一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位装置及方法

本发明涉及桥梁建筑，尤其涉及一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位装置及方法。

背景技术：

1、斜拉桥又称斜张桥，是用许多拉索将主梁拉起并且拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。斜拉桥可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。该结构体系可使梁体弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥的桥塔型式多种多样，有a型、倒y型、h型、独柱型。因此，连接桥塔和主梁的拉索，其空间分布情况也是多种多样的，并非简单的平面分布。这导致在斜拉桥的拉索施工中，主梁上的拉索锚固套筒的定位安装一直以来都是一个施工难点。

2、在现有技术中，常用的斜拉桥主梁拉索套筒定位方法主要有：在主梁上绘制每根拉索的弦线，即弦向法；在主梁上按照设计要求的倾斜角度布置套筒，即倾斜角法；计算每根拉索对应主梁上的比例距离确定套筒位置等方法。然而，施工实践表明，当斜拉索为空间索面以及斜拉桥桥塔的构造较为复杂时，上述这些方法对主梁上的拉索套筒的定位精度不高。斜拉索套筒的定位精度直接影响到斜拉索和全桥的受力状况，为此，我们提出一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位装置及方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位装置及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位装置及方法，包括定位钢筋组件、十字交叉钢筋、反射镜结构，其中：

4、所述定位钢筋组件包括钢筋，所述钢筋的两端与十字交叉钢筋焊接固定，所述钢筋外包裹有防护套，且防护套上开设有轨迹槽；

5、所述反射镜结构包括棱镜杆，所述棱镜杆上设置有棱镜，所述棱镜杆的一侧固定连接有与钢筋匹配的套管，还包括弧形架，所述弧形架上设置有滑轨，且滑轨内滑动连接有安装架，所述安装架上设置有反射棱镜，且安装架的两侧固定连接有延伸杆，且延伸杆上设置有永磁体，所述弧形架的两端均转动连接有相互匹配的扣环，所述扣环和弧形架上均设置有滑轮，且弧形架的一侧还设置有牵引绳，所述弧形架上设置有用于对安装架进行限位的张紧组件；

6、所述张紧组件包括与弧形架固定连接的轴杆，所述轴杆上套设有扭力弹簧，且轴杆上滑动套设有限位块，所述扭力弹簧的两端分别与轴杆和限位块固定连接，所述限位块的一侧固定连接有压杆，且压杆与安装架相抵设置，所述限位块远离扭力弹簧的一端固定连接有阻尼块，且弧形架上通过单向转轴转动连接有摩擦块，所述摩擦块与阻尼块相抵设置，所述阻尼块的侧壁还开设环绕设置的凹槽，且凹槽内固定连接有压缩弹簧，所述压缩弹簧远离阻尼块的一端固定连接有楔形块，靠近所述轴杆的滑轮一侧固定连接有多个拨杆。

7、优选地，所述安装架上固定连接有旋架，所述旋架上转动连接有平衡架，且平衡架的下端设置有配重块，所述反射棱镜与平衡架固定连接，所述旋架上滑动连接有竖杆，所述竖杆的上端设置有限位卡，且竖杆的下端固定连接有锥形块，所述锥形块位于压杆和安装架之间设置。

8、优选地，每个所述定位钢筋组件由四根等长的钢筋构成，且四根所述钢筋为沿其轴线方向相互平行，所述定位钢筋呈正四边形分布。

9、优选地，所述牵引绳远离弧形架的一端设置有收线轴，且收线轴上设置有位移传感器。

10、优选地，所述收线轴的一侧固定连接有弹性卡。

11、优选地，所述限位卡位于旋架的转轴下方，且限位卡的上表面设置有橡胶垫。

12、优选地，所述十字交叉钢筋焊接于定位钢筋组件的两端，其中一端的十字交叉钢筋的交叉点铰接固定于斜拉桥主梁上的斜拉索套筒定位基点，所述定位钢筋组件和十字交叉钢筋组成的整体可以绕该点进行空间角度微调。

13、8、一种斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位方法，其特征在于，包括：

14、s1、使用全站仪测量主梁上的斜拉索套筒定位基点的空间位置坐标，记为o(x0,y0,z0)。

15、s2、运用电焊装置将定位钢筋组件和两个十字交叉钢筋焊接成一体，将定位钢筋组件两端的十字交叉钢筋的交叉点分别标记为f和f’，将十字交叉钢筋的交叉点f铰接固定于斜拉索套筒定位基点o(x0,y0,z0)。

