CN113062198A - 一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，涉及桥梁施工技术领域，通过先计算出桥梁拱轴线旋转预设的角度后至竖直平面内的旋转坐标方程，再计算安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标，并根据交点坐标、位于安装控制点所在截面的待安装拱肋高度及待安装拱肋的底板厚度计算安装控制点的过渡坐标，再将竖直平面内的桥梁拱轴线反向旋转预设的角度，并根据过渡坐标和预设的角度计算安装控制点的设计坐标，最后根据设计坐标和预设的拱度值即可计算出安装控制点的安装坐标，无需进行三维模型的创建和三维模型精度的保证，有效降低了对三维建模的专业依赖性，简化了拱肋安装测点坐标的计算，降低了安装测点坐标精准计算的难度和成本。

Description

一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法

技术领域

本申请涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法。

背景技术

在我国公路桥梁体系中，拱桥作为一种古老的桥式结构，以其跨越能力大、承载能力高、造价经济、养护维修费用少等特有技术优势而成为历史悠久且竞争力较强的桥梁形式。其中，大跨度钢拱桥通常由于其结构自重大、结构尺寸大，所以必须将桥梁构件划分为若干节段，然后再将这些节段依次运输到施工现场进行安装。在施工现场进行各节段安装时，首先需要在节段上布置相应的测点，再计算出各测点的安装坐标，最后根据计算得到的坐标安装桥梁节段，由此可见，测点位置的选择及测点坐标计算对于桥梁安装至关重要，若测点位置选择不合理，有可能导致测量困难或坐标计算困难，进而影响施工质量及施工进度。

常规的平面拱肋节段，只需2～4个测点就可以确定安装位置，坐标计算相对简单，而对于空间立体拱肋节段而言，则需要更多的测点来确定空间拱肋安装位置，并且坐标计算非常复杂。由于施工现场环境多变，通常会出现仪器与测点不能通视、测点被破坏或其它不可预见的情况，这时就不得不临时在节段上重新做点，如果新做的测点坐标不能及时计算出来，则必然会影响拱肋安装质量与进度。

相关技术中，一般通过建立三维模型的方式对拱肋的安装测点坐标进行计算，但是其不仅需依赖在三维模型创建方面具有较高专业度的专业人员进行三维模型的创建，还需保证三维模型的精确度，方可确保安装测点坐标的准确性，因此，该方法存在安装测点坐标精准计算难度大、专业依赖性强和成本高的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，以解决相关技术中存在的安装测点坐标精准计算难度大、专业依赖性强和成本高的问题。

第一方面，提供了一种一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，包括以下步骤：

在三维坐标系中绘制桥梁拱轴线；

待安装拱肋设于所述桥梁拱轴线上，在所述待安装拱肋上预设多个安装控制点，所述安装控制点与所述待安装拱肋边缘之间预设有固定距离值；

将所述桥梁拱轴线旋转预设的角度后至竖直平面内，并计算所述桥梁拱轴线的旋转坐标方程；

根据桥梁拱轴线的旋转坐标方程、桥梁拱轴线的端点坐标以及所述固定距离值计算安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标；

根据所述交点坐标、位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度以及待安装拱肋的底板厚度计算所述安装控制点的过渡坐标；

将竖直平面内的所述桥梁拱轴线反向旋转所述预设的角度，并根据所述过渡坐标和所述预设的角度计算所述安装控制点的设计坐标；

根据所述设计坐标和预设的拱度值计算安装控制点的安装坐标。

一些实施例中，所述三维坐标系的原点设于桥面中心线上。

一些实施例中，所述在三维坐标系中绘制桥梁拱轴线，包括：计算所述桥梁拱轴线的初始坐标方程；

所述初始坐标方程为：

Y＝tanα·(f-Z)+a

式中，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；a为所述桥梁拱轴线的拱顶到桥面中心线的水平距离。

一些实施例中，所述桥梁拱轴线的旋转坐标方程为：

式中，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离。

一些实施例中，所述安装控制点所在截面与所述桥梁拱轴线的交点坐标为：

式中，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，P为所述待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，L1为所述固定距离值，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离。

一些实施例中，所述桥梁拱轴线的切线角使用第一算法计算得到，所述第一算法包括：

式中，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，P为所述待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角。

一些实施例中，所述安装控制点包括多个第一安装控制点和多个第二安装控制点，多个所述第一安装控制点等距分布于所述待安装拱肋的横向顶板上，多个所述第二安装控制点等距分布于所述待安装拱肋的横向底板上。

一些实施例中，所述第一安装控制点的过渡坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为所述位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L2为相邻的两第一安装控制点之间的间距；

