橋梁節段預製技術三維數控方法
2023-06-01 17:36:21
專利名稱：橋梁節段預製技術三維數控方法
技術領域：
本發明涉及橋梁短線法節段預製技術，特別涉及橋梁節段預製技術三維數控方法。
背景技術：
短線法節段預製技術是將橋梁上部結構劃分為若干短節段，將考慮混凝土收縮徐 變及預拱度等因素的成橋整體坐標轉換為預製工廠局部坐標後，在預製機械設備的固定模 板系統內逐跨匹配、流水預製橋梁節段的施工工藝，其過程是用戶與程序的交互操作，程序 需要用戶輸入橋梁製造後的坐標和幾何尺寸作為輸入值，用來計算相鄰節段的控制信息。 預應力混凝土橋梁節段預製技術是世界最先進、最符合環保理念的橋梁設計製造技術，但 目前只有美國、奧地利、香港的三家公司擁有預應力混凝土橋梁短線法節段預製控制技術 及軟體，國內建設項目如欲使用短線法節段預製施工工法則必須引進國外軟體進行製造及 架設，從技術和經濟角度考慮均有很大局限性。目前節段預製控制技術軟體的算法是對平面線形及立面線形分別進行控制，採用 坐標平面變換對幾何線形進行控制，採用二維糾偏方法對節段預製誤差進行調整，這種算 法在大縱坡或者大曲線的線形條件下容易產生很大的計算誤差，使施工精度和工程質量無 法得到保證。除此之外，目前上述算法還具有以下不足之處1、只能實現節段製造施工控 制，而未能實現設計、製造、架設控制一體化；2、未設置測量數據及線性誤差的判斷和報警 機制，很難對現場測量的人為誤差做出判斷和控制；3、未設置遠程資料庫訪問功能，無法實 現資料庫的實時更新。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供橋梁節段預製技術三維數控 方法，實現了對橋梁節段幾何線形的三維控制，減少了平面線形和立面線形分開控制算法 所造成的製造誤差。本發明的目的通過下述技術方案實現本橋梁節段預製技術三維數控方法，包括 以下步驟Si、輸入整體坐標系下的橋梁線形及跨度，並設定橋梁節段的幾何尺寸；S2、對橋梁進行節段劃分，將橋梁劃分成η個節段；S3、計算橋梁節段分界線上三個節段分界線控制點在整體坐標系下的坐標及各節 段的幾何尺寸；S4、輸入橋梁節段的軸向壓縮值和預拱度；S5、採用步驟S4所輸入的軸向壓縮值和預拱度對步驟S3所計算出的節段分界線 控制點在整體坐標系下的坐標進行修正，計算出考慮了軸向壓縮值和預拱度之後的節段分 界線控制點在整體坐標系下的新坐標，並將其輸出；S6、根據步驟S5計算出的節段分界線控制點在整體坐標系下的新坐標建立每個節段梁面的局部坐標系；根據各節段局部坐標系坐標軸的向量，計算相鄰節段任意一點的 三維坐標轉換矩陣，並計算節段局部坐標系內任意一點在整體坐標系下的三維坐標轉換矩 陣；S7、根據步驟S2得到的節段劃分及步驟S3得到的幾何尺寸，計算第1個節段定位 點在局部坐標系下的坐標及節段尺寸的理論計算值，並輸出；S8、輸入第1個節段定位點在局部坐標系下的坐標及節段尺寸的實際測量值；S9、根據步驟S7所計算的理論計算值和步驟S8所輸入的實際測量值，計算節段制 造誤差和相鄰節段的六個方向調整量；基於六個方向調整量在局部坐標系的向量，採用起 始節段製造誤差對相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣進行修正，計算出考慮了節段制 造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣；S10、根據步驟S9計算的節段製造誤差，判斷梁面是否扭轉，提醒用戶檢查步驟S8 所輸入的實際測量值是否有誤，並提醒用戶判斷節段製造誤差是否過大；S11、根據步驟S9計算的考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐 標轉換矩陣，輸出起始節段定位點的匹配坐標理論計算值和節段尺寸理論計算值；S12、循環步驟S7-11，直至橋梁的第n個節段。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果1、基於三維坐標轉換方法實現了對橋梁節段幾何線形的三維控制，大大減少了平 面線形和立面線形分開控制算法所造成的製造誤差。2、可以根據橋梁設計限界及用戶定義，對橋梁劃分節段，從而實現橋梁幾何線形 設計、製造、架設的一體化控制，進一步確保工程質量。此外，採用三維糾偏方法對節段預製 誤差進行調整，即對節段預製在包括旋轉、平移在內的六個方向進行誤差調整，大大降低了 節段預製的偏差。