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鋼結構三維掃描測控方法的應用

作者:劉慶明    
時(shí)間:2013-04-22 16:07:52 [收藏]
通過(guò)工程實(shí)例提供對多向多角度鋼構件加工、預拼裝及安裝檢測保證工程質(zhì)量的一種手段。這種方法簡(jiǎn)單易行,利用全站儀配合計算機技術(shù)即可完成構件的模擬掃描、建模、復模、修整及預拼裝、預安裝等一系列工程施
    關(guān)鍵詞:

    摘 要:通過(guò)工程實(shí)例提供對多向多角度鋼構件加工、預拼裝及安裝檢測保證工程質(zhì)量的一種手段。這種方法簡(jiǎn)單易行,利用全站儀配合計算機技術(shù)即可完成構件的模擬掃描、建模、復模、修整及預拼裝、預安裝等一系列工程施工及質(zhì)量控制過(guò)程。與傳統實(shí)體檢測、預拼裝方法相比,減少了大量的施工場(chǎng)地、人力、機械投入,只需幾個(gè)人即可完成施工的測量控制過(guò)程,大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,保證了施工質(zhì)量,大大降低了施工成本,實(shí)現了低成本、高效率、 高效益,值得在復雜鋼結構工程中進(jìn)行推廣應用。
          關(guān)鍵詞:鋼結構;仿真測量;三維掃描;結構檢測
          0 前 言
          我國近年鋼結構產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,尤其在民用高層、公共建筑、工業(yè)建筑等大多采用鋼結構設計,目前高層建筑最大高度已超過(guò)500m,如上海中心高度632m,迪拜哈利法塔高度達到828m;公共建筑的最大跨度已超過(guò)100m,如北京五棵松籃球館跨度120m,國家體育場(chǎng)長(cháng)軸跨度332.3m,短軸296.4m。隨著(zhù)大跨度、超高層建筑的發(fā)展及人們審美觀(guān)念的日益提升,鋼結構這一優(yōu)勢結構體系廣泛應用開(kāi)來(lái),隨之而來(lái)的就是復雜的結構體系里有大量的多向多角度的復雜鋼構件,如何控制這些復雜鋼構件的加工及安裝精度不是一般鋼構企業(yè)能夠做到的,這也是業(yè)界的一個(gè)難題。下面就結合國內現狀及自身的一些經(jīng)歷來(lái)講述構件加工及安裝過(guò)程中如何利用三維仿真測量技術(shù)進(jìn)行構件及工程的質(zhì)量檢測與控制技術(shù)。
          1 示例工況
          以青島萬(wàn)邦中心工程斜切角部位一個(gè)復雜節點(diǎn)柱SC16-1(圖1)為例。鋼柱下部斷面為兩個(gè)箱形支撐牛腿(□1200×800×80)從水平夾角96.26°的兩個(gè)方向向上匯交托起一個(gè)異型鋼柱(飛機形1224×621/167×80)及一個(gè)H型(H800×700×80×80)斜支撐牛腿,中間部位有樓層梁的連接牛腿及節點(diǎn)板。
          本構件相當復雜,空間角度多,構件有6個(gè)方向的安裝連接,且主要鋼板厚度均為80mm,主 要焊縫均要求一級,構件制作焊接量大,焊接變形不易控制,構件加工后各連接節點(diǎn)尺寸檢測困難,不易保證,構件制作難度很大。對于這類(lèi)的復雜構件一般工藝均采取預拼裝方法,來(lái)控制加工尺寸,保證節點(diǎn)連接,但是這樣巨型的三維構件由于空間所限只能采用多次平面預裝方法,預裝精度也只能保證各平面連接,不能完全保證空間連接,構件加工質(zhì)量從根本上不易保證。因此決定采用仿真測量技術(shù)檢測構件質(zhì)量,并對此構件節點(diǎn)群進(jìn)行整體預裝。

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    圖1 SC16-1立體圖 (鋼結構三維掃描測控方法)

     2 構件仿真測量技術(shù)
          本技術(shù)根據國內現有條件采用全站儀進(jìn)行鋼構件的三維測量,根據鋼構件的幾何特征,確定并測量數個(gè)重要的幾何特征點(diǎn),然后將測量得到的點(diǎn)輸入到計算機,利用計算機描繪出構件的三維模擬圖形,即模擬構件。
          1)將構件平放在穩定的平臺上,在構件上做出兩個(gè)基準點(diǎn),以便測量倒點(diǎn)。
          2)在構件上做出測量點(diǎn),實(shí)際測量及點(diǎn)位如圖2所示。