所述第二安装控制点的过渡坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为所述位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L3为两相邻的第二安装控制点之间的间距，t为所述待安装拱肋的底板厚度。

一些实施例中，所述第一安装控制点的设计坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角；

所述第二安装控制点的设计坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角。

一些实施例中，所述第一安装控制点的安装坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值；

所述第二安装控制点的安装坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：不仅可以简化空间立体钢拱肋安装测点坐标的计算，还可以降低安装测点坐标精准计算的难度、专业依赖性和成本。

本申请实施例提供了一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，通过先计算出桥梁拱轴线旋转预设的角度后至竖直平面内的旋转坐标方程，再根据桥梁拱轴线的旋转坐标方程、桥梁拱轴线的端点坐标以及固定距离值计算安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标，并根据交点坐标、位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度以及待安装拱肋的底板厚度计算安装控制点的过渡坐标，再将竖直平面内的桥梁拱轴线反向旋转预设的角度，并根据过渡坐标和预设的角度计算安装控制点的设计坐标，最后根据设计坐标和预设的拱度值即可计算出安装控制点的安装坐标，无需进行三维模型的创建和三维模型精度的保证，有效降低了对三维建模的专业依赖性，简化了空间立体钢拱肋安装测点坐标的计算，并降低了安装测点坐标精准计算的难度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的桥梁拱轴线的空间结构示意图；

图3为图2的纵向截面结构示意图；

图4为本申请实施例提供的安装控制点在待安装拱肋上的立面布置图；

图5为本申请实施例提供的安装控制点在待安装拱肋上的截面布置图；

图6为本申请实施例提供的安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点以及待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点在待安装拱肋上的分布示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其能解决相关技术中存在的安装测点坐标精准计算难度大、专业依赖性强和成本高的问题。

图1是本申请实施例提供的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法的流程示意图，其包括以下步骤：

S1：在三维坐标系中绘制桥梁拱轴线；

其中，参见图2和图3所示，三维坐标系的原点设于桥面中心线上，计算该桥梁拱轴线的初始坐标方程，即该初始坐标方程为：

Y＝tanα·(f-Z)+a

式中，f为桥梁拱轴线的计算矢高，l为桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；a为桥梁拱轴线的拱顶到桥面中心线的水平距离；

S2：空间立体的待安装拱肋设于桥梁拱轴线上，在待安装拱肋上预设多个安装控制点，安装控制点与待安装拱肋边缘之间预设有固定距离值(参见图4中的L1，通常取300～500mm)；

其中，参见图4和5所示，该安装控制点包括多个第一安装控制点(即图4中的A点)和多个第二安装控制点(即图4中的B点)，多个第一安装控制点(即图5中的A1、A2和A3点)等距分布于待安装拱肋的横向顶板上，即A2与A1、A1与A3的间距均为图5中的L2，多个第二安装控制点(即图5中的B1、B2和B3点)等距分布于待安装拱肋的横向底板上，即B2与B1、B1与B3的间距均为图5中的L3；

S3：将桥梁拱轴线旋转预设的角度后至竖直平面内，并计算桥梁拱轴线的旋转坐标方程；

其中，将桥梁拱轴线绕拱脚连线旋转预设的角度α，使得桥梁拱轴线转到竖直平面内，即可得到桥梁拱轴线的旋转坐标方程：

式中，f为桥梁拱轴线的计算矢高，l为桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离；

S4：根据桥梁拱轴线的旋转坐标方程、桥梁拱轴线的端点坐标以及固定距离值计算安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标；

其中，参见图6所示，安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标为：

式中，C为安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，P为待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，X′_P为已知值，可通过拱肋分段图得到，L1为固定距离值，δ为桥梁拱轴线的切线角，f为桥梁拱轴线的计算矢高，l为桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离；

桥梁拱轴线的切线角可使用第一算法计算得到，该第一算法包括：

式中，δ为桥梁拱轴线的切线角，P为待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，f为桥梁拱轴线的计算矢高，l为桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；

S5：根据交点坐标、位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度以及待安装拱肋的底板厚度计算安装控制点的过渡坐标；

其中，第一安装控制点A的过渡坐标为：

式中，A为第一安装控制点，C为安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为桥梁拱轴线的切线角，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L2为相邻的两第一安装控制点之间的间距；

具体的，第一安装控制点A1的过渡坐标为：

第一安装控制点A2的过渡坐标为：

第一安装控制点A3的过渡坐标为：

第二安装控制点B的过渡坐标为：

式中，B为第二安装控制点，C为安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为桥梁拱轴线的切线角，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L3为两相邻的第二安装控制点之间的间距，t为待安装拱肋的底板厚度；

