CN115874547A - 一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法，组拼控制数据提取、精度控制精度控制的复核和补充测量、节段组拼验收步骤，本发明通过多种测量控制方法的综合应用，充分发挥几种测量方法的优势，有效控制节段各部位的加工制造误差，达到优化施工工序，提高制造精度的目的，适用于异形曲面钢箱拱肋节段高精度组拼施工，有效提高工效，经济实用，安全可靠。

Description

一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法

技术领域

本发明属于钢结构加工制造工程施工技术领域，具体涉及一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法。

背景技术

大批具有景观意义的空间异形结构拱桥出现在高速公路桥梁的公路网上，优美的空间异形曲面结构的建设，尤其是为了保证异形曲面结构加工制造精度，在拱肋节段加工制造完成后最终需要通过多个节段连续匹配拼装的方式对节段进行矫正，保证钢箱拱肋制造线形和几何尺寸，因此需要加工者对加工制造和施工空间异形结构拱桥的精度控制提出更高要求。

异形曲面钢箱拱肋加工时，为了控制制造精度，在钢箱拱肋节段组拼环节采用的控制方法是：1、通过地样线测量和标高测量控制节段组拼精度，此方法操作简单，但受限于地样投影的特点，只能满足部分点的测量控制；2、采用全站仪测量的方式控制钢箱拱肋节段关键控制点的位置，进而控制节段组拼精度，缺点是受异形曲面结构部分控制点无法通视影响，在钢拱肋组拼控制过程中需要反复建站测量，导致测量效率低下；3、通过三维扫描技术控制异形钢拱肋节段组拼过程，测量精度高，但此方法由于三维扫描测量建模速度较慢，效率较低，操作难度大。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现，一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法，包括如下步骤：

步骤一、组拼控制数据提取，建立异形结构拱桥局部坐标系，具体建立方法为选取异形结构拱桥首拼单元板的三个角点建立水平面，将异形结构拱桥组拼节段模型放置于组拼胎架平面上，与胎架共同建立整体坐标系，选择胎架所处位置地面固定点作为坐标原点，然后提取局部坐标条件下异形结构拱桥节段的主要特征点位置数据，主要特征点包括支撑点、拱肋首拼单元板角点、横隔板角点、端口截面角点和节段安装时的测量控制点，其中支撑点按现场胎架系统的具体支撑位置提取每个支撑断面上控制点的三维坐标数据，根据异形结构拱桥加工节段的异形曲面结构特点，在横隔板角点和端口截面角点位置提取组拼过程几何尺寸控制点数据，同时提取用于异形曲面拱肋安装时的测量控制点坐标，为下道工序施工做好准备，主要特征点的数据直接以坐标点的形式显示在三维模型上的对应位置，可以以多种三维模型格式进行数据成果的传递和应用；

步骤二、精度控制，采用地样测量加标高测量的方式，在进行异形曲面拱肋节段组拼过程中，根据组拼控制数据，通过吊线锤、水准仪标高测量对异形曲面板单元进行定位，控制异形结构拱桥的异形曲面拱肋组拼过程几何精度，其中地样控制平面位置，标高控制高度位置，从而控制点的空间位置，因地样只需在节段组拼前制作一次，且吊线锤及标高测量施工难度低，设备简单，便于推广，有利于提高现场施工工效；

步骤三、精度控制的复核和补充测量，采用全站仪对已进行地样测量及标高测量控制的拱肋节段拼装部分进行测量复核，同时对于无法投影至地面的异形曲面拱肋节段控制点进行补充测量，随着测量点数量的增加，从而进一步保证异形曲面拱肋组拼过程中的精度控制；

步骤四、节段组拼验收，采用激光三维扫描测量设备对空间异形曲面拱肋节段进行扫描，获得大量点云数据形成实测三维模型，利用软件将实测三维模型与理论模型直接对比，获得实测数据与理论模型的误差云图数据，因异形曲面结构复杂，误差云图成为描述异形曲面拱肋节段加工制造精度的有效手段并成为下一步控制异形曲面拱肋节段组拼验收和矫正依据。

本发明的优点在于：通过多种测量控制方法的综合应用，充分发挥几种测量方法的优势，有效控制异形曲面拱肋节段各部位的加工制造误差，达到优化施工工序，提高制造精度的目的，适用于异形曲面钢箱拱肋节段高精度组拼施工，有效提高工效，经济实用，安全可靠。

附图说明

图1为本发明异形曲面拱肋节段示意图。

图中：1、组拼胎架；2、坐标系原点；3、投影控制点；4、补充测量控制点；5、异形曲面板；6、胎架纵梁；7、胎架横梁。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

