本發(fā)明涉及一種整跨橋梁施工。更具體地說，本發(fā)明涉及一種整跨橋梁吊裝施工方法。
背景技術(shù)：
1、在橋梁工程建設(shè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)橋梁施工方法存在諸多局限性。以往常見的施工方式如現(xiàn)澆法，施工周期長，需在現(xiàn)場進(jìn)行大量的模板搭建、鋼筋綁扎與混凝土澆筑工作，受天氣等外界因素影響大，且現(xiàn)場濕作業(yè)多，易出現(xiàn)混凝土澆筑質(zhì)量不均等問題。分節(jié)段施工法雖在一定程度上優(yōu)化了施工流程，但節(jié)段拼接過程復(fù)雜，拼接處的質(zhì)量把控難度高，容易產(chǎn)生拼接縫隙、錯(cuò)臺(tái)等缺陷，影響橋梁整體的結(jié)構(gòu)性能與外觀。
2、隨著城市化進(jìn)程的加快以及交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的增長，對橋梁施工效率、質(zhì)量和環(huán)保性提出了更高要求。在此背景下，整跨橋梁吊裝施工方法應(yīng)運(yùn)而生。它通過在工廠或預(yù)制場預(yù)先制作整跨橋梁構(gòu)件，再利用起重設(shè)備將其整體吊運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝。這種方法極大地縮短了現(xiàn)場施工時(shí)間，減少了現(xiàn)場濕作業(yè)量，降低了天氣等自然因素對施工的干擾，同時(shí)能更好地保證橋梁構(gòu)件的制作質(zhì)量，提升了橋梁的整體性能與穩(wěn)定性。
3、在整跨橋梁吊裝施工領(lǐng)域，存在諸多亟待解決的問題，嚴(yán)重影響施工的安全性、精確性與效率。例如，吊車的站位選擇和作業(yè)參數(shù)設(shè)定往往具有盲目性，這可能導(dǎo)致地基因無法承受吊車及橋梁構(gòu)件的荷載而發(fā)生沉降、塌陷等問題；起吊作業(yè)時(shí)，橋梁構(gòu)件的定位與姿態(tài)監(jiān)測技術(shù)落后。以往多采用人工觀測結(jié)合簡單測量工具的方式，這不僅耗費(fèi)大量人力，且精度極低。施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，存在建筑物、樹木、其他施工設(shè)備以及施工人員等眾多障礙物，主要依靠施工人員的經(jīng)驗(yàn)和肉眼觀察來判斷是否存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。因此，迫切需要一種全新的施工方法來克服這些問題，以提升橋梁吊裝施工的質(zhì)量、安全與效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種整跨橋梁吊裝施工方法，其能夠?qū)崟r(shí)精確監(jiān)測橋梁構(gòu)件的位置與姿態(tài)，并根據(jù)偏差及時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控吊車動(dòng)作，且能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞預(yù)警與避讓，提高了施工精度和安全性。
2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種整跨橋梁吊裝施工方法，包括：
3、s1、將預(yù)制橋梁構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場；
4、s2、施工準(zhǔn)備階段，構(gòu)建施工現(xiàn)場的地基監(jiān)測力學(xué)模型，以能夠動(dòng)態(tài)模擬地基在吊車不同站位和作業(yè)參數(shù)下的應(yīng)力應(yīng)變分布，從而確定吊車的最佳站位與作業(yè)參數(shù)；
5、s3、起吊前，安裝激光定位系統(tǒng)，具體為：在所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角位置安裝激光發(fā)射裝置，在所述吊車的吊臂前端安裝激光接收裝置，在橋墩預(yù)定安裝位置周邊布置多個(gè)激光反射靶標(biāo)；
6、s4、使用所述吊車將所述橋梁構(gòu)件吊起，在起吊和平移過程中，所述激光定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測所述橋梁構(gòu)件與所述吊臂空間位置和姿態(tài)信息，通過三角測量方法計(jì)算所述橋梁構(gòu)件三維空間坐標(biāo)及偏航、俯仰和翻滾角度，并將計(jì)算的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，其中，在所述控制中心預(yù)設(shè)有起吊路徑和就位精度要求；
