CN117150688B - 一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法及结构，方法包括S1：提取杆件信息，根据信息对杆件进行标准化长度分类；S2：首先将定长杆一端通过定长连接件与螺栓球连接，另一端通过可调连接件与螺栓球初步连接；将调长仪安装在定长杆和可调连接件上，调长仪的一端通过夹紧部件夹紧在定长杆上，另一端通过可调部件与防松螺母A和防松螺母B连接；在步进电机B的作用下，调节可调连接件的长度，调长仪完成工作后，将防松螺母A和防松螺母B旋至可调螺杆的两端，将可调连接件锁定；S3：复测，对误差较大的部位进行微调；S4：完成整体结构安装。本申请对长度相差较小的杆件进行标准化归类，防止因不同杆件的误安装导致的施工难题。
Description
技术领域
本发明涉及网架球安装的技术领域，特别是涉及一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法及结构。
背景技术
螺栓球网架是大跨度空间钢结构较为常用的一种结构，它是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构，具有空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点。同样也因为该结构杆件众多，杆件长度不一，且有些杆件长度相差微小，容易使工人误拿误安，从而导致有些杆件无法使用，需要重新加工，从而延误工期，同时也给网架的安装精度带来不可逆转的误差。
发明内容
本发明提供一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法及结构，对长度相差较小的杆件进行标准化归类，防止因不同杆件的误安装导致的施工难题。
解决的技术问题是：现有的螺栓球网架连接杆件有些杆件长度相差微小，在使用中容易出现误拿误用的现象，增加网架结构安装误差并且延误工期。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，包括以下步骤：
S1：根据网架结构建立基于BIM的数字孪生整体结构模型，提取基于安装位置的杆件信息，根据杆件信息对杆件进行标准化长度分类，将杆件分为定长杆、定长连接件以及可调连接件；可调连接件包括用于与定长杆和螺栓球螺纹连接的可调螺杆、防松螺母A和防松螺母B；
S2：对杆件进行安装，首先将定长杆一端通过定长连接件与螺栓球连接，另一端通过可调连接件与螺栓球初步连接；
将调长仪安装在定长杆和可调连接件上，调长仪的一端通过夹紧部件夹紧在定长杆上，另一端通过可调部件与防松螺母A和防松螺母B连接，可调部件包括步进电机B、与步进电机B传动连接的主动轮以及设置在主动轮两侧并与主动轮啮合的从动轮，防松螺母A和防松螺母B上均设有与从动轮啮合的齿牙，两个从动轮同时与防松螺母A和防松螺母B啮合；
根据杆件信息，在步进电机B的作用下，调节可调连接件的长度，调长仪完成工作后，将防松螺母A和防松螺母B旋至可调螺杆的两端，将可调连接件锁定；
S3：分区完成网架安装，并对关键位置进行复测，将复测结果与数字孪生模型信息进行对比，对误差较大的部位进行微调；
S4：完成整体结构安装，并与数字孪生模型进行相互校核，完成施工。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，S1中，根据杆件的长度信息对杆件进行标准化长度分类，可调连接件的可调范围在±100mm。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，步骤S2中，通过可调连接件控制螺栓球与定长杆之间的距离为L，其中L由数字孪生模型分析确定。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，S2中，夹紧部件电连接有夹紧控制系统，可调部件电连接有调长反馈控制系统，将杆件信息输入调长仪，可调部件在步进电机B的作用下调节可调连接件的长度。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，杆件信息包括杆件的长度信息、位置信息以及步进电机的旋转圈数。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，调长仪完成工作，将信息反馈到数字孪生模型，更新数字孪生模型。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，S3中，微调具体包括旋松防松螺母A和防松螺母B，转动可调螺杆，调整可调螺杆的长度。