ2、δ3)和所述转角偏差(Φ1、Φ2、Φ3)构建平移矩阵和旋转矩阵；
所述平移矩阵为：
Figure FDA0002673337780000011
所述旋转矩阵为：
Figure FDA0002673337780000012
预测时先将已完成架设的某段节段梁的其中一个测点理论位置运用所述平移矩阵移动至与其对应测点实测位置重合的位置，即平移计算公式为：(x',y',z',1)＝(x,y,z,1)·Rmov，在移动时，其余测点跟随该测点一起平移；然后再对各测点运用所述旋转矩阵使其转到相应位置，即旋转计算公式为：(x',y',z')＝(x,y,z)·Rrot；
S4，将所有未架设节段梁的理论测点坐标都按照步骤S3所述的平移矩阵和所述的旋转矩阵进行空间移动，并进行线形拟合，得出最后一个节段梁的预测测点位置；
S5，将步骤S4所得的最后一个节段梁的预测测点位置与其理论测点坐标进行对比，得出最后一个节段梁的预测偏差；
S6，根据步骤S5的所述预测偏差，考虑后续未架设节段梁是否继续进行正常架设或采取纠偏措施。
2.根据权利要求1所述的一种关于节段预制桥梁架设线形的数控方法，其特征在于，在步骤S5中，所述预测偏差为纵向位移、高程位移、横向位移、纵轴转角、竖轴转角和横轴转角六个自由度方向上的偏差(Δ1、Δ2、Δ3、θ1、θ2、θ3)。
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