本發(fā)明屬于橋梁控制，具體涉及一種短線法預(yù)制拼裝梁線形控制方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁一般是指將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為若干階段，在梁場分段預(yù)制完成后，運(yùn)輸至橋位，施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行逐段拼裝的施工方法，即先“化整為零”，再“化零為整”。整個施工過程中涉及三種不同的幾何線形：設(shè)計(jì)成橋線形、制造線形和拼裝線形。其中，設(shè)計(jì)成橋線形是理想的設(shè)計(jì)線形狀態(tài)；制造線形是指節(jié)段在梁場預(yù)制生產(chǎn)得到的無應(yīng)力狀態(tài)下的線形；拼裝線形是指節(jié)段預(yù)制完成運(yùn)至橋址后，將各節(jié)段依次連接拼裝、架設(shè)完成后形成的線形。通過控制制造線形和拼裝線形，使實(shí)際線形向設(shè)計(jì)成橋線形靠攏。值得注意的是，對于節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁，當(dāng)所有節(jié)段預(yù)制完成后，橋梁線形也隨之基本確定，因此節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的幾何線形控制主要取決于節(jié)段預(yù)制得到的制造線形。

2、主梁節(jié)段預(yù)制有長線法和短線法兩種線形控制方法。長線法一次澆筑整跨或半跨，對預(yù)制場地和運(yùn)輸空間要求較大，且底模安裝完成后一般不再調(diào)整，預(yù)制線形固定，因此只適用于直線橋梁，在大型項(xiàng)目中已逐步被淘汰。短線法將一跨結(jié)構(gòu)劃分為若干較短節(jié)段，每次只澆筑一個節(jié)段，澆筑完成后的節(jié)段作為下一待澆節(jié)段的活動端模，移動至匹配位置，如此循環(huán)至所有節(jié)段預(yù)制完畢。該方法在預(yù)制過程中對匹配節(jié)段位置坐標(biāo)的控制直接影響橋梁的幾何線形。短線法節(jié)段預(yù)制梁幾何線形的控制，主要通過調(diào)整匹配節(jié)段的位置和姿態(tài)來實(shí)現(xiàn)。

3、目前，在批量化生產(chǎn)的節(jié)段梁預(yù)制幾何線控中，國內(nèi)外均流行采用基于全站儀測量的六點(diǎn)控制法確定梁體的三維空間位置，即通過節(jié)段梁中心線上2?個測點(diǎn)fh、bh來控制節(jié)段梁的平面位置，通過左、右兩側(cè)腹板頂板上各2?個測點(diǎn)（左：fl、bl，右：fr、br）來控制節(jié)段梁高程位置和姿態(tài)。有少部分項(xiàng)目工程采用電子水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)標(biāo)尺等測量標(biāo)高，也有個別在大尺寸節(jié)段上設(shè)置10個控制點(diǎn)?，F(xiàn)場人工測量誤差較大，且測量工作量巨大，造成勞動力和時間密集，效率低下，耗費(fèi)大量人力和財(cái)力，導(dǎo)致施工成本較高。相關(guān)線形控制計(jì)算通常采用先預(yù)估線形、再在后續(xù)梁段生產(chǎn)中對所預(yù)測線形的各項(xiàng)誤差進(jìn)行糾偏修正的方法，該方法會導(dǎo)致累計(jì)誤差較大，且計(jì)算效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種短線法預(yù)制拼裝梁線形控制方法及控制系統(tǒng)，以解決目前短線法節(jié)段梁預(yù)制過程中測量誤差大、效率低等技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種短線法預(yù)制拼裝梁線形控制方法，包括：

4、步驟1：在固定端模處建立局部坐標(biāo)系；

5、步驟2：確定生產(chǎn)的首節(jié)段梁并進(jìn)行澆筑，測量首節(jié)段梁的梁長及其控制測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的現(xiàn)澆位置；

6、步驟3：建立首節(jié)段梁的過渡坐標(biāo)系，利用首節(jié)段梁的過渡坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，以及利用首節(jié)段梁的梁長及其控制測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的現(xiàn)澆位置，計(jì)算首節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置和首節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置；