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，所述夹紧部件包括安装板、安装在安装板一侧的步进电机A、安装在安装板另一侧并与安装板转动配合的主动齿轮和从动齿轮以及安装在从动齿轮上并能够随从动齿轮一同转动的夹紧臂，所述主动齿轮设置两个且两个主动齿轮相互啮合，其中一个所述主动齿轮与步进电机A传动连接；所述从动齿轮对称设置在主动齿轮两侧并与相靠近的主动齿轮啮合。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，进一步的，所述调长仪还包括支架，所述夹紧部件安装在支架一端，可调部件安装在支架另一端，所述支架上设有用于调节可调部件位置的调节孔，所述可调部件能够沿着调节孔进行移动。
本发明一种基于数字孪生的螺栓球网架结构，进一步的，包括杆件和连接在杆件两端的螺栓球，所述杆件包括定长杆、定长连接件和可调连接件，定长连接件包括两端分别与定长杆和螺栓球螺纹连接的连接螺杆和安装在连接螺杆上的连接螺母；
可调连接件包括可调螺杆、防松螺母A和防松螺母B，其中可调螺杆一端为左旋，另一端为右旋，防松螺母A的内螺纹为左旋，与可调螺杆的左旋部分连接，防松螺母B的内螺纹为右旋，与可调螺杆的右旋部分连接；
防松螺母A和防松螺母B的外侧设有齿牙。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.本申请通过数字孪生技术通过提取杆件的位置信息和尺寸信息，对长度相差较小的杆件进行标准化归类，将杆件分为定长杆、定长连接件和可调连接件，防止因不同杆件的误安装导致的施工难题；
2.通过将杆件分为定长杆、定长连接件和可调连接件，当安装误差较大时，能够对杆件的安装位置进行微调，确保杆件的安装精度；
3.通过设计调长仪实现现场安装杆件的长度调整，并与数字孪生模型之间相互反馈，大大提高网架的安装精度；
4.通过调长仪对杆件进行安装，大大提高网架杆件的安装精度；
5.通过在调长仪端部设置夹紧部件，能够将调长仪固定在定长杆上，然后利用可调部件来控制可调连接件的长度，控制杆件的安装精度；此外将可调部件可移动的设置在支架上，能够通过调节可调部件的位置，满足不同长度杆件的安装。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明工作流程图；
图2为本发明杆件安装状态示意图；
图3为本发明杆件长度分类示意图；
图4为本发明调长仪结构示意图；
图5为本发明夹紧部件和可调部件的齿轮配合图；
图6为本发明防松螺母调长状态图；
图7为本发明防松螺母安装完成状态图。
附图标记：
1、螺栓球；2、定长杆；3、定长连接件；3.1、连接螺杆；3.2、连接螺母；4、可调连接件；4.1、可调螺杆；4.2、防松螺母A；4.3、防松螺母B；5、调长仪；5.1、支架；5.11、调节孔；5.12、紧固螺栓；5.2、夹紧部件；5.21、安装板；5.22、步进电机A；5.23、主动齿轮；5.24、从动齿轮；5.25、夹紧臂；5.3、可调部件；5.31、移动座；5.32、主动轮；5.33、从动轮；5.34、步进电机B。
具体实施方式
如图1-图7所示，本发明公开了一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法及结构，结构包括杆件和连接在杆件两端的螺栓球1，杆件包括定长杆2、定长连接件3和可调连接件4，定长连接件3包括两端分别与定长杆2和螺栓球1螺纹连接的连接螺杆3.1和安装在连接螺杆3.1上且位于定长杆2和螺栓球1之间的连接螺母3.2。
可调连接件4包括可调螺杆4.1、防松螺母A4.2和防松螺母B4.3，其中可调螺杆4.1一端为左旋，另一端为右旋，防松螺母A4.2的内螺纹为左旋，与可调螺杆4.1的左旋部分连接，防松螺母B4.3的内螺纹为右旋，与可调螺杆4.1的右旋部分连接。防松螺母A4.2和防松螺母B4.3的外部设有齿牙。
方法包括以下步骤：
S1：根据网架特点和受力分析，确定网架的成型方案；基于所确定的网架结构建立基于BIM的数字孪生整体结构模型，根据数字孪生模型提取基于安装位置的杆件信息，此处的杆件信息为杆件的位置信息和长度信息，对杆件进行分区，并根据杆件信息对杆件进行标准化长度分类，将长度相差较小的杆件分为一类，每类杆件包括定长杆2、定长连接件3和可调连接件4；其中杆件的分类标准按照可调连接件4的可调范围进行确定，可调连接件4的可调范围在±100mm。
