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鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法的應(yīng)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(duì)多向多角度鋼構(gòu)件加工、預(yù)拼裝及安裝檢測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)即可完成構(gòu)件的模擬掃描、建模、復(fù)模、修整及預(yù)拼裝、預(yù)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(duì)多向多角度鋼構(gòu)件加工、預(yù)拼裝及安裝檢測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)即可完成構(gòu)件的模擬掃描、建模、復(fù)模、修整及預(yù)拼裝、預(yù)安裝等一系列工程施工及質(zhì)量控制過(guò)程。與傳統(tǒng)實(shí)體檢測(cè)、預(yù)拼裝方法相比,減少了大量的施工場(chǎng)地、人力、機(jī)械投入,只需幾個(gè)人即可完成施工的測(cè)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(xiàn)了低成本、高效率、 高效益,值得在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。
          關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);仿真測(cè)量;三維掃描;結(jié)構(gòu)檢測(cè)
          0 前 言
          我國(guó)近年鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(dá)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(guó)家體育場(chǎng)長(zhǎng)軸跨度332.3m,短軸296.4m。隨著大跨度、超高層建筑的發(fā)展及人們審美觀念的日益提升,鋼結(jié)構(gòu)這一優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體系廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái),隨之而來(lái)的就是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系里有大量的多向多角度的復(fù)雜鋼構(gòu)件,如何控制這些復(fù)雜鋼構(gòu)件的加工及安裝精度不是一般鋼構(gòu)企業(yè)能夠做到的,這也是業(yè)界的一個(gè)難題。下面就結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及自身的一些經(jīng)歷來(lái)講述構(gòu)件加工及安裝過(guò)程中如何利用三維仿真測(cè)量技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件及工程的質(zhì)量檢測(cè)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(fù)雜節(jié)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(jī)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(jié)點(diǎn)板。
          本構(gòu)件相當(dāng)復(fù)雜,空間角度多,構(gòu)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(jí),構(gòu)件制作焊接量大,焊接變形不易控制,構(gòu)件加工后各連接節(jié)點(diǎn)尺寸檢測(cè)困難,不易保證,構(gòu)件制作難度很大。對(duì)于這類的復(fù)雜構(gòu)件一般工藝均采取預(yù)拼裝方法,來(lái)控制加工尺寸,保證節(jié)點(diǎn)連接,但是這樣巨型的三維構(gòu)件由于空間所限只能采用多次平面預(yù)裝方法,預(yù)裝精度也只能保證各平面連接,不能完全保證空間連接,構(gòu)件加工質(zhì)量從根本上不易保證。因此決定采用仿真測(cè)量技術(shù)檢測(cè)構(gòu)件質(zhì)量,并對(duì)此構(gòu)件節(jié)點(diǎn)群進(jìn)行整體預(yù)裝。

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    圖1 SC16-1立體圖 (鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法)

     2 構(gòu)件仿真測(cè)量技術(shù)
          本技術(shù)根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有條件采用全站儀進(jìn)行鋼構(gòu)件的三維測(cè)量,根據(jù)鋼構(gòu)件的幾何特征,確定并測(cè)量數(shù)個(gè)重要的幾何特征點(diǎn),然后將測(cè)量得到的點(diǎn)輸入到計(jì)算機(jī),利用計(jì)算機(jī)描繪出構(gòu)件的三維模擬圖形,即模擬構(gòu)件。
          1)將構(gòu)件平放在穩(wěn)定的平臺(tái)上,在構(gòu)件上做出兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),以便測(cè)量倒點(diǎn)。
          2)在構(gòu)件上做出測(cè)量點(diǎn),實(shí)際測(cè)量及點(diǎn)位如圖2所示。

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    2 SC16-1測(cè)量(鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法)