7、s5、所述控制中心根據(jù)預(yù)設(shè)的起吊路徑和就位精度要求，實(shí)時(shí)對比實(shí)際與目標(biāo)位置偏差，當(dāng)偏差超出閾值范圍時(shí)，通過can總線向所述吊車的動(dòng)力系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令，調(diào)整所述吊車的起升速度、回轉(zhuǎn)角度以及變幅動(dòng)作。
8、優(yōu)選的是，還包括碰撞預(yù)警與避讓步驟：a、在施工現(xiàn)場周邊設(shè)置有多個(gè)3d激光雷達(dá)，所述3d激光雷達(dá)實(shí)時(shí)將監(jiān)測點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳輸至所述控制中心；b、所述控制中心實(shí)時(shí)對施工現(xiàn)場周圍環(huán)境進(jìn)行三維建模，并通過點(diǎn)云聚類算法，識(shí)別出障礙物、其它施工設(shè)備以及人員的位置信息；c、基于時(shí)間碰撞預(yù)測算法計(jì)算橋梁構(gòu)件起吊路徑與障礙物的最小距離，當(dāng)預(yù)測3秒內(nèi)最小距離低于2米時(shí)，通過can總線向所述吊車的液壓控制系統(tǒng)發(fā)送路徑修正指令，同時(shí)觸發(fā)安裝于吊車駕駛艙頂部的聲光報(bào)警器，其中，所述路徑修正指令包含吊臂回轉(zhuǎn)角度調(diào)整量及變幅行程修正值，由吊車電液比例閥執(zhí)行調(diào)整。
9、優(yōu)選的是，所述s2中構(gòu)建地基監(jiān)測力學(xué)模型的具體步驟包括：
10、s201、通過地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)與現(xiàn)場土樣試驗(yàn)，確定地基土體的物理力學(xué)參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、粘聚力和內(nèi)摩擦角；
11、s202、基于吊車支腿的接觸面積與荷載分布，以及獲取的地基土體的物理力學(xué)參數(shù)，建立有限元分析模型，模擬所述吊車在不同站位、起吊重量及傾角下的地基應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)；
12、s203、引入實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)修正模型，包括：
13、在吊車支腿下方埋設(shè)土壓力傳感器，實(shí)時(shí)反饋地基接觸壓力；
14、采用傾角傳感器監(jiān)測所述吊車支腿沉降差異；
15、s204、通過迭代計(jì)算，動(dòng)態(tài)優(yōu)化所述吊車站位坐標(biāo)、支腿墊板尺寸及最大允許起吊載荷，確保地基局部應(yīng)力不超過土體承載力特征值的80%。
16、優(yōu)選的是，所述s3中，所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角位置安裝激光發(fā)射裝置，具體為：
17、在預(yù)制廠制作橋梁構(gòu)件時(shí)，在橋梁構(gòu)件的四個(gè)角位置預(yù)埋4個(gè)不銹鋼基座，在所述不銹鋼基座上預(yù)留有螺栓孔；
18、通過螺栓將激光發(fā)射裝置固定在不銹鋼基座上，其中，在四個(gè)頂角的不銹鋼基座內(nèi)預(yù)埋有mems加速度傳感器；
19、若橋梁構(gòu)件為直線段構(gòu)件，則每個(gè)激光發(fā)射裝置的光軸平行于所述橋梁構(gòu)件的理論邊緣，若橋梁構(gòu)件為弧形段構(gòu)件，則每個(gè)激光發(fā)射裝置的光軸平行于所述橋梁構(gòu)件的當(dāng)前安裝點(diǎn)的切線方向。
20、優(yōu)選的是，所述s4中，所述激光定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測和位姿解算的具體過程為：
21、在吊臂前端布置6個(gè)四象限光電探測器，呈y型陣列，實(shí)時(shí)捕獲所述橋梁構(gòu)件的四個(gè)頂角激光發(fā)射裝置的光斑位置坐標(biāo)；
22、所述激光定位系統(tǒng)通過spi接口同步讀取mems加速度傳感器的角速度數(shù)據(jù)；
23、以橋墩預(yù)定安裝位置為基準(zhǔn)，通過全站儀標(biāo)定至少三個(gè)激光反射靶標(biāo)的絕對坐標(biāo)，建立全局坐標(biāo)系；
24、基于橋梁構(gòu)件cad模型，預(yù)存四個(gè)激光發(fā)射裝置在橋梁構(gòu)件局部坐標(biāo)系中的安裝位置坐標(biāo)；
25、通過pnp算法，將激光接收裝置采集的二維光斑坐標(biāo)與激光發(fā)射裝置的安裝位置坐標(biāo)進(jìn)行匹配，求解橋梁構(gòu)件從局部坐標(biāo)系到全局坐標(biāo)系的剛體變換矩陣；