S2：对杆件进行安装，具体包括以下步骤：
S2.1：将定长杆2的一端通过定长连接件3与螺栓球1连接，另一端通过可调连接件4与螺栓球1连接，并通过可调连接件4控制螺栓球1与定长杆2之间的距离为L，其中L由数字孪生模型分析确定。将调长仪5安装在定长杆2和可调连接件4上。其中在初始安装时，防松螺母A4.2和防松螺母B4.3与调长仪5共同作用调整杆件的连接长度。
调长仪5包括支架5.1、夹紧部件5.2、可调部件5.3、与夹紧部件5.2电连接的夹紧控制系统以及与可调部件5.3电连接的调长反馈控制系统，夹紧控制系统控制夹紧部件5.2的夹紧和松开状态，调长反馈控制系统控制可调部件5.3的调节长度。夹紧部件5.2包括连接在支架5.1一端的安装板5.21、安装在安装板5.21靠近支架5.1一侧的步进电机A5.22、安装在安装板5.21背离支架5.1一侧并与安装板5.21转动配合的主动齿轮5.23和从动齿轮5.24以及安装在从动齿轮5.24上并能够随从动齿轮5.24一同转动的夹紧臂5.25，主动齿轮5.23设置两个，且两个主动齿轮5.23相互啮合，其中一个主动齿轮5.23与步进电机A5.22传动连接；从动齿轮5.24对称设置在主动齿轮5.23的两侧并与相靠近的主动齿轮5.23啮合，通过夹紧控制系统控制步进电机A5.22转动，能够带动两个夹紧臂5.25夹紧在定长杆2上。此外安装板5.21和夹紧臂5.25上均设有与定长杆2弧度一致的弧形凹槽，便于安装板5.21和夹紧臂5.25扣在定长杆2上。
可调部件5.3包括安装在支架5.1上且内部存在内腔的移动座5.31、设置在移动座5.31内腔内并与移动座5.31转动配合的主动轮5.32和从动轮5.33以及安装在移动座5.31上并与主动轮5.32传动连接的步进电机B5.34，从动轮5.33对称设置在主动轮5.32两侧并与主动轮5.32啮合，且两个从动轮5.33能够与防松螺母A4.2和防松螺母B4.3上的齿牙啮合，通过调长反馈系统控制步进电机B5.34进行转动，从而带动防松螺母A4.2和防松螺母B4.3转动，进而调整可调螺杆4.1的长度。
支架5.1上沿其长度方向设有调节孔5.11，移动座5.31上端形成有容纳槽，支架5.1放置在容纳槽内并通过紧固螺栓5.12固定。通过设置调节孔5.11，用于调节移动座5.31的位置，从而适应不同长度杆件的安装。
S2.2：启动调长仪5，夹紧部件5.2在步进电机A5.22的作用下夹紧定长杆2。
S2.3：将杆件信息输入调长仪5，杆件的信息如长度信息、位置信息以及步进电机的旋转圈数等，该杆件信息是由数字孪生模型分析确定。可调部件5.3在步进电机B5.34的作用下调节可调连接件4的长度。
S2.4：调长仪5完成工作，将信息反馈到数字孪生模型，更新数字孪生模型信息，用于对安装完成的模型进行标记，可以看到安装位置信息和工程进度；将防松螺母A4.2和防松螺母B4.3旋至可调螺杆4.1的两端，将可调连接件4锁定。
S3：分区完成网架安装，并对关键位置进行位置复测，将复测结构与数字孪生模型信息进行对比分析，将误差较大的部位进行微调，微调步骤如下，旋松防松螺母A4.2和防松螺母B4.3，转动可调螺杆4.1，调整可调螺杆4.1的长度。
S4：完成整体结构安装，并与数字孪生模型进行相互校核，完成施工。
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 (8)
1.一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据网架结构建立基于BIM的数字孪生整体结构模型，提取基于安装位置的杆件信息，根据杆件信息对杆件进行标准化长度分类，将杆件分为定长杆(2)、定长连接件(3)以及可调连接件(4)；可调连接件(4)包括用于与定长杆(2)和螺栓球(1)螺纹连接的可调螺杆(4.1)、防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)；
S2：对杆件进行安装，首先将定长杆(2)一端通过定长连接件(3)与螺栓球(1)连接，另一端通过可调连接件(4)与螺栓球(1)初步连接；
