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

背景技術：

1、節(jié)段預制拼裝橋梁一般是指將橋梁結構劃分為若干階段，在梁場分段預制完成后，運輸至橋位，施加預應力進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：設計成橋線形、制造線形和拼裝線形。其中，設計成橋線形是理想的設計線形狀態(tài)；制造線形是指節(jié)段在梁場預制生產得到的無應力狀態(tài)下的線形；拼裝線形是指節(jié)段預制完成運至橋址后，將各節(jié)段依次連接拼裝、架設完成后形成的線形。通過控制制造線形和拼裝線形，使實際線形向設計成橋線形靠攏。值得注意的是，對于節(jié)段預制拼裝橋梁，當所有節(jié)段預制完成后，橋梁線形也隨之基本確定，因此節(jié)段預制拼裝橋梁的幾何線形控制主要取決于節(jié)段預制得到的制造線形。

2、主梁節(jié)段預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，對預制場地和運輸空間要求較大，且底模安裝完成后一般不再調整，預制線形固定，因此只適用于直線橋梁，在大型項目中已逐步被淘汰。短線法將一跨結構劃分為若干較短節(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)段預制完畢。該方法在預制過程中對匹配節(jié)段位置坐標的控制直接影響橋梁的幾何線形。短線法節(jié)段預制梁幾何線形的控制，主要通過調整匹配節(jié)段的位置和姿態(tài)來實現(xiàn)。

3、目前，在批量化生產的節(jié)段梁預制幾何線控中，國內外均流行采用基于全站儀測量的六點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fh、bh來控制節(jié)段梁的平面位置，通過左、右兩側腹板頂板上各2?個測點（左：fl、bl，右：fr、br）來控制節(jié)段梁高程位置和姿態(tài)。有少部分項目工程采用電子水準儀、水準標尺等測量標高，也有個別在大尺寸節(jié)段上設置10個控制點?，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，耗費大量人力和財力，導致施工成本較高。相關線形控制計算通常采用先預估線形、再在后續(xù)梁段生產中對所預測線形的各項誤差進行糾偏修正的方法，該方法會導致累計誤差較大，且計算效率較低。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種短線法預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)段梁預制過程中測量誤差大、效率低等技術問題。

2、為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種短線法預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系；

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

6、步驟3：建立首節(jié)段梁的過渡坐標系，利用首節(jié)段梁的過渡坐標系與局部坐標系之間的位置關系，以及利用首節(jié)段梁的梁長及其控制測點在局部坐標系下的現(xiàn)澆位置，計算首節(jié)段梁控制測點在整體坐標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)段梁依次進行澆筑和測量控制測點的現(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到達理論匹配位置，作為當前節(jié)段梁澆筑的匹配端模；

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

10、進一步的，所述局部坐標系，以固定端模與梁體的交面和梁頂面中心線的交點為坐標系原點，沿梁頂面中心線指向匹配端模方向為軸正方向，向上為正方向，根據(jù)右手法則確定軸正方向。

11、進一步的，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、進一步的，步驟3中，計算首節(jié)段梁控制測點在整體坐標系下的理論安裝位置，具體包括：

13、s301：建立首節(jié)段梁的過渡坐標系，以匹配端模與梁體的交面和梁頂面中心線的交點為原點，沿頂面中心線指向固定端模方向為軸正方向，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)段梁各控制測點在局部坐標系下的現(xiàn)澆位置坐標，轉換為其在過渡坐標系中的過渡坐標：

15、

16、式中，，

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

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

19、

20、

21、

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

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

24、

25、s30303：根據(jù)坐標轉換的計算基點，將各控制測點在過渡坐標系中的過渡坐標轉換為其整體坐標系下的理論安裝位置：

26、

27、式中，首節(jié)段梁的基點，取過渡坐標系的原點。

28、進一步的，步驟3中在計算得到首節(jié)段梁控制測點在整體坐標系下的理論安裝位置后，進一步計算首節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標系下的理論匹配位置，具體包括：

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

30、

31、式中，為首節(jié)段梁長，為首節(jié)段梁轉換矩陣的第一行；

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

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

34、

35、

36、

37、s30502：建立整體坐標系和局部坐標系之間的轉換矩陣：

38、

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

40、

41、式中，為設計線形中節(jié)點3在整體坐標系中的坐標。

42、進一步的，步驟4中計算當前節(jié)段梁控制測點在整體坐標系下的理論安裝位置，具體為：

43、step401：建立節(jié)段梁的過渡坐標系：以節(jié)段梁上的控制測點為原點，以向量方向為軸正方向，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)段梁在局部坐標系下的現(xiàn)澆位置坐標轉換為其在過渡坐標系中的過渡坐標。

45、首先計算過渡坐標系各坐標軸在局部坐標系中的方向向量、、，建立局部坐標系和過渡坐標系之間的轉換矩陣：

46、

47、

48、

49、

50、式中，、、表示節(jié)段梁上測點在局部坐標系下的實際匹配位置；

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

52、

53、式中，、、為節(jié)段梁上測點在局部坐標系中的實際匹配位置；

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

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

56、

57、

58、

59、step40302：建立過渡坐標系和整體坐標系之間的轉換矩陣：

60、

61、step40303：根據(jù)坐標轉換的計算基點，將過渡坐標系中的過渡坐標轉換為整體坐標系下的理論安裝坐標：

62、

63、式中為節(jié)段梁上測點的理論安裝坐標。

64、進一步的，步驟4在計算得到當前節(jié)段梁控制測點在整體坐標系下的理論安裝位置后，進一步計算當前節(jié)段梁作為匹配端模時在局部坐標系下的理論匹配位置，具體包括：

65、step404：對節(jié)點在整體坐標系下的坐標進行修正：

66、

67、

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

69、step405：計算節(jié)段各控制測點在整體坐標系下的理論安裝位置轉換為局部坐標系下的理論匹配位置：

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

71、

72、

73、

74、step40502：建立整體坐標系與局部坐標系之間的轉換矩陣：

75、

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

77、

78、式中，為設計線形中節(jié)點在整體坐標中的坐標。

79、進一步的，節(jié)段梁上控制測點在局部坐標系中的實際匹配位置，步驟4在將節(jié)段梁移動至其控制測點到達理論匹配位置的過程中，通過反復移動和測量節(jié)段梁上控制測點的實際匹配位置，直至控制測點的實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。

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

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

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)段梁移動至目標位置；

83、所述短線法預制拼裝梁線形控制裝置，與測量機器人、智能底模臺車結合，實現(xiàn)上述任一項技術方案所述的短線法預制拼裝梁線形控制方法。

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