激光跟蹤儀在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

鄭 闊，李長(zhǎng)青，崔有禎，鄭佳榮

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100042)

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激光跟蹤儀在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

鄭 闊，李長(zhǎng)青，崔有禎，鄭佳榮

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100042)

介紹了高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)與安全性試驗(yàn)研究的基本內(nèi)容，分析了在試驗(yàn)過(guò)程中傳統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)所受到的局限，提出了應(yīng)用絕對(duì)激光跟蹤儀解決實(shí)際問(wèn)題的方法，通過(guò)試驗(yàn)分析，為高支模支護(hù)體系實(shí)時(shí)、可視、高效的變形監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警提供了新思路。

激光跟蹤儀; 高支模支護(hù)體系; 變形監(jiān)測(cè)

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的快速發(fā)展，大跨度、重荷載、高凈空的混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)，為此，對(duì)模板和支撐結(jié)構(gòu)施工安全性提出了更高的要求。近幾年來(lái)全國(guó)各地相繼發(fā)生了多起模板支撐架坍塌事故，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，模板及其安裝支撐體系問(wèn)題成為建筑工程重大坍塌事故的多發(fā)領(lǐng)域，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的不良社會(huì)影響。本文設(shè)計(jì)了高支模模架，進(jìn)行了受力及變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，對(duì)立桿受力及變形過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，該試驗(yàn)對(duì)高支模安全研究具有重要意義。

一、高支模支護(hù)體系試驗(yàn)方案

1. 高支模支護(hù)體系及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)高支模支架六縱五橫三層搭設(shè)，其中選擇居中立桿進(jìn)行加壓試驗(yàn)，在實(shí)施不同壓力加壓的情況下，模擬不同荷載所對(duì)應(yīng)高度的模架。高支模支架荷載試驗(yàn)旨在研究：

1) 立桿不同連接方式承載力及變形監(jiān)測(cè)。搭接、扣件連接抗滑強(qiáng)度試驗(yàn)；混凝土規(guī)范5066規(guī)定可以搭接，支撐架規(guī)范沒(méi)有規(guī)定，試驗(yàn)研究搭接的形式和長(zhǎng)度。

2) U托破壞性及變形監(jiān)測(cè)?？烧{(diào)托撐螺桿與承載力、破壞形式之間的關(guān)系；懸臂長(zhǎng)度與承載力、破壞形式之間的關(guān)系。

受力及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在根據(jù)模架桿件可能的位移最大點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)。高支模試驗(yàn)?zāi)＜茉O(shè)計(jì)如圖1所示。

變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位設(shè)計(jì)：加壓立桿頂端及模架每層中部共4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加壓立桿相鄰2排立桿X和Y方向，每層模架中部監(jiān)測(cè)點(diǎn)共11個(gè)，加壓立桿連接橫桿X和Y方向,每排中部共15個(gè)，分布及設(shè)計(jì)如圖2所示。

2. 變形監(jiān)測(cè)方案

在本項(xiàng)目試驗(yàn)過(guò)程中，由于高支模模架立桿設(shè)計(jì)受力周期為5 min左右，若使用傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段，以TM30多測(cè)回測(cè)角2個(gè)測(cè)回為例，對(duì)30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一輪監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集需要14 min，因此無(wú)法滿足試驗(yàn)實(shí)時(shí)、快速、圖形可視化、高精度的要求。

采用徠卡AT402新一代絕對(duì)激光跟蹤儀，它具有快速、自動(dòng)、高精度等特點(diǎn)，將測(cè)量人員從繁重的瞄準(zhǔn)過(guò)程中解放出來(lái)，同時(shí)其測(cè)量速度比常規(guī)機(jī)器人也有了更大的提升，極大地提高了工作效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用徠卡AT402自動(dòng)測(cè)量模式進(jìn)行30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，平均觀測(cè)時(shí)間為4 min，能滿足整體試驗(yàn)需求。AT402主要性能參數(shù)見表1。

圖2 變形監(jiān)測(cè)及受力關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

參數(shù)數(shù)值機(jī)械化操作最大加速度360°/s2最大轉(zhuǎn)速180°/s測(cè)量范圍水平360°(無(wú)極旋轉(zhuǎn))垂直145°(無(wú)極旋轉(zhuǎn))距離(典型)>160m(選裝1．5″RRR反射器)測(cè)角系統(tǒng)分辨率0．07arcsec測(cè)角可重復(fù)性(范圍1．5～80m)±7．5μm+3μm/m測(cè)角精度(范圍1．5～80m)±15μm+6μm/m

AT402配套的SA軟件具有數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、分析報(bào)表等功能，可以實(shí)時(shí)顯示圖形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、位移變形量、位移變形軌跡及三維建模，可以非常方便地進(jìn)行測(cè)量、點(diǎn)位放樣、變形監(jiān)測(cè)及逆向工程。這些優(yōu)點(diǎn)使得激光跟蹤儀成為本次試驗(yàn)所用儀器的選擇對(duì)象。但是，高支模模架荷載試驗(yàn)具有破壞性和危險(xiǎn)性，AT402配套的棱鏡由于價(jià)格昂貴，不適宜進(jìn)行類似試驗(yàn)，因此選擇普通棱鏡代替。由于本次試驗(yàn)重點(diǎn)研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)位移變量及與監(jiān)測(cè)點(diǎn)支架受力對(duì)比情況，因此在損失一定精度的情況下，完成工作效率的提高和核心問(wèn)題的解決。同時(shí)本次試驗(yàn)也積累了在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量工作中普通圓棱鏡替代AT402棱鏡的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、研究?jī)?nèi)容

