孔屹松 王凱 朱其操

摘要：文章以烏蘭木倫河三號(hào)橋測(cè)量機(jī)器人的使用為例，介紹了鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中溫度及變形監(jiān)控的方法，主要包括控制點(diǎn)選點(diǎn)、臨時(shí)墩制作、測(cè)量機(jī)器人使用、周期測(cè)量、變形數(shù)據(jù)分析等，并通過(guò)測(cè)量機(jī)器人的使用，重點(diǎn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)溫度及變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)橋梁;測(cè)量機(jī)器人;變形監(jiān)控;溫度監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：U441⁺5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.008

文章編號(hào)：1673-4874（2021）01-0028-04

0引言

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中難免由于溫差導(dǎo)致鋼板結(jié)構(gòu)熱脹冷縮變形，給施工帶來(lái)不便[1-2]。為了加快施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量，不僅需要保證施工體系的安全有效，還需要尋找出鋼板受溫度熱脹冷縮影響的變化量，為施工提供指導(dǎo)[3-4]。為此引入了測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用于橋梁施工的監(jiān)控中。

徠卡TS60全站儀（測(cè)量機(jī)器人）是一種能夠代替人工進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精準(zhǔn)照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型全自動(dòng)電子全站儀。它是在普通全站儀的基礎(chǔ)上集成馬達(dá)、CCD影像傳感器構(gòu)成的視頻成像系統(tǒng)，并配置智能化控制及應(yīng)用軟件發(fā)展而形成的。測(cè)量機(jī)器人的自動(dòng)化測(cè)量，能夠相對(duì)減少人員配備，提高經(jīng)濟(jì)效益，減少人為誤差，提高測(cè)量精度以及數(shù)據(jù)的可靠性，可以設(shè)置測(cè)量周期，為分析數(shù)據(jù)提供可靠依據(jù)[5-7]。

1工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋是國(guó)內(nèi)首座雙飛翼城市景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+64+5）m，屬中承式復(fù)式鋼箱拱橋。鋼箱梁跨度為348m，橋面為1.68%的單向縱坡段，1.5%的雙向橫坡，高度為3.5m，變截面寬度為42～65m。主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾17。，跨度為200m，截面高為3m，寬為4m，采用曲形曲做，面內(nèi)矢高為75m。副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，向道路中心線內(nèi)傾45°，兩側(cè)副拱跨度分別為326m、330m，標(biāo)準(zhǔn)段尺寸高寬均為2.0m，變截面段尺寸高2.0～3.0m，寬2.0～3.0m，面內(nèi)矢高為35m。

鄂爾多斯市烏蘭木倫河3號(hào)橋主副拱及鋼箱梁全部采用鋼結(jié)構(gòu)制造，并采取支架法進(jìn)行安裝。由于當(dāng)?shù)販夭畲?，鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量龐大，通過(guò)普通方法測(cè)量鋼板變形存在誤差大，測(cè)量周期不定，也不能完全達(dá)到要求，故測(cè)量機(jī)器人在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的運(yùn)用成為不可或缺的一部分。

2控制點(diǎn)選點(diǎn)

在本橋南北岸、上下游共布設(shè)5個(gè)控制點(diǎn)，分別為G1、G2、G3、G4、G5（見(jiàn)圖1）?？刂泣c(diǎn)選點(diǎn)需滿足以下需求：

（1）相鄰導(dǎo)線點(diǎn)通視;

（2）選點(diǎn)地質(zhì)堅(jiān)硬，穩(wěn)定;

（3）地勢(shì)高便于加密控制點(diǎn)及施工測(cè)量放樣。

3控制墩制作

測(cè)量機(jī)器人屬于高精度儀器，不可使用三腳架直接擺放儀器進(jìn)行測(cè)量，需使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制作控制墩，保證測(cè)量機(jī)器人的穩(wěn)定性?？刂贫招璋凑諟y(cè)量一級(jí)控制點(diǎn)布設(shè)的原則，視野開(kāi)闊，地勢(shì)較高，便于觀測(cè)。墩頂預(yù)埋強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)，確保每次儀器架設(shè)在同一個(gè)坐標(biāo)不變。

4監(jiān)測(cè)棱鏡布設(shè)

在鋼管支架頂部布設(shè)棱鏡，24h監(jiān)測(cè)變形情況，直至拱肋吊裝前。若支架無(wú)明顯變形，可進(jìn)行拱肋吊裝作業(yè);若支架變形量超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍，則需要重新加工支架，直至變形量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求方可進(jìn)行吊裝。

在外界條件相同的情況下，根據(jù)鋼箱梁及拱肋的節(jié)段、高度和特殊位置需布設(shè)小棱鏡。每節(jié)鋼箱梁及拱肋兩端、拱頂、拱肋錨管附近等位置也需布設(shè)，拱肋吊裝定位完成后需24h進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)拱肋的變形量。

5記憶學(xué)習(xí)

測(cè)量機(jī)器人架設(shè)在觀測(cè)墩上，并在觀測(cè)墩頂面安裝強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)，調(diào)平后，儀器穩(wěn)固不易動(dòng)，后視棱鏡也穩(wěn)固地架設(shè)在另一個(gè)觀測(cè)墩上。儀器與電腦使用電纜線連接，通過(guò)電腦軟件進(jìn)行四步定向后，便可進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