7、步驟4：對除首節(jié)段梁之后的其余節(jié)段梁依次進(jìn)行澆筑和測量控制測點(diǎn)的現(xiàn)澆位置；在每節(jié)段澆筑時：

8、將前一節(jié)段梁移動至其控制測點(diǎn)到達(dá)理論匹配位置，作為當(dāng)前節(jié)段梁澆筑的匹配端模；

9、若當(dāng)前節(jié)段梁不是最后一個節(jié)段梁，則：建立當(dāng)前節(jié)段梁的過渡坐標(biāo)系，構(gòu)建局部坐標(biāo)系、過渡坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系兩兩之間的轉(zhuǎn)換矩陣，并利用轉(zhuǎn)換矩陣和控制測點(diǎn)的現(xiàn)澆位置，計(jì)算當(dāng)前節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置和當(dāng)前節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置。

10、進(jìn)一步的，所述局部坐標(biāo)系，以固定端模與梁體的交面和梁頂面中心線的交點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，沿梁頂面中心線指向匹配端模方向?yàn)檩S正方向，向上為正方向，根據(jù)右手法則確定軸正方向。

11、進(jìn)一步的，在首節(jié)段梁的澆筑過程中，始終保持現(xiàn)澆節(jié)段梁頂面中心線同時與固定端模和匹配端模垂直。

12、進(jìn)一步的，步驟3中，計(jì)算首節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置，具體包括：

13、s301：建立首節(jié)段梁的過渡坐標(biāo)系，以匹配端模與梁體的交面和梁頂面中心線的交點(diǎn)為原點(diǎn)，沿頂面中心線指向固定端模方向?yàn)檩S正方向，向上為軸正方向，根據(jù)右手法則確定軸正方向；

14、s302：利用首節(jié)段梁的梁長，將首節(jié)段梁各控制測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的現(xiàn)澆位置坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為其在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)：

15、

16、式中，，

17、s303：將首節(jié)段梁各控制測點(diǎn)在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為其在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置；

18、s30301：根據(jù)首節(jié)段梁兩端節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中的理論安裝位置，即節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2，計(jì)算首節(jié)段梁過渡坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在整體坐標(biāo)系中的方向向量：

19、

20、

21、

22、其中，節(jié)段梁的節(jié)點(diǎn)定義為：對于任意節(jié)段梁n，其梁面中心線與兩側(cè)橫截面的交點(diǎn)分別為節(jié)點(diǎn)n和節(jié)點(diǎn)n+1；

23、s30302：建立首節(jié)段梁過渡坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣：

24、

25、s30303：根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算基點(diǎn)，將各控制測點(diǎn)在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為其整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置：

26、

27、式中，首節(jié)段梁的基點(diǎn)，取過渡坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

28、進(jìn)一步的，步驟3中在計(jì)算得到首節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置后，進(jìn)一步計(jì)算首節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置，具體包括：

29、s304：對節(jié)點(diǎn)2在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置進(jìn)行修正，得到節(jié)點(diǎn)2的實(shí)際安裝位置：

30、

31、式中，為首節(jié)段梁長，為首節(jié)段梁轉(zhuǎn)換矩陣的第一行；

32、s305：計(jì)算首節(jié)段梁從現(xiàn)澆位置移至匹配位置的目標(biāo)位置坐標(biāo)，即計(jì)算其各控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置轉(zhuǎn)換為其在局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置；

33、s30501：根據(jù)節(jié)點(diǎn)3在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)2的實(shí)際安裝位置，計(jì)算首節(jié)段梁上整體坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在局部坐標(biāo)系中的方向向量：

34、

35、

36、

37、s30502：建立整體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣：

38、

39、s30503：將首節(jié)段梁上測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中的理論安裝位置轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置：

40、

41、式中，為設(shè)計(jì)線形中節(jié)點(diǎn)3在整體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

42、進(jìn)一步的，步驟4中計(jì)算當(dāng)前節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置，具體為：

43、step401：建立節(jié)段梁的過渡坐標(biāo)系：以節(jié)段梁上的控制測點(diǎn)為原點(diǎn)，以向量方向?yàn)檩S正方向，向上為軸正方向，根據(jù)右手法則確定軸正方向；