具体的，第二安装控制点B1的过渡坐标为：

第二安装控制点B2的过渡坐标为：

第二安装控制点B3的过渡坐标为：

其中，H和t均可由图纸计算得到；

S6：将竖直平面内的桥梁拱轴线反向旋转预设的角度(即旋转到设计位置处)，并根据过渡坐标和预设的角度计算安装控制点的设计坐标；

其中，第一安装控制点A的设计坐标为：

式中，A为第一安装控制点，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角；

第二安装控制点B的设计坐标为：

式中，B为第二安装控制点，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角；

S7：根据设计坐标和预设的拱度值计算安装控制点的安装坐标；

其中，第一安装控制点A的安装坐标为：

式中，A为第一安装控制点，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值；

第二安装控制点B的安装坐标为：

式中，B为第二安装控制点，b为桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值。

因此，本申请实施例无需进行三维模型的创建和三维模型精度的保证，即可简化计算出空间拱肋安装测点的坐标值，有效降低了对三维建模的专业依赖性，并降低了安装测点坐标精准计算的难度和成本；且在现场测量时如需重新做点，只需改变安装控制点与待安装拱肋边缘之间预设有固定距离值、相邻安装控制点间的间距(即L1、L2和L3)，即可迅速计算出新安装测点的坐标，极大提高了工作效率。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在三维坐标系中绘制桥梁拱轴线；

待安装拱肋设于所述桥梁拱轴线上，在所述待安装拱肋上预设多个安装控制点，所述安装控制点与所述待安装拱肋边缘之间预设有固定距离值；

将所述桥梁拱轴线旋转预设的角度后至竖直平面内，并计算所述桥梁拱轴线的旋转坐标方程；

根据桥梁拱轴线的旋转坐标方程、桥梁拱轴线的端点坐标以及所述固定距离值计算安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点坐标；

根据所述交点坐标、位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度以及待安装拱肋的底板厚度计算所述安装控制点的过渡坐标；

将竖直平面内的所述桥梁拱轴线反向旋转所述预设的角度，并根据所述过渡坐标和所述预设的角度计算所述安装控制点的设计坐标；

根据所述设计坐标和预设的拱度值计算安装控制点的安装坐标。

2.如权利要求1所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于：所述三维坐标系的原点设于桥面中心线上。

3.如权利要求2所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述在三维坐标系中绘制桥梁拱轴线，包括：计算所述桥梁拱轴线的初始坐标方程；

所述初始坐标方程为：

式中，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；a为所述桥梁拱轴线的拱顶到桥面中心线的水平距离。

4.如权利要求3所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于：所述桥梁拱轴线的旋转坐标方程为：

式中，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离。

5.如权利要求4所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述安装控制点所在截面与所述桥梁拱轴线的交点坐标为：

式中，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，P为所述待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，L1为所述固定距离值，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角；b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离。

6.如权利要求5所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述桥梁拱轴线的切线角使用第一算法计算得到，所述第一算法包括：

式中，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，P为所述待安装拱肋的节段分界线处的桥梁拱轴线的端点，f为所述桥梁拱轴线的计算矢高，l为所述桥梁拱轴线的计算跨径，α为拱平面与竖直面的夹角。

7.如权利要求6所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于：所述安装控制点包括多个第一安装控制点和多个第二安装控制点，多个所述第一安装控制点等距分布于所述待安装拱肋的横向顶板上，多个所述第二安装控制点等距分布于所述待安装拱肋的横向底板上。

8.如权利要求7所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述第一安装控制点的过渡坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为所述位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L2为相邻的两第一安装控制点之间的间距；

所述第二安装控制点的过渡坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，C为所述安装控制点所在截面与桥梁拱轴线的交点，H为所述位于安装控制点所在截面上的待安装拱肋高度，δ为所述桥梁拱轴线的切线角，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，L3为两相邻的第二安装控制点之间的间距，t为所述待安装拱肋的底板厚度。

9.如权利要求8所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述第一安装控制点的设计坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角；

所述第二安装控制点的设计坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角。

10.如权利要求9所述的一种立体钢拱肋安装控制点坐标的控制方法，其特征在于，所述第一安装控制点的安装坐标为：

式中，A为所述第一安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值；

所述第二安装控制点的安装坐标为：

式中，B为所述第二安装控制点，b为所述桥梁拱轴线的拱脚到桥面中心线的水平距离，α为拱平面与竖直面的夹角，ΔX为X轴方向上的拱度值，ΔY为Y轴方向上的拱度值，ΔZ为Z轴方向上的拱度值。

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