一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，属于桥梁施工监测技术领域。该方法利用三维激光扫描技术，通过在桥侧布置三维激光扫描仪，在某吊杆张拉施工过程中，在不同施工阶段迅速扫描邻近待测吊杆，将扫描结果导入到点云处理软件，拟合点云得到吊杆几何模型，在几何模型中提取吊杆监测特征点的空间位置，计算两监测特征点之间吊杆长度，得出各施工阶段两监测特征点之间吊杆长度变化值，进而计算吊杆索力变化值。相较于常用索力测量方法，该发明专利技术方法简便、计算原理明确，可实现拱桥吊杆施工时邻近吊杆索力变化值快速、同步且准确测量，更有利于吊杆施工过程安全地进行以及施工效果评价，以指导施工符合预期目标。预期目标。预期目标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法


[0001]本专利技术涉及桥梁施工监测
，具体涉及一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法。

技术介绍

[0002]吊杆是拱桥的重要传力构件，起着将桥面重量以及将汽车荷载传递给主拱圈的重要作用。在拱桥建设时，拱桥某吊杆张拉过程中，需要对已张拉吊杆索力变化进行监测；在拱桥运营期间，吊杆发生因材料老化、钢束锈蚀等病害时应及时进行更换，也需要对更换吊杆的邻近吊杆索力变化进行监测。无论是新建拱桥的吊杆张拉施工，还是现有拱桥吊杆更换施工，索力变化监测都是拱桥吊杆施工的重要监测内容。一方面，通过拱桥在施工过程中吊杆索力变化监测可以及时预警索力状态的非正常变化，有利于拱桥吊杆施工安全地进行。另一方面，通过对吊杆施工过程中吊杆索力变化的监测，也能够和理论计算结果相比较及效果评价，以保障施工效果达到预期目标。但吊杆索力状态常因在施工荷载、温度荷载等外部环境影响下而复杂多变，同时吊杆本身边界条件难以准确判断，这些都给索力测试带来了困难，因此实际施工中需要有更合适的方法对吊杆索力变化进行准确测量。
[0003]常用的索力测量方法包括油压表法、磁通量法和振动频率法。油压表测定法一般适用于施工过程中当前张拉吊杆的索力测定，应用范围局限大；磁通量法在长期监测方面有优势，但需要在新建桥梁时，预先在吊杆安装电磁传感器，并且在投入费用、便利性等方面仍有待改善。
[0004]振动频率法通过传感器测量吊杆的振动频率，应用较广，但此方法的理论基于弦振动理论，适用于边界条件明确的吊杆索力测量，但吊杆实际边界条件复杂，在实际工程中很难判别吊杆边界的约束情况。尤其在短吊杆测量时，吊杆索力测量受边界影响较大，即使反复测试，频率也难以捕捉到理想的波形，索力数据采集时间长、测量精度低。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述不足提供了一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术所述的一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，包括依次进行的以下步骤：
[0008]步骤1、在桥梁外一侧放置三维激光扫描仪，确定监测拱桥中两个已知坐标点作为测量基准点，通过两个测量基准点进行后视交会，得到三维激光扫描仪的三维坐标；
[0009]步骤2、在当前张拉施工的吊杆的两侧吊杆为待测吊杆，在待测吊杆上分别设置两个监测特征点；该监测特征点位置稍远离吊杆上下两端锚固位置；
[0010]步骤3、在当前吊杆张拉施工前，通过三维激光扫描仪扫描待测吊杆，将扫描点云数据导入点云处理软件，经配准、去噪、采样等预处理得到精确的吊杆点云图，通过该吊杆
点云图拟合点云建立当前吊杆的圆柱形几何模型；
[0011]