26、從剛體變換矩陣中提取出橋梁構(gòu)件的三維坐標(biāo)以及歐拉角；
27、采用擴(kuò)展卡爾曼濾波融合激光測量值與mems角速度數(shù)據(jù)，輸出最終位姿信息。
28、優(yōu)選的是，所述s5中，所述激光定位系統(tǒng)以100hz頻率將橋梁構(gòu)件的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)及姿態(tài)角傳輸至所述控制中心；
29、所述控制中心基于預(yù)設(shè)路徑的離散點(diǎn)序列，通過線性插值生成當(dāng)前時(shí)刻的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)姿態(tài)角，并計(jì)算實(shí)際值與目標(biāo)值的歐氏距離偏差δd及角度偏差δθ；
30、當(dāng)δd＞50mm或δθ＞1°時(shí)，判定為超出閾值范圍；
31、通過can總線發(fā)送如下調(diào)整指令：對于動(dòng)力系統(tǒng)，調(diào)節(jié)起升電機(jī)轉(zhuǎn)速，使垂直速度偏差δv≤±10mm/s；液壓控制系統(tǒng)：調(diào)整電液比例閥開度，控制吊臂回轉(zhuǎn)角速度≤0.5°/s、變幅油缸伸縮速率≤200mm/s；
32、每50ms更新一次偏差值，直至橋梁構(gòu)件就位精度滿足δd≤10mm且δθ≤0.2°。
33、優(yōu)選的是，所述s1中，在裝車前，采用三維激光掃描儀對構(gòu)件進(jìn)行形貌復(fù)核，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)并與cad模型比對，偏差超過±5mm時(shí)禁止出廠；采用龍門吊或履帶吊將構(gòu)件平穩(wěn)吊裝至運(yùn)輸車輛。
34、優(yōu)選的是，所述激光反射靶標(biāo)采用高反射率棱鏡陣列，反射率>90%，且布置于橋墩的至少三個(gè)非共線位置，構(gòu)成測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系；所述激光發(fā)射裝置采用可調(diào)功率激光二極管。
35、優(yōu)選的是，所述三維建模和識(shí)別障礙物具體為：在施工現(xiàn)場周邊布置至少4個(gè)3d激光雷達(dá)，安裝高度為3m-5m，覆蓋吊車作業(yè)半徑及盲區(qū)；所述控制中心采用slam算法，融合激光雷達(dá)點(diǎn)云與吊車位姿數(shù)據(jù)，構(gòu)建施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)三維數(shù)字孿生模型；基于密度的聚類算法對點(diǎn)云進(jìn)行分割，識(shí)別動(dòng)態(tài)障礙物與靜態(tài)障礙物，并標(biāo)注其三維邊界框。
36、優(yōu)選的是，所述mems加速度傳感器為陀螺儀或imu。
37、本發(fā)明至少包括以下有益效果：
38、第一、通過構(gòu)建地基監(jiān)測力學(xué)模型，能夠根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)、現(xiàn)場土樣試驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)模擬地基應(yīng)力應(yīng)變分布，確定吊車最佳站位與作業(yè)參數(shù)，確保地基局部應(yīng)力不超過土體承載力特征值的80%，有效預(yù)防地基沉降、塌陷等安全事故。同時(shí)，碰撞預(yù)警與避讓系統(tǒng)利用3d激光雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測，結(jié)合三維建模、點(diǎn)云聚類算法和時(shí)間碰撞預(yù)測算法，在預(yù)測到橋梁構(gòu)件與障礙物3秒內(nèi)最小距離低于2米時(shí)，及時(shí)發(fā)送路徑修正指令并觸發(fā)聲光報(bào)警，極大降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保障施工人員與設(shè)備安全。
39、第二、激光定位系統(tǒng)配合位姿解算過程，在橋梁構(gòu)件四個(gè)頂角安裝激光發(fā)射裝置，吊臂前端安裝激光接收裝置，結(jié)合激光反射靶標(biāo)，利用三角測量方法精確計(jì)算橋梁構(gòu)件三維空間坐標(biāo)及偏航、俯仰和翻滾角度。控制中心基于預(yù)設(shè)起吊路徑和就位精度要求，實(shí)時(shí)對比實(shí)際與目標(biāo)位置偏差，當(dāng)偏差超出閾值時(shí)，迅速通過can總線調(diào)整吊車動(dòng)作，使橋梁構(gòu)件就位精度最終滿足要求，滿足現(xiàn)代高精度橋梁建設(shè)需求。
40、本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。