一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法

本发明涉及桥梁，尤其涉及一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法。

背景技术：

1、拱桥因其在自重作用下可以获得免费预压力，处于全截面良好的受压状态，具有受力合理、刚度大、抗震性强、耐久性好等优点，成为山区桥梁最具竞争力的桥型，应用日趋广泛。大跨度拱桥施工时采用多节段吊装成拱，因此需要各个拱肋节段三维安装姿态满足大跨度拱桥的高精度建设要求。若拱肋节段的安装三维姿态目标以及调整方法精度不足，极易发生多个拱肋节段安装后，拱肋整体三维姿态出现累积误差，拱肋产生垂直度偏差、左右幅中心距变化、“八”字口等异常现象，引起拱桥线形失去控制。因此在大跨度拱桥中，确定高精度的拱肋节段的安装三维姿态目标以及调整方法，对避免大跨度拱桥线形失控具有重要的工程应用价值。

2、现有拱桥节段三维姿态控制方法通常为提前在拱肋上做相应标记，形成拱肋控制点，以此为控制目标，进行拱肋节段三维姿态控制。但是在大跨度拱桥节段安装过程中存在以下问题：1、拱肋控制点通常提前对拱肋理论特征位置进行相应标记获取，制造阶段拱肋控制点标记存在找中误差，且拱肋特征位置(如法兰盘位置)与理论位置相差较大，导致监控点相对于设计基准存在较大误差，拱肋三维姿态安装目标精度不足；2、拱肋节段安装时，仅仅依靠数个拱肋控制点的测量数据进行调整，导致无法准确获得整个拱肋安装时的准确三维姿态，随着拱肋安装数量增加，监控点坐标偏差越大，导致大量增设调整垫片，无法保障施工质量与效率；3、拱肋节段调整时，通过绳索张拉与松弛的方式进行拱肋三维姿态的调整，调整时没有成套的方法指引，且调整精度与效率较低，无法满足大跨度拱桥的拱肋节段安装要求。

3、因此，提出一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法，以克服拱肋节段三维姿态目标值精度不足、拱肋节段安装时三维姿态无法准确确定、拱肋节段的节段调整没有成套方法指引导致安装精度与效率较低的难题，从而满足大跨度拱桥三维姿态的快速、精确安装需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法，解决了拱肋节段三维姿态目标值精度不足、拱肋节段安装时三维姿态无法准确确定、拱肋节段的节段调整没有成套方法指引导致安装精度与效率较低的难题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法，包括以下步骤：

4、s1.利用三维激光扫描仪采集预拼厂内对各个拱肋节段的三维制造线形姿态；

5、s2.将采集的线形姿态转换为桥位安装姿态，从而获取各个拱肋节段进行安装的目标姿态；

6、s3.利用各个拱肋节段进行安装的目标姿态对拱桥进行安装，并判断各个拱肋节段是否达到目标姿态，若是则完成安装，若否则进入s4；

7、s4.对于未达到目标姿态的拱肋节段进行目标姿态调整，调整完毕则完成安装。

8、可选的，s1的具体内容为：在已规划好的扫描站站点处架设好三维激光扫描仪，在扫描站之间布置扫描球形标靶，以用于后续数据拼接，扫描点云通过扫描球形标靶进行匹配对齐，从而求出点云间的坐标系转化矩阵，完成各站点云间的匹配。