機(jī)器人測(cè)量之前需要進(jìn)行第一輪手動(dòng)觀測(cè)，使機(jī)器人記憶棱鏡位置，后設(shè)置觀測(cè)周期，每次觀測(cè)找到指定位置后再進(jìn)行掃描觀測(cè)，節(jié)省測(cè)量時(shí)間，明確測(cè)量目標(biāo)。

6周期測(cè)量

當(dāng)觀測(cè)時(shí)間較短時(shí)，機(jī)器人可以設(shè)置不間斷觀測(cè)，從而得出完整數(shù)據(jù)，分析目標(biāo)實(shí)時(shí)變化情況;當(dāng)觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，采取不間斷觀測(cè)導(dǎo)致數(shù)據(jù)過(guò)多，使得數(shù)據(jù)處理不便，占用內(nèi)存空間過(guò)大，故根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)置觀測(cè)周期，一般不宜超過(guò)3h/次。

7數(shù)據(jù)分析

測(cè)量機(jī)器人觀測(cè)配套軟件可生成觀測(cè)目標(biāo)三向位移變量，可以直觀地看出目標(biāo)點(diǎn)的變形，同樣可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)，結(jié)合觀測(cè)的環(huán)境溫度、鋼板溫度等對(duì)其變形進(jìn)行分析。分析數(shù)據(jù)過(guò)程時(shí)需考慮環(huán)境溫度、鋼板溫度、箱梁荷載、現(xiàn)場(chǎng)吊裝等對(duì)其的影響，綜合判斷，及時(shí)給出預(yù)偏值，從而更加精確地控制吊裝精度。

7.1溫度測(cè)量

測(cè)量環(huán)境溫度以及鋼板溫度，分析鋼板溫度隨環(huán)境溫度變化規(guī)律（排除光照及其他因素的影響），通過(guò)鋼板溫度分析拱肋變形位移，從而得出最佳調(diào)節(jié)拱肋軸線以及標(biāo)高的時(shí)間和拱肋合龍時(shí)間（見(jiàn)表1）。

以右幅主拱S1節(jié)段鋼箱拱為例，通過(guò)對(duì)同一時(shí)間段的右幅主拱S1節(jié)段鋼箱拱順橋向變形以及鋼結(jié)構(gòu)表面溫度變量分析，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，如圖2所示，通過(guò)散點(diǎn)圖可知，其關(guān)系成線性關(guān)系，通過(guò)線性擬合，得到結(jié)果：

Y=0.57X-9.333（1）

式中：Y——鋼箱拱順橋變形，mm;

X——鋼結(jié)構(gòu)表面溫度，℃。

對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，代入右幅主拱S1節(jié)段所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，最大誤差為3.57mm，最小誤差為0.01mm，平均誤差為1.077mm。利用此方法，可得出鋼箱拱節(jié)段變形量與鋼結(jié)構(gòu)表面溫度的線性關(guān)系。

7.2變形測(cè)量

由拱肋各個(gè)節(jié)段受溫度影響變化數(shù)據(jù)分析可知：

（1）鋼結(jié)構(gòu)表面溫度隨環(huán)境溫度變化而變化，鋼結(jié)構(gòu)表面溫度白天最高可達(dá)63℃，拱肋變形量也達(dá)到最大值。

（2）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)溫度恢復(fù)到常溫時(shí)，拱肋的變化量又恢復(fù)到初始值，下午5：00至次日早上6：00幾乎無(wú)變形，為最佳合龍時(shí)間段。

（3）右幅主拱S1節(jié)段吊裝完成后連續(xù)6d監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨溫度變化歷程曲線見(jiàn)圖3。主拱S1節(jié)段是拱腳節(jié)段，順橋方向、橫橋方向、豎直方向的變化量基本上不變，受溫度影響很小。

（4）右幅主拱S13節(jié)段吊裝完成后連續(xù)6d監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨溫度變化歷程曲線見(jiàn)圖4。受溫度影響，拱肋S13節(jié)段是拱頂節(jié)段，其變化量最大，橫橋方向最大變化量為4cm，順橋方向最大變化量為2cm，豎直方向變化量基本不變，拱肋變形受支架變形影響很小，可忽略不計(jì)。

（5）拱肋順橋向變化量有在5mm內(nèi)的非彈性變形，超過(guò)矩陣支架變化量也有在8mm內(nèi)的非彈性變形。

根據(jù)SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件線性關(guān)系式，計(jì)算出在不同環(huán)境溫度和鋼結(jié)構(gòu)表面溫度下的拱肋變形量，根據(jù)計(jì)算得到拱肋吊裝的預(yù)偏值，從而更加精確地控制吊裝精度。

8結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋測(cè)量機(jī)器人的使用為例，詳細(xì)介紹了鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中溫度監(jiān)控的方法，包括控制點(diǎn)選點(diǎn)、測(cè)量控制墩制作、棱鏡布置、儀器設(shè)置、記憶學(xué)習(xí)、環(huán)境、鋼板溫度測(cè)量、周期測(cè)量以及分析變形數(shù)據(jù)等。

對(duì)環(huán)境溫度、鋼結(jié)構(gòu)表面溫度與拱肋變形位移量進(jìn)行分析，使用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)算歸納總結(jié)溫度與拱肋變形位移量的線性關(guān)系，可為拱肋在不同溫度下吊裝和拱肋合龍?zhí)峁┮罁?jù)。

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