44、step402：將節(jié)段梁在局部坐標(biāo)系下的現(xiàn)澆位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為其在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)。

45、首先計(jì)算過渡坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在局部坐標(biāo)系中的方向向量、、，建立局部坐標(biāo)系和過渡坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣：

46、

47、

48、

49、

50、式中，、、表示節(jié)段梁上測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系下的實(shí)際匹配位置；

51、然后將測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的現(xiàn)澆位置轉(zhuǎn)換為其在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)：

52、

53、式中，、、為節(jié)段梁上測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的實(shí)際匹配位置；

54、step403：將節(jié)段梁上各控制測點(diǎn)在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為其在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置。

55、step40301：計(jì)算節(jié)段梁上過渡坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在整體坐標(biāo)系中的方向向量：

56、

57、

58、

59、step40302：建立過渡坐標(biāo)系和整體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣：

60、

61、step40303：根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算基點(diǎn)，將過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為整體坐標(biāo)系下的理論安裝坐標(biāo)：

62、

63、式中為節(jié)段梁上測點(diǎn)的理論安裝坐標(biāo)。

64、進(jìn)一步的，步驟4在計(jì)算得到當(dāng)前節(jié)段梁控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置后，進(jìn)一步計(jì)算當(dāng)前節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置，具體包括：

65、step404：對節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)進(jìn)行修正：

66、

67、

68、式中，為節(jié)點(diǎn)在過渡坐標(biāo)系中的過渡坐標(biāo)，為節(jié)段梁上控制測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的實(shí)際匹配位置；節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下修正后的坐標(biāo)；

69、step405：計(jì)算節(jié)段各控制測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝位置轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置：

70、step40501：根據(jù)節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的理論安裝坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)修正后的坐標(biāo)，計(jì)算節(jié)段上整體坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸在局部坐標(biāo)系中的方向向量：

71、

72、

73、

74、step40502：建立整體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣：

75、

76、step40503：將節(jié)段上測點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中的理論安裝位置轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)系下的理論匹配位置：

77、

78、式中，為設(shè)計(jì)線形中節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)中的坐標(biāo)。

79、進(jìn)一步的，節(jié)段梁上控制測點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的實(shí)際匹配位置，步驟4在將節(jié)段梁移動至其控制測點(diǎn)到達(dá)理論匹配位置的過程中，通過反復(fù)移動和測量節(jié)段梁上控制測點(diǎn)的實(shí)際匹配位置，直至控制測點(diǎn)的實(shí)際匹配位置與理論匹配位置的偏差控制在容許偏差范圍內(nèi)。

80、一種短線法預(yù)制拼裝梁線形控制系統(tǒng)，包括：測量機(jī)器人、智能底模臺車和短線法預(yù)制拼裝梁線形控制裝置；

81、所述測量機(jī)器人用于：采集獲取固定端?？刂泣c(diǎn)和各節(jié)段梁上控制測點(diǎn)在在局部坐標(biāo)系中的現(xiàn)澆位置和實(shí)際匹配位置；

82、所述智能底模臺車用于：承載節(jié)段梁并接收控制將承載的節(jié)段梁移動至目標(biāo)位置；

83、所述短線法預(yù)制拼裝梁線形控制裝置，與測量機(jī)器人、智能底模臺車結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)技術(shù)方案所述的短線法預(yù)制拼裝梁線形控制方法。

84、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的短線法預(yù)制拼裝梁線形控制方法，優(yōu)點(diǎn)在于：采用三維坐標(biāo)線形控制，線控精度高，同時計(jì)算過程中引入過渡坐標(biāo)系，直接計(jì)算所需坐標(biāo)數(shù)據(jù)，不產(chǎn)生傳統(tǒng)控制方法中先預(yù)測、再糾偏產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差、梁長誤差等各種誤差，計(jì)算原理相對簡單，便于編譯成計(jì)算機(jī)程序，提高計(jì)算效率。同時，本發(fā)明能夠有效減少人工投入，實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁場少人化或無人化智能控制一體化，從而減少人工導(dǎo)致的測量和匹配的誤差，提高現(xiàn)場生產(chǎn)效率。