3、加入了測量數據及線性誤差報警功能，在測量數據發生明顯輸入錯誤和線形出 現明顯偏差的情況下，對用戶發出錯誤提示，避免人為誤差對工程質量造成影響。4、由於使用了三層軟體架構，從而使本發明還具有如下優點a)邏輯連接物理分離。在採用了三層架構之後，用戶、web伺服器以及資料庫服務 器三者既可以在同一臺電腦上運行，也可以分別處於由物理連接的網絡上的不同計算機/ 伺服器上，便於分別管理及維護，有利於數據安全穩定。b)數據重用，唯一，可分享。由於實際數據僅在資料庫伺服器上保存唯一一份，所 有使用本系統的用戶將得到同一份數據，並且一個用戶修改後，對所有用戶均可見。實現了 數據的實時更新，保證數據的真實準確。c)系統可設置訪問權限。可設置只讀、可修改以及禁止訪問等權限，保證了系統的 安全穩定。
圖1是本發明的流程圖；圖2是本發明所述「橋梁節段分界線控制點」的示意圖；圖3是本發明的軟體設計架構圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 於此。實施例本發明為橋梁節段預製技術三維數控方法，其算法流程如圖1所示，包括以下步 驟1、用戶輸入整體坐標系下的橋梁線形及跨度，並設定橋梁節段的幾何尺寸。其中， 橋梁線形指梁面外輪廓線，跨度指相鄰橋墩中心線間的平面距離。2、對橋梁進行節段劃分，將橋梁劃分成n個節段。3、計算橋梁節段分界線上三個節段分界線控制點在整體坐標系下的坐標(簡稱 為整體坐標)及各節段的幾何尺寸。如圖2所示，橋梁節段分界線上三個節段分界線控制 點指梁面中心線與節段分界線的交點(即點2)，以及節段分界線上距離點2呈固定距離的 兩個點(即點1和點3)。理論上，固定距離為小於橋面寬度的任意數值；實際應用中，根據 該工程橋面寬度取某一固定數值，工程經驗一般取2. 5米。4、用戶輸入橋梁節段的軸向壓縮值和預拱度。預拱度指為抵消橋梁在荷載作用下 產生的變形，而在施工或製造時所預留的與變形方向相反的校正量。用戶所輸入的軸向壓 縮值和預拱度可由專業結構分析軟體計算得到。5、採用步驟4所輸入的軸向壓縮值和預拱度對步驟3所計算出的節段分界線控制 點在整體坐標系下的坐標進行修正，計算出考慮了軸向壓縮值和預拱度之後的節段分界線 控制點在整體坐標系下的新坐標，並將其輸出。步驟1-5使本發明具有橋梁幾何線形設計功能，實現橋梁線形的設計、製造、架設 一體化控制；同時根據用戶權限，可對資料庫進行修改，實現唯一資料庫的實時更新。6、根據步驟5計算出的節段分界線控制點在整體坐標系下的新坐標建立每個節 段梁面的局部坐標系；根據各節段局部坐標系坐標軸的向量，計算相鄰節段局部坐標系的 相對關係(即相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣)，並計算節段局部坐標系與整體坐 標系的相對關係(即節段局部坐標系內任意一點在整體坐標系下的三維坐標轉換矩陣)。 步驟6實現了橋梁幾何線形的三維控制。7、根據步驟2得到的節段劃分及步驟3得到的幾何尺寸，計算起始節段(即第1 個節段)定位點在局部坐標系下的坐標及節段尺寸的理論計算值，並輸出。在本實施例中， 所述起始節段定位點選取梁面上任意六個點。8、用戶輸入起始節段(即第1個節段)定位點在局部坐標系下的坐標(簡稱為局 部坐標)及節段尺寸的實際測量值。9、根據步驟7所計算的理論計算值和步驟8所輸入的實際測量值，計算節段製造 誤差(即起始節段定位點坐標及尺寸的實際測量值與理論計算值的差值)和相鄰節段的六 個方向(三維平移和三維旋轉)調整量；基於六個方向調整量在局部坐標系的向量，採用起 始節段製造誤差對相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣進行修正，計算出考慮了節段制 造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣。10、根據步驟9計算的節段製造誤差，判斷梁面是否扭轉，提醒用戶檢查步驟8所 輸入的實際測量值是否有誤，並提醒用戶判斷節段製造誤差是否過大。
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11、根據步驟9計算的考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標 轉換矩陣，輸出起始節段定位點的匹配坐標理論計算值和節段尺寸理論計算值。步驟9可以實現對節段製造誤差的三維調整。步驟10實現節段製造誤差過大時 的自動提示功能，有效地避免了人為輸入錯誤。步驟7-11使得具有資料庫修改權限的用戶 可以實時更新輸入數據；而只讀和禁止訪問權限的用戶，則無法對資料庫進行改動，保證了 資料庫的安全和穩定。12、循環步驟7-11，直至橋梁的第n個節段。在實際應用中，實施本發明方法時，其軟體程序可採用web開發中最經典的標準 三層軟體體系架構，由表現層、應用服務層和數據層構成，如圖3所示。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
橋梁節段預製技術三維數控方法，其特徵在於，包括以下步驟S1、輸入整體坐標系下的橋梁線形及跨度，並設定橋梁節段的幾何尺寸；S2、對橋梁進行節段劃分，將橋梁劃分成n個節段；S3、計算橋梁節段分界線上三個節段分界線控制點在整體坐標系下的坐標及各節段的幾何尺寸；S4、輸入橋梁節段的軸向壓縮值和預拱度；S5、採用步驟S4所輸入的軸向壓縮值和預拱度對步驟S3所計算出的節段分界線控制點在整體坐標系下的坐標進行修正，計算出考慮了軸向壓縮值和預拱度之後的節段分界線控制點在整體坐標系下的新坐標，並將其輸出；S6、根據步驟S5計算出的節段分界線控制點在整體坐標系下的新坐標建立每個節段梁面的局部坐標系；根據各節段局部坐標系坐標軸的向量，計算相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣，並計算節段局部坐標系內任意一點在整體坐標系下的三維坐標轉換矩陣；S7、根據步驟S2得到的節段劃分及步驟S3得到的幾何尺寸，計算第1個節段定位點在局部坐標系下的坐標及節段尺寸的理論計算值，並輸出；S8、輸入第1個節段定位點在局部坐標系下的坐標及節段尺寸的實際測量值；S9、根據步驟S7所計算的理論計算值和步驟S8所輸入的實際測量值，計算節段製造誤差和相鄰節段的六個方向調整量；基於六個方向調整量在局部坐標系的向量，採用起始節段製造誤差對相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣進行修正，計算出考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣；S10、根據步驟S9計算的節段製造誤差，判斷梁面是否扭轉，提醒用戶檢查步驟S8所輸入的實際測量值是否有誤，並提醒用戶判斷節段製造誤差是否過大；S11、根據步驟S9計算的考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣，輸出起始節段定位點的匹配坐標理論計算值和節段尺寸理論計算值；S12、循環步驟S7 11，直至橋梁的第n個節段。
2.根據權利要求1所述的橋梁節段預製技術三維數控方法，其特徵在於，步驟S3所述 橋梁節段分界線上三個節段分界線控制點指梁面中心線與節段分界線的交點，以及節段分 界線上距離梁面中心線與節段分界線的交點呈固定距離的兩個點；所述固定距離為小於橋 面寬度的任意數值。
3.根據權利要求1所述的橋梁節段預製技術三維數控方法，其特徵在於，步驟S4所述 預拱度指為抵消橋梁在荷載作用下產生的變形，而在施工或製造時所預留的與變形方向相 反的校正量。
4.根據權利要求1所述的橋梁節段預製技術三維數控方法，其特徵在於，步驟S7所述 六個方向調整量為三維平移和三維旋轉調整量。
全文摘要
本發明公開了橋梁節段預製技術三維數控方法，包括步驟對橋梁進行節段劃分；計算節段分界線控制點的整體坐標及各節段的幾何尺寸；輸入節段的軸向壓縮值和預拱度，並對節段分界線控制點的整體坐標進行修正，計算出新坐標；計算相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣；計算節段製造誤差和相鄰節段的六個方向調整量；計算出考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣；根據節段製造誤差，判斷梁面是否扭轉；根據考慮了節段製造誤差之後的相鄰節段任意一點的三維坐標轉換矩陣，輸出起始節段定位點的匹配坐標理論計算值和節段尺寸理論計算值。實現了對橋梁節段幾何線形的三維控制，減少了平面、立面線形分開控制所造成的製造誤差。
文檔編號E01D21/00GK101942805SQ201010288130
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者孫峻岭 申請人:廣州瀚陽工程諮詢有限公司