1) 采用自由設(shè)站法架設(shè)儀器，對(duì)模架監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了14次約150個(gè)周期觀測(cè)，同時(shí)采集兩個(gè)固定點(diǎn)每站10個(gè)周期的空間三維坐標(biāo)及變化數(shù)據(jù)，以期研究絕對(duì)跟蹤儀在變形監(jiān)測(cè)工作中使用徠卡普通圓棱鏡的可行性。

2) 采用無(wú)線通信方式連接控制器和跟蹤儀。AT402控制器內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)通信模塊，可以作為服務(wù)器并進(jìn)行無(wú)線連接與訪問(wèn)。

3) 使用自動(dòng)測(cè)量功能進(jìn)行每期受力立桿加壓后的變形數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)獲得高精度的三維坐標(biāo)和變形數(shù)據(jù)。

4) 變形數(shù)據(jù)與受力情況分析。使用SA軟件實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間三維坐標(biāo)及變化量功能，與模架關(guān)鍵點(diǎn)受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)定性與定量對(duì)比分析，保證試驗(yàn)的科學(xué)性與合理進(jìn)行。SA軟件工作界面如圖3所示。

三、高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)分析

1. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本文列出了對(duì)立桿上P0至P34個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)一期壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，立桿受力從10 kN開始，每次增加

10 kN，至立桿屈服變形結(jié)束，見表2。

圖3 SA軟件工作界面

2. 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)及受力變形曲線可以看出，高支模支護(hù)體系立桿受力變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間位移與受力情況一致。AT402高精度的數(shù)據(jù)采集性能，對(duì)高支模支護(hù)體系受力初期及離受力點(diǎn)較遠(yuǎn)部位微小變形均給出了明顯的變形特征描述。其中，P0、P1為立桿上部靠近加壓U托部位的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在立桿受力逐漸增加的過(guò)程中，空間位移變形明顯，并在受力55 kN時(shí)，立桿變形迅速變大，符合高支模支架受力物理特征，在受力61 kN時(shí)，立桿屈服不再承受壓力，變形無(wú)法恢復(fù)。在立桿底部，由于遠(yuǎn)離加壓U托，變形較小，曲線如圖4所示。

圖4 立桿受力監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形曲線

通過(guò)X、Y方向的變形數(shù)據(jù)分析可以得出,立桿在持續(xù)受力的情況下空間彎曲狀態(tài)具有不確定性，與立桿的垂直度、U型托加壓觸點(diǎn)與立桿幾何受力中心的吻合度，以及模架橫桿扣件的位置等均有密切關(guān)系，需要進(jìn)一步定量研究。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)及安全性試驗(yàn)研究中，就傳統(tǒng)觀測(cè)方法無(wú)法滿足與試驗(yàn)壓力傳感器采集周期同步的要求的這一問(wèn)題，提出了使用觀測(cè)速度更快的激光跟蹤儀自動(dòng)測(cè)量的方法，無(wú)論是觀測(cè)精度上還是觀測(cè)速度上均很好地滿足了整體試驗(yàn)需求。激光跟蹤儀以其高精度、快速、可視、實(shí)時(shí)等特性，可以在諸如高支模支架變形監(jiān)測(cè)等更多特殊工程測(cè)量項(xiàng)目中加以使用。在觀測(cè)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了激光跟蹤儀實(shí)際使用中的一些問(wèn)題，如專業(yè)配套棱鏡由于成本較高，在破壞性高精度項(xiàng)目中有其局限性，本文試驗(yàn)也對(duì)激光跟蹤儀使用普通光學(xué)棱鏡測(cè)量進(jìn)行了嘗試，總結(jié)了一定的經(jīng)驗(yàn)。另外，激光跟蹤儀測(cè)量數(shù)據(jù)精度受到環(huán)境溫度及儀器本身長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)溫度變化較大的影響，因此，在后續(xù)試驗(yàn)與實(shí)際工程使用中均需要進(jìn)一步研究誤差處理算法，改進(jìn)觀測(cè)方式。

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Applications of Deformation Monitoring for High Form-work Supporting System Based on Laser Tracker

ZHENG Kuo，LI Changqing，CUI Youzhen，ZHENG Jiarong

2016-03-30；

2016-08-30

北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2016年度大學(xué)生訓(xùn)練科研項(xiàng)目(2016XSKY16);北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院重點(diǎn)科研課題(bgzykyz201411)

鄭 闊(1975—)，男，碩士，講師，主要研究方向?yàn)榫芄こ虦y(cè)量與測(cè)繪軟件開發(fā)。E-mail：zheng_kuo@163.com

鄭闊，李長(zhǎng)青，崔有禎，等.激光跟蹤儀在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(11)：99-102.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0375.

P258

B

0494-0911(2016)11-0099-04