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在以往的桥梁建设管理中,由于建设期信息化程度低、施工监控时目标不清晰、监测手段落后等因素造成桥梁的真实状态无法被准确的监测。针对上述问题,本文根据三维扫描技术的高精度、高效率以及全面性的独特优势,将其应用在拱桥的施工控制中,主要进行了如下内容的研究:
(1)阐述了目前桥梁建设中存在的主要问题以及迫切需要解决的问题,对三维扫描技术和钢筋混凝土拱桥施工控制的研究现状进行了分析和总结。
(2)通过试验分析了不同距离和不同分辨率下的扫描仪获取的变形精度,试验结果表明在100m距离内,10m/0.8mm、10m/1.6mm、10m/3.1mm、10m/6.3mm四种分辨率下的扫描变形精度均能达到1mm以内。
(3)根据实桥采集到的点云数据进行前处理研究,分析了不同点云的降噪方法,并进行配准研究,通过自制三棱锥进行特征点的粗配准,在此基础上采用改进的ICP算法实现精配准,发现配准后的点云偏差均在1mm以内。在配准点云的基础上,提出了不同结构构件的特征快速提取方法,并对提取偏差进行了分析。
(4)提出一种劲性骨架预制节段的制造线形和长度的检测方法,根据检测偏差对其进行修正,以保证劲性骨架节段的加工质量;同时基于劲性骨架节段点云进行虚拟预拼装,提出一种无应力状态法拼装线形的预测方法,分析其拼装偏差,以便在施工前提前做出控制和偏差修正。在节段吊装中,根据三维扫描技术获取施工阶段的施工线形,与理论线形进行对比,根据线形偏差调整索力,使施工线形满足理论线形的要求;在合龙前,基于三维扫描对合龙偏差进行预测,通过点云数据分析最大悬臂段和合龙段的偏差,根据其偏差进行索力调整,实现拱桥的顺利合龙。
(5)通过试验验证了三维扫描对于混凝土拱圈在不同荷载作用下的变形提取精度,并以实桥点云为对象,分析拱圈混凝土浇筑阶段的连续变形,依靠实测与理论变形之间的偏差修正混凝土浇筑施工阶段的理论计算,得到能够准确反映桥梁实际特性的理论模型,以便能够准确掌握混凝土浇筑阶段的结构状态。
研究结果表明:采用三维激光扫描技术能够对拱桥施工过程进行高精度连续线形的监测与控制,监测与控制的精度能够达到毫米级,可实现钢筋混凝土拱桥施工前的线形预测、施工时连续线形的监测与控制。在混凝土浇筑阶段可根据实测的连续变形曲线对有限元精细模型进行修正,使其更加符合拱桥施工过程中的实际状态。
(1)阐述了目前桥梁建设中存在的主要问题以及迫切需要解决的问题,对三维扫描技术和钢筋混凝土拱桥施工控制的研究现状进行了分析和总结。
(2)通过试验分析了不同距离和不同分辨率下的扫描仪获取的变形精度,试验结果表明在100m距离内,10m/0.8mm、10m/1.6mm、10m/3.1mm、10m/6.3mm四种分辨率下的扫描变形精度均能达到1mm以内。
(3)根据实桥采集到的点云数据进行前处理研究,分析了不同点云的降噪方法,并进行配准研究,通过自制三棱锥进行特征点的粗配准,在此基础上采用改进的ICP算法实现精配准,发现配准后的点云偏差均在1mm以内。在配准点云的基础上,提出了不同结构构件的特征快速提取方法,并对提取偏差进行了分析。
(4)提出一种劲性骨架预制节段的制造线形和长度的检测方法,根据检测偏差对其进行修正,以保证劲性骨架节段的加工质量;同时基于劲性骨架节段点云进行虚拟预拼装,提出一种无应力状态法拼装线形的预测方法,分析其拼装偏差,以便在施工前提前做出控制和偏差修正。在节段吊装中,根据三维扫描技术获取施工阶段的施工线形,与理论线形进行对比,根据线形偏差调整索力,使施工线形满足理论线形的要求;在合龙前,基于三维扫描对合龙偏差进行预测,通过点云数据分析最大悬臂段和合龙段的偏差,根据其偏差进行索力调整,实现拱桥的顺利合龙。
(5)通过试验验证了三维扫描对于混凝土拱圈在不同荷载作用下的变形提取精度,并以实桥点云为对象,分析拱圈混凝土浇筑阶段的连续变形,依靠实测与理论变形之间的偏差修正混凝土浇筑施工阶段的理论计算,得到能够准确反映桥梁实际特性的理论模型,以便能够准确掌握混凝土浇筑阶段的结构状态。
研究结果表明:采用三维激光扫描技术能够对拱桥施工过程进行高精度连续线形的监测与控制,监测与控制的精度能够达到毫米级,可实现钢筋混凝土拱桥施工前的线形预测、施工时连续线形的监测与控制。在混凝土浇筑阶段可根据实测的连续变形曲线对有限元精细模型进行修正,使其更加符合拱桥施工过程中的实际状态。