实施例1

异形曲面结构体为某特大桥工程拱肋的一个加工制造节段，节段截面为五边形，通过多个异形曲面板5(主要包括底板、隔板、斜腹板、斜顶板等构件)组拼成整体，异形曲面板5之间通过焊接方式进行连接。区别于传统的箱型截面拱肋，此拱肋整体外形扭曲，组拼精度控制难度高。在本实施例异形曲面钢箱拱肋节段组拼前，首先要确定拱肋节段在组拼胎架上的姿态，选取本结构底板单元的三个角点建立水平面，并平行于坐标系原点2所在坐标系确立的水平面，坐标系原点2所在坐标系X轴与胎架横梁7平行，Y轴与胎架纵梁6平行，实际施工时坐标系原点2位于地面，X-Y平面与地面重合。

在进行节段组拼时按照从下到上，先底板，然后隔板，然后两侧斜腹板，最后斜顶板的顺序进行节段组拼。组拼施工前，首先通过在虚拟三维模型中，将整个异形曲面钢箱拱肋节段模型放置于组拼胎架1上，与组拼胎架1共同建立整体坐标系，并以坐标系原点2为坐标原点，按现场胎架系统的支撑点位置得到每个胎架纵梁6和胎架横梁7上支撑点的三维坐标数据，作为加工组拼胎架的依据，根据加工节段的异形曲面结构特点，在横隔板角点和端口截面角点位置提取组拼过程几何尺寸控制点，图中所示投影控制点3、补充测量控制点4均为节段组拼的关键控制点。

节段组拼时，以坐标原点2所在坐标系为基准，通过尺量的方式，在地面画出投影控制点3在地面的投影位置点，在组拼异形曲面拱肋时，通过吊线锤的方式确定相应异形曲面板5上投影控制点3的平面位置，通过测量标高控制相应异形曲面板5上投影控制点3的高程，通过此方法可以较为准确地组拼大部分异形曲面板5。

对于无法投影至地面的补充测量控制点4，利用全站仪在组拼胎架1周围建立测量站点，直接测量异形曲面拱肋节段上补充测量控制点4的三维坐标，与理论三维坐标进行比对，调整组拼过程中异形曲面板5的安装精度，同时全站仪测量作为复核投影控制点3空间位置的手段，保证节段组拼过程中关键控制点的精度。

在节段组拼成体之后，利用激光三维扫描测量在异形曲面钢拱肋节段周围建立测量站点，对空间异形曲面拱肋节段进行扫描并获得实测三维模型，通过设置三维扫描设备实测模型中点的数量，可以获得异形曲面拱肋节段上任意一点的实测坐标，通过将实测三维模型与理论模型直接对比，获得异形曲面板5上各部位的加工制造误差。此步骤中的测量手段可充分发挥激光三维扫描高精度的特点，可针对异形曲面结构钢箱拱肋的复杂结构特点，整体评价拱肋各部位的精度，确认偏差超过设计要求的部位，为下一步矫正提供准确依据，通过数轮测量和矫正最终保证每个异形曲面拱肋节段的制造精度。

通过异形曲面拱肋节段拼装过程中多种组拼精度控制方法的综合应用，有效保证了节段的组拼精度，可满足桥位安装的精度要求，减少了多个节段连续匹配拼装工序，从而达到优化施工工序，提高施工工效的效果。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型，且以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种空间异形曲面钢箱拱肋制造线形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、组拼控制数据提取，建立异形结构拱桥局部坐标系，提取异形结构拱桥胎架主要特征点位置数据，主要特征点包括支撑点、横隔板角点和端口截面角点，选取异形结构拱桥首拼单元板的三个角点建立水平面，将整个异形结构拱桥加工节段模型放置于组拼胎架平面上，与胎架共同建立整体坐标系，选择胎架所处位置地面固定点作为坐标原点，按现场胎架系统的支撑点位置得到每个支撑点断面控制点三维坐标数据，根据异形结构拱桥加工节段的异形曲面结构特点，在横隔板角点和端口截面角点位置提取组拼过程几何尺寸控制点数据；

步骤二、精度控制，采用地样测量加标高测量的方式，在进行异形曲面拱肋节段组拼过程中通过吊线锤、水准仪标高测量对异形曲面板单元进行定位，控制异形结构拱桥的异形曲面拱肋组拼过程几何精度；

步骤三、精度控制的复核和补充测量，采用全站仪测量复核异形曲面拱肋组拼控制精度，同时对于无法投影至地面的异形曲面拱肋节段控制点进行补充测量；

步骤四、节段组拼验收，采用激光三维扫描测量设备对空间异形曲面拱肋节段进行扫描并获得实测三维模型，通过将实测三维模型与理论模型直接对比，基于参数化模型的三维扫描测量误差数据作为控制异形曲面拱肋节段组拼验收和矫正依据。

Images