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    2 SC16-1測量(鋼結構三維掃描測控方法)

    a.確定出模擬構件的基準面和基準點(diǎn)。在構件上選擇一個(gè)重要的端面做為基準面,在基準面上確定數個(gè)點(diǎn),選擇一個(gè)做為基準點(diǎn)。
           b.在構件各端面、梁連接牛腿端面、柱體做出測量點(diǎn),一般按每端面最少3點(diǎn)來(lái)做,如果采用多點(diǎn),其他點(diǎn)作為參考點(diǎn)。這樣即可精確定位每個(gè)連接面。
           c.因為棱角上的點(diǎn)偏差較大,做點(diǎn)時(shí)要注意盡量不要選擇棱角上的點(diǎn), 一定要選擇面上的點(diǎn),這樣做出的模擬構件精度很高。
           3) 實(shí)體測量。
           實(shí)體測量時(shí)要注意測量精度的控制,以盡量少的轉站測量盡可能多的點(diǎn),以減少系統誤差。如果有螺栓孔,可以采用坐標測量,或用鋼尺測量出與端面的關(guān)系。做好測量記錄。
           4) 模擬構件制作。
           a.在A(yíng)UTOCAD中建立三維坐標系統。
           b.根據測量記錄輸入各點(diǎn)位坐標并標識。
           c.根據輸入的點(diǎn)做出相應的模擬平面。
           d.將模擬平面擴展連接成模擬構件,在模擬構件上做出定位軸線(xiàn)、定位平面及定位基準點(diǎn)。
           e. 制作模擬構件時(shí)一定要以定位基準點(diǎn)、各測量平面定位點(diǎn)為中心做圖,這樣做出的模擬構件才能更真實(shí)準確的反映實(shí)體構件的尺寸。
           f.將制作完成的模擬構件定義成塊,模擬構件制作完畢。在計算機內制作出的模擬構件見(jiàn)圖3。

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    圖3 模擬構件(鋼結構三維掃描測控方法)
     

    3  鋼構件仿真檢測技術(shù)
           模擬構件制作完成后,即可以在計算機內進(jìn)行構件幾何檢測,具體操作如下。
           1) 從設計三維模型中取出構件SC16-1的三維理論模型。
           2) 將理論模型與模擬構件放在同一三維系統中,確定共同的基準點(diǎn)、基準軸線(xiàn)、基準面,基準點(diǎn)應選擇軸線(xiàn)交點(diǎn),基準面應選擇主連接面。
           3) 以基準點(diǎn)為中心旋轉模擬構件,使基準點(diǎn)、基準軸線(xiàn)、基準面重合,即進(jìn)行復模(圖4)。

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    圖4 構件復模圖(鋼結構三維掃描測控方法)

    4) 復模后檢查測量各連接部位節點(diǎn)尺寸偏差,做好標記,提供修整數據供施工班組對構件修整。
          5) 工廠(chǎng)修整后再重新測量、建模、復?;蛐拚ぷ?,直至構件合格。
          4  鋼構件仿真預拼裝技術(shù)
          在構件測控合格后,可進(jìn)一步利用實(shí)際構件模型在計算機內完成完成構件預拼裝工作。
          1) 在計算機內利用AUTOCAD建立三維做標系統,做出結構的三維軸線(xiàn)。
          2) 將已做好的模擬構件放出到三維坐標系統中,以相應軸線(xiàn)交點(diǎn)為基準點(diǎn)擺放全部模擬構件,預拼裝效果如圖5。
          3) 檢查各連接點(diǎn)尺寸:如連接間隙、定位板位置、高強螺栓連接板孔距,并可由此確定高強螺栓連接板孔位,做出高強螺栓連接板詳圖,提供數控鉆床鉆孔。這樣即保證了節點(diǎn)連接尺寸,又保證了高強螺栓連接節點(diǎn)的過(guò)孔率。

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    圖5 構件預裝效果圖(鋼結構三維掃描測控方法)

    4) 標注各連接尺寸,節點(diǎn)連接編號,打印出圖提供給安裝單位以便安裝工作按預裝效果進(jìn)行。從而保證了鋼結構工程的整體質(zhì)量。
          5  結 語(yǔ)
          對于工廠(chǎng)的鋼構件加工,采用現代化測量手段(全站儀)及計算機三維模擬技術(shù)進(jìn)行構件檢測及預拼裝是可行的,相比傳統的實(shí)體檢測、預裝工藝,具有節約施工投入--減少大量施工場(chǎng)地、人力、機械投入,只需幾個(gè)人即可完成構件的檢測工作,大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,保證了施工質(zhì)量,大大降低了施工成本,實(shí)現低成本、高效率、高效益。另外本技術(shù)也可以應用在鋼結構的模擬安裝中,以提高安裝施工質(zhì)量。
          參考文獻
          [1] 劉慶明,鋼結構三維掃描測控方法[P] 200810180512.5. 中國.2010-06-23.(中國二十二冶集團有限公司金屬結構工程分公司,河北 唐山 064000)



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