9、可选的，在s1利用三维激光扫描仪采集预拼场内各个拱肋节段的三维制造线形姿态之前，设置棋盘格作为三维激光扫描仪的测量工具。

10、可选的，棋盘格的设置数量至少三个，各个棋盘格中心的连线不在同一条直线上，棋盘格的尺寸不小于210mm×297mm。

11、可选的，s2中将采集的线形姿态转换为桥位安装姿态，从而获取各个拱肋节段进行安装的目标姿态的具体内容为：

12、计算得出预拼场拱肋三维姿态与桥位设计安装姿态的旋转平移关系后，获取桥位拱肋安装目标三维姿态点云模型，从而获取各个拱肋节段进行安装的目标姿态。

13、可选的，s3中利用各个拱肋节段进行安装的目标姿态对拱桥进行安装，并判断各个拱肋节段是否达到目标姿态的具体内容为：

14、通过三维激光扫描仪对拱肋节段的三维姿态进行采集，在桥位拱肋安装目标三维姿态点云模型中，利用点云专业处理软件提取黑白棋格盘中心点的坐标，作为安装时拱肋节段黑白棋盘格的目标，拱肋节段放置到位后，使用全站仪测量棋盘格的三向坐标。

15、可选的，s4中利用三向千斤顶对未达到目标姿态的拱肋节段进行目标姿态调整的具体内容为：

16、桥位处拱肋姿态调整系统为四个三向千斤顶及其配套支架组成，拱肋节段四个角点需放置于三向千斤顶之上，拱肋节段放置到位后，使用全站仪测量棋盘格的三向坐标，设n号棋盘格测点的第1次测量时的实测三向坐标为第n号棋盘格测点的第1次测量时的理论值三向坐标为(xln,yln,zln)t，n≥3，得到所有棋盘格测点第1次测量实测值与理论值的三向偏差值：

17、

18、根据每个三作用千斤顶三向位移对各个测点的三向坐标影响矩阵及已获取的测点的三向偏差值，计算出每个三作用千斤顶的纵向、横向和竖向千斤顶的伸长量：

19、

20、其中，dx1s…dxns为1-n号三作用千斤顶纵桥向千斤顶的伸长量；dy2s…dyns为1-n号三作用千斤顶横桥向千斤顶的伸长量，dz1s…dzns为1-n号三作用千斤顶竖向千斤顶的伸长量；dk1…dkn为1-n号棋盘格测点第1次测量实测值与理论值的偏差值；

21、c11…cn1为1号三作用千斤顶的单位三向位移的变化量对1-n号测点的三向位移的影响统计为矩阵；c12…cn2为2号三作用千斤顶的单位三向位移的变化量对1-n号测点的三向位移的影响统计为矩阵；c2n为n号三作用千斤顶的单位三向位移的变化量对2号测点的三向位移的影响统计为矩阵，cnn为n号三作用千斤顶的单位三向位移的变化量对n号测点的三向位移的影响统计为矩阵。

22、可选的，还包括在拱肋节段三维姿态调整完成后，使用全站仪对棋格盘三向坐标进行复核，棋格盘三向坐标复核后，采用三维激光扫描仪对拱肋现有安装的目标姿态在点云专业处理软件进行检测，精度高于2mm即认为完成拱肋原形复位姿态的安装。

23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种大跨度拱桥原形复位安装控制方法，具有以下有益效果：

24、(1)通过三维激光扫描技术采集预拼厂内对拱肋节段的三维精确制造线形姿态，再将制造线形姿态转换到桥位安装姿态，以此精确的三维姿态作为各个拱肋节段的安装控制目标姿态，避免了拱肋节段制造误差与拱肋控制点找中误差等因素的影响，提高了控制精度。

25、(2)在预拼场内拱肋三维姿态扫描采集前，设置棋盘格作为扫描仪以及全站仪的测量工具，在现场拱肋安装调整过程中可以通过全站仪检测棋盘格的坐标，快速监测拱肋的调整状态。

26、(3)拱肋三维姿态调整完成后，通过三维激光扫描仪对拱肋三维姿态进行采集，精准检测是否到达目标姿态，更好地满足了大跨度拱桥拱肋节段安装的精度要求。

27、(4)现场采用三向千斤顶对拱肋三维姿态进行调整，通过识别现场姿态与目标姿态的差值，反向精确求出三向千斤顶调整值，完成大跨度拱桥节段三维姿态的精确控制调整，提高了施工效率及精度。