16、s3、将与十字交叉钢筋交叉点f’同一侧的四个钢筋端点分别标记为a、b、c、d，将棱镜杆长度为h的反射棱镜依次立于上述四个钢筋端点，并通过棱镜杆的水平校准圆气泡确保棱镜竖直摆放，地面人员使用全站仪对a、b、c、d点正上方的反射棱镜位置进行测量，测量坐标为a(xa,ya,za-h),b(xb,yb,zb-h),c(xc,yc,zc-h),d(xd,yd,zd-h)。

17、s4、根据a(xa,ya,za-h),b(xb,yb,zb-h),c(xc,yc,zc-h),d(xd,yd,zd-h)四个点的空间位置坐标，计算出定位钢筋组件横截面的法向量即定位钢筋组件和斜拉索钢套筒的方向向量，如公式[1]所示。

18、

19、则其单位法向向量计算公式如下：

20、

21、已知钢筋的长度为l和斜拉索套筒定位基点o(x0,y0,z0)，则十字交叉钢筋的交叉点f’(xf,yf,zf)的坐标可由公式[3]计算得到：

22、

23、s5、将十字交叉钢筋交叉点f’的理论坐标(xf1,yf1,zf1)与计算得到的坐标(xf,yf,zf)进行对比，若两者的差值小于限值ξ，例如，δx＝|xf-xfl|<ξ，说明斜拉索套筒的中心点位置满足定位精度要求；反之，重复第三步和第四步，调整定位钢筋组件位置，直到十字交叉钢筋交叉点f’的位置满足精度要求；

24、s6、将斜拉索套筒套入定位钢筋组件，此时定位钢筋组件正好内接于斜拉索套筒内壁，在主梁上绑扎钢筋并浇筑混凝土，使斜拉索套筒与主梁完全刚接，随后抽出定位钢筋组件及十字交叉钢筋。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、本发明，通过设置定位钢筋组件配合反射棱镜结构，在搭配全站仪使用时，可以通过地面人员站在远距离利用全站仪对测量斜拉索套筒定位基点和反射棱镜的空间位置坐标，实现对斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位，从而显著提高斜拉索套筒定位的精度和效率，在斜拉桥主梁拉索套筒的空间定位中能广泛运用，并且具备使用方便，操作简单，成本低廉，省时省力的优异效果；

27、除此以外，通过设置反射棱镜，采用棱镜杆搭配棱镜用于对斜拉桥主梁拉索套筒端部位置进去空间定位，而设置在弧形架上的反射棱镜则是在用于在进一步的测量过程中，通过拉绳拉动弧形架沿着拉索套筒移动后，在多个位置进行测量，从而获得更为精准全面的空间数据，以及方便计算出拉索套筒在架设后的形变情况，已经进一步地的对受力分析等数据仅需计算和分析。

28、2、本发明，通过设置张紧组件，在通过拉绳调整弧形架位置时，利用滑轮带动扭力弹簧发生形变，使其将部分动能转换为弹性势能存储，与此同时，可以使压杆远离安装架，使得安装架能够在弧形架上移动，在弧形架停止移动后，阻尼块使得扭力弹簧的回弹时间变长，需要一段时间才能带动压杆压紧安装架使其固定，而在这段时间内，利用永磁体的磁力使得安装架的位置发生变化，最终实现反射棱镜位于相邻的两个钢筋的中间位置，从而消除弧形架移动时出现的位置偏移以及主梁拉索套筒端在受力形变时导致反射棱镜的位置偏差；

29、3、本发明，通过设置旋架配合平衡架架，在调整弧形架位置的同时，旋架配合配重块也可以自由转动，使得弧形架位置移动后，反射棱镜依旧可以保持在水平状态，进而实现在不同位置的远距离高精度测量，同时在压杆压紧安装架时，压杆也会配合锥形块带动竖杆向上移动，使得限位卡卡主旋架的转轴，从而使得旋架无法转动，确保在测量时反射棱镜不会自由移动，提高测量结果的精度。