激光跟蹤儀在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測中的應(yīng)用

鄭 闊，李長青，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)測中的應(yīng)用

鄭 闊，李長青，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)測與安全性試驗研究的基本內(nèi)容，分析了在試驗過程中傳統(tǒng)變形監(jiān)測技術(shù)所受到的局限，提出了應(yīng)用絕對激光跟蹤儀解決實(shí)際問題的方法，通過試驗分析，為高支模支護(hù)體系實(shí)時、可視、高效的變形監(jiān)測與智能預(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

隨著我國城市化建設(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。近幾年來全國各地相繼發(fā)生了多起模板支撐架坍塌事故，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，模板及其安裝支撐體系問題成為建筑工程重大坍塌事故的多發(fā)領(lǐng)域，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的不良社會影響。本文設(shè)計了高支模模架，進(jìn)行了受力及變形監(jiān)測試驗，對立桿受力及變形過程進(jìn)行了監(jiān)測分析，該試驗對高支模安全研究具有重要意義。

一、高支模支護(hù)體系試驗方案

1. 高支模支護(hù)體系及變形監(jiān)測點(diǎn)設(shè)計

本試驗設(shè)計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，在實(shí)施不同壓力加壓的情況下，模擬不同荷載所對應(yīng)高度的模架。高支模支架荷載試驗旨在研究：

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

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

受力及變形監(jiān)測點(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?zāi)＜茉O(shè)計如圖1所示。

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

2. 變形監(jiān)測方案

在本項目試驗過程中，由于高支模模架立桿設(shè)計受力周期為5 min左右，若使用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，以TM30多測回測角2個測回為例，對30個監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行一輪監(jiān)測數(shù)據(jù)采集需要14 min，因此無法滿足試驗實(shí)時、快速、圖形可視化、高精度的要求。

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

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

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測量范圍水平360°(無極旋轉(zhuǎn))垂直145°(無極旋轉(zhuǎn))距離(典型)>160m(選裝1．5″RRR反射器)測角系統(tǒng)分辨率0．07arcsec測角可重復(fù)性(范圍1．5～80m)±7．5μm+3μm/m測角精度(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、分析報表等功能，可以實(shí)時顯示圖形監(jiān)測點(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)行測量、點(diǎn)位放樣、變形監(jiān)測及逆向工程。這些優(yōu)點(diǎn)使得激光跟蹤儀成為本次試驗所用儀器的選擇對象。但是，高支模模架荷載試驗具有破壞性和危險性，AT402配套的棱鏡由于價格昂貴，不適宜進(jìn)行類似試驗，因此選擇普通棱鏡代替。由于本次試驗重點(diǎn)研究監(jiān)測點(diǎn)相對位移變量及與監(jiān)測點(diǎn)支架受力對比情況，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題的解決。同時本次試驗也積累了在變形監(jiān)測測量工作中普通圓棱鏡替代AT402棱鏡的試驗數(shù)據(jù)。

二、研究內(nèi)容

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

2) 采用無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)行無線連接與訪問。

3) 使用自動測量功能進(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)時顯示監(jiān)測點(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)時定性與定量對比分析，保證試驗的科學(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)測分析

1. 試驗數(shù)據(jù)

本文列出了對立桿上P0至P34個監(jiān)測點(diǎn)一期壓力試驗數(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

通過觀測數(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)測點(diǎn)，在立桿受力逐漸增加的過程中，空間位移變形明顯，并在受力55 kN時，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，立桿屈服不再承受壓力，變形無法恢復(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)測點(diǎn)變形曲線

通過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

本文在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測及安全性試驗研究中，就傳統(tǒng)觀測方法無法滿足與試驗壓力傳感器采集周期同步的要求的這一問題，提出了使用觀測速度更快的激光跟蹤儀自動測量的方法，無論是觀測精度上還是觀測速度上均很好地滿足了整體試驗需求。激光跟蹤儀以其高精度、快速、可視、實(shí)時等特性，可以在諸如高支模支架變形監(jiān)測等更多特殊工程測量項目中加以使用。在觀測過程中也發(fā)現(xiàn)了激光跟蹤儀實(shí)際使用中的一些問題，如專業(yè)配套棱鏡由于成本較高，在破壞性高精度項目中有其局限性，本文試驗也對激光跟蹤儀使用普通光學(xué)棱鏡測量進(jìn)行了嘗試，總結(jié)了一定的經(jīng)驗。另外，激光跟蹤儀測量數(shù)據(jù)精度受到環(huán)境溫度及儀器本身長時間觀測溫度變化較大的影響，因此，在后續(xù)試驗與實(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，主要研究方向為精密工程測量與測繪軟件開發(fā)。E-mail：zheng_kuo@163.com

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

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0375.

P258

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0494-0911(2016)11-0099-04