将调长仪(5)安装在定长杆(2)和可调连接件(4)上，调长仪(5)的一端通过夹紧部件(5.2)夹紧在定长杆(2)上，另一端通过可调部件(5.3)与防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)连接，可调部件(5.3)包括步进电机B(5.34)、与步进电机B(5.34)传动连接的主动轮(5.32)以及设置在主动轮(5.32)两侧并与主动轮(5.32)啮合的从动轮(5.33)，防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)上均设有与从动轮(5.33)啮合的齿牙，两个从动轮(5.33)同时与防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)啮合；
调长仪(5)包括支架(5.1)，夹紧部件(5.2)安装在支架(5.1)一端，可调部件(5.3)安装在支架(5.1)另一端，支架(5.1)上设有用于调节可调部件(5.3)位置的调节孔(5.11)，可调部件(5.3)能够沿着调节孔(5.11)进行移动；
根据杆件信息，在步进电机B(5.34)的作用下，调节可调连接件(4)的长度，调长仪(5)完成工作后，将防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)旋至可调螺杆(4.1)的两端，将可调连接件(4)锁定；
S3：分区完成网架安装，并对关键位置进行复测，将复测结果与数字孪生模型信息进行对比，对误差较大的部位进行微调；
S4：完成整体结构安装，并与数字孪生模型进行相互校核，完成施工。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：S1中，根据杆件的长度信息对杆件进行标准化长度分类，可调连接件(4)的可调范围在±100mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：步骤S2中，通过可调连接件(4)控制螺栓球(1)与定长杆(2)之间的距离为L，其中L由数字孪生模型分析确定。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：S2中，夹紧部件(5.2)电连接有夹紧控制系统，可调部件(5.3)电连接有调长反馈控制系统，将杆件信息输入调长仪(5)，可调部件(5.3)在步进电机B(5.34)的作用下调节可调连接件(4)的长度。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：杆件信息包括杆件的长度信息、位置信息以及步进电机的旋转圈数。
6.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：调长仪(5)完成工作，将信息反馈到数字孪生模型，更新数字孪生模型。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：S3中，微调具体包括旋松防松螺母A(4.2)和防松螺母B(4.3)，转动可调螺杆(4.1)，调整可调螺杆(4.1)的长度。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的螺栓球网架高精度成型方法，其特征在于：所述夹紧部件(5.2)包括安装板(5.21)、安装在安装板(5.21)一侧的步进电机A(5.22)、安装在安装板(5.21)另一侧并与安装板(5.21)转动配合的主动齿轮(5.23)和从动齿轮(5.24)以及安装在从动齿轮(5.24)上并能够随从动齿轮(5.24)一同转动的夹紧臂(5.25)，所述主动齿轮(5.23)设置两个且两个主动齿轮(5.23)相互啮合，其中一个所述主动齿轮(5.23)与步进电机A(5.22)传动连接；所述从动齿轮(5.24)对称设置在主动齿轮(5.23)两侧并与相靠近的主动齿轮(5.23)啮合。
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| Title |
|---|
| Stability capacity design of grid cylindrical-lattice shells loaded axially;Bo-Li Zhu et al.;《Journal of Constructional Steel Research》;20220426;第193卷;全文 * |
| 基于整体提升技术的火灾后网架结构拆除方法研究;秦杰 等;《建筑结构》;20230131;第53卷(第2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117150688A (zh) | 2023-12-01 |
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