    a.確定出模擬構(gòu)件的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)點(diǎn)。在構(gòu)件上選擇一個(gè)重要的端面做為基準(zhǔn)面,在基準(zhǔn)面上確定數(shù)個(gè)點(diǎn),選擇一個(gè)做為基準(zhǔn)點(diǎn)。
           b.在構(gòu)件各端面、梁連接牛腿端面、柱體做出測(cè)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?yàn)槔饨巧系狞c(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(gòu)件精度很高。
           3) 實(shí)體測(cè)量。
           實(shí)體測(cè)量時(shí)要注意測(cè)量精度的控制,以盡量少的轉(zhuǎn)站測(cè)量盡可能多的點(diǎn),以減少系統(tǒng)誤差。如果有螺栓孔,可以采用坐標(biāo)測(cè)量,或用鋼尺測(cè)量出與端面的關(guān)系。做好測(cè)量記錄。
           4) 模擬構(gòu)件制作。
           a.在AUTOCAD中建立三維坐標(biāo)系統(tǒng)。
           b.根據(jù)測(cè)量記錄輸入各點(diǎn)位坐標(biāo)并標(biāo)識(shí)。
           c.根據(jù)輸入的點(diǎn)做出相應(yīng)的模擬平面。
           d.將模擬平面擴(kuò)展連接成模擬構(gòu)件,在模擬構(gòu)件上做出定位軸線、定位平面及定位基準(zhǔn)點(diǎn)。
           e. 制作模擬構(gòu)件時(shí)一定要以定位基準(zhǔn)點(diǎn)、各測(cè)量平面定位點(diǎn)為中心做圖,這樣做出的模擬構(gòu)件才能更真實(shí)準(zhǔn)確的反映實(shí)體構(gòu)件的尺寸。
           f.將制作完成的模擬構(gòu)件定義成塊,模擬構(gòu)件制作完畢。在計(jì)算機(jī)內(nèi)制作出的模擬構(gòu)件見(jiàn)圖3。

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    圖3 模擬構(gòu)件(鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法)
     

    3  鋼構(gòu)件仿真檢測(cè)技術(shù)
           模擬構(gòu)件制作完成后,即可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行構(gòu)件幾何檢測(cè),具體操作如下。
           1) 從設(shè)計(jì)三維模型中取出構(gòu)件SC16-1的三維理論模型。
           2) 將理論模型與模擬構(gòu)件放在同一三維系統(tǒng)中,確定共同的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸線、基準(zhǔn)面,基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選擇軸線交點(diǎn),基準(zhǔn)面應(yīng)選擇主連接面。
           3) 以基準(zhǔn)點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)模擬構(gòu)件,使基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸線、基準(zhǔn)面重合,即進(jìn)行復(fù)模(圖4)。

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    圖4 構(gòu)件復(fù)模圖(鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法)

    4) 復(fù)模后檢查測(cè)量各連接部位節(jié)點(diǎn)尺寸偏差,做好標(biāo)記,提供修整數(shù)據(jù)供施工班組對(duì)構(gòu)件修整。
          5) 工廠修整后再重新測(cè)量、建模、復(fù)?;蛐拚ぷ?,直至構(gòu)件合格。
          4  鋼構(gòu)件仿真預(yù)拼裝技術(shù)
          在構(gòu)件測(cè)控合格后,可進(jìn)一步利用實(shí)際構(gòu)件模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成完成構(gòu)件預(yù)拼裝工作。
          1) 在計(jì)算機(jī)內(nèi)利用AUTOCAD建立三維做標(biāo)系統(tǒng),做出結(jié)構(gòu)的三維軸線。
          2) 將已做好的模擬構(gòu)件放出到三維坐標(biāo)系統(tǒng)中,以相應(yīng)軸線交點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)擺放全部模擬構(gòu)件,預(yù)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(qiáng)螺栓連接板孔距,并可由此確定高強(qiáng)螺栓連接板孔位,做出高強(qiáng)螺栓連接板詳圖,提供數(shù)控鉆床鉆孔。這樣即保證了節(jié)點(diǎn)連接尺寸,又保證了高強(qiáng)螺栓連接節(jié)點(diǎn)的過(guò)孔率。

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    圖5 構(gòu)件預(yù)裝效果圖(鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法)

    4) 標(biāo)注各連接尺寸,節(jié)點(diǎn)連接編號(hào),打印出圖提供給安裝單位以便安裝工作按預(yù)裝效果進(jìn)行。從而保證了鋼結(jié)構(gòu)工程的整體質(zhì)量。
          5  結(jié) 語(yǔ)
          對(duì)于工廠的鋼構(gòu)件加工,采用現(xiàn)代化測(cè)量手段(全站儀)及計(jì)算機(jī)三維模擬技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件檢測(cè)及預(yù)拼裝是可行的,相比傳統(tǒng)的實(shí)體檢測(cè)、預(yù)裝工藝,具有節(jié)約施工投入--減少大量施工場(chǎng)地、人力、機(jī)械投入,只需幾個(gè)人即可完成構(gòu)件的檢測(cè)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(xiàn)低成本、高效率、高效益。另外本技術(shù)也可以應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)的模擬安裝中,以提高安裝施工質(zhì)量。
          參考文獻(xiàn)
          [1] 劉慶明,鋼結(jié)構(gòu)三維掃描測(cè)控方法[P] 200810180512.5. 中國(guó).2010-06-23.(中國(guó)二十二冶集團(tuán)有限公司金屬結(jié)構(gòu)工程分公司,河北 唐山 064000)



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