研究生道路桥梁论文大纲

大型桥梁运架设备安装中的直线度测量 精测公司 李学仕 【摘 要】 本文介绍了杭州湾跨海大桥50m预制箱梁运架设备安装过程中,应用导线法测量设备构件直线度的方法。 【关键词】 导线法 直线度 安装测量 杭州湾跨海大桥 杭州湾跨海大桥(全长36km)50m预制箱梁的制、运、架大型设备统称五大设备,其尺寸庞大, 结构复杂,安装精度要求高,均采用工厂制造构件,运输到现场再安装的方式;其中长大构件组装连接后的直线度(保持各点在一条直线上,不产生平面弯曲)是控制设备安装精度的一项重要指标,需要在安装过程中不断监控测量,及时提供实时数据,以指导安装施工。一般情况下,测量直线可在直线的端头置镜,瞄准直线方向,检查直线上的点,即可及时知道直线度情况;如果在直线上因地形条件限制而无法架设测量仪器时,如何快速测量直线度和保证测量精度呢?设备安装应属工业安装测量问题,但桥梁运架设备须在施工现场安装,我们采用工程测量方法解决了这一问题。本文介绍在杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备安装过程中应用导线法测量设备构件直线度的方法。 1 实现原理 图 1 测量直线度就是确定测点到直线的偏移距离。在待测直线外任意P点置镜,选择待测直线上A、B两点(可选择两端点)作为直线控制点(如图1),建立以A点为原点,AB连线为X轴正向的坐标系(简称A坐标系),易知在该坐标系下的Y坐标就是距AB直线方向的偏离值。 利用全站仪先测量出直线控制点A、B到置镜点P的距离S1、S2和角度a,即可计算出在上述坐标系下的P点坐标和PB或PA的方位;然后在全站仪中设置测站坐标和方位(定位与定向),即可直接测量直线上其他点的坐标,以直观分析各测点相对于直线AB的偏离程度(直线度)。 P点坐标计算方法,这里介绍利用导线法计算。首先建立一个临时坐标系(简称P坐标系),以P为坐标原点,PA连线为X轴的正向,由测量的距离和角度计算出A、B的临时坐标以及AB、PB、PA的方位,然后根据方位差计算PA、PB在A坐标系中的方位以及P点的坐标。 在上述临时坐标系中:P点的坐标(0,0),PA的方位=0,A点的坐标(S1,0);PB的方位=a,B点的坐标[S2×cosa,S2×sina];AB的方位=w,由AB坐标反算得到。 在A坐标系中,AB的方位=0,则根据P坐标系中的方位关系得到:PA的方位=-w,PB的方位=a-w,从而P点的坐标X=-S1×cosw,Y=S1×sinw。 在作业现场上述计算可以利用程序型计算器计算快速得到,如使用Casio fx4500计算的代码 为:EFA (E=S1,F=S2,A=a) Pol(Fcos(A)-E,Fsin(A))n(AB的距离S) n(PB的方位) X=-Ecos(W)n(P点的坐标) Y=Esin(W)n 2 精度分析 由上述建立的坐标系可知,直线度的误差即测量中主要看观测点Y坐标误差。 根据公式Y=Yp+S×sinα,可知主要误差来源是距离误差、方向误差和定向误差。观测时,采 用配套小棱镜,直接对中观测目标,对中误差极小;观测距离不长,一般在60m以内,同一气象条件下,测距精度较高;同时很容易觇准目标,方向观测精度较高。在仅顾及观测误差影响的情况下,Y的中误差:m2y=sin2αm2s+S2cos2αm2α若设:ms=1mm,mα=4〃,S=60m,上式若取m2y=m2s+S2m2α,可以得出my最大误差也不过1•5mm。 杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备的直线度、铅直度安装精度一般要求达到5mm,此为极限 误差,则安装总中误差为2•5mm,包括安装和测量误差。根据测量误差取安装误差的1/ 2倍的原则,得到测量误差为安装总误差的1/ 3倍,即测量误差为2•5/ 3=1•4mm。可见上述测量方法是可以达到测量要求的。 3 操作方法 在待测直线外适当地点(大致在直线中间部位)架设好仪器;全站仪照准A点,方向置零,测量 距离S1;照准B点,测量角度a和距离S2,保持仪器不动;利用计算器计算A坐标系中P点的坐标和PB的方位,输入到全站仪中;开始从B到A测量直线上的点坐标并记录数据。 4 测量应用 (1) LGB1600架桥机 LGB1600架桥机主要结构是其沿桥梁方向左右两大机臂,均为110m长的矩形钢框架梁(截面尺寸为宽2•2m×高3•2m)。两机臂由前后两端钢横梁联系。每条机臂分为10段,长度分别为11•88m×9+4•3m,各段之间用钢板螺栓连接。 拼装时,先拼装为3大段(3节+3节+4节),再将3大段依次连接起来。构件体形庞大,各大段拼装以及三大段整体拼装时会产生线性扭曲,为使结构按设计精度安装(直线度要求5mm以内),需要在连接螺栓进行初拧前、终拧前以及终拧后对机臂进行直线度测量,而更多的是在安装调整过程中进行实时测量,要求较快测量出数据。机臂尺寸较大,在大臂外没有位置架设测量仪器,但可架设在机臂顶面,采用导线法建立以大臂纵向为X轴的坐标系,根据测量得出的Y坐标,可方便地看出大臂的弯折情况。终拧后的测量结果数据将作为安装竣工数据进行构件空间结构模拟演算。 在大臂顶面有两股运梁小车走行轨道,中心间距为2m(制造精度较高)。同时测量两股轨道对 应点,由Y坐标差可检验测量精度。从测量结果看,间距最大相差2mm,从而验证了用该方法测量的结果是可靠的。 提梁机台车主梁的上下弦杆直线度测量 ML800提梁机 ML800提梁机(见图3)由主梁、刚性支腿和柔性支腿以及走行小车等组成,主梁为钢桁架,其尺寸为长64m×宽4•7m×高8•5m。上下弦杆均由六段截面为工字型的钢构件螺栓连接组成,安装时,需要对各弦杆各段间的连接点进行直线度测量(直线度要求为5mm)。建立以主梁纵向为X轴的坐标系,用导线法测量各节点的坐标,可以方便的得出各节点连线的直线度情况。 (3)提梁机台车主梁上下弦杆连接立柱垂直度测量 提梁机台车主梁上下弦杆用斜撑和立柱连接,安装时需要对立柱相对于主梁纵横向的倾斜进 行测量(上下对应点在平面上的投影纵横向距离要求5mm内)。使用导线法,同样建立以主梁纵向为X轴的坐标系,分别测量立柱的上、下端对应位置的平面坐标,比较纵横坐标差值,可以迅速得到每根立柱的倾斜状态,以及各立柱之间的相互倾斜状态,及时安装调整到正确位置。 (4)提梁机刚性支腿安装测量 提梁机左侧的刚性支腿(高度27•3m)在安装时平放在地面上如图4所示,C、D、E、F处于同一个平面内(连线尺寸为4m×7•5m),与主梁安装好以后在同一水平面,均为带螺孔的钢板与主梁对应螺拴钢板对位连接;与地面轨道走行台车连接端的A、B(距离15m)为带销孔的钢板,与走行台车上对应销子相连接,安装后处于水平,与CDEF平行。安装时平放地面,需要控制AB与CD及CDEF平行,且CDEF钢板处于同一平面内(此时为竖直面)。 同样使用导线法测量,建立以A为原点、AB为X轴的坐标系,测量C、D、E、F的坐标,即可知道C、D、E、F是否处于同一竖直面内(据Y坐标)以及是否与AB平行。 5 结语 应用导线法测量大型设备的直线度、铅直度,可以方便、快速的获得准确测量结果,及时为现场安装施工提供可靠数据,为杭州湾跨海大桥50m箱梁五大设备顺利安装投入使用、确保架梁工期赢得了宝贵时间。 参 考 文 献 1 李青岳、陈永奇•工程测量学•测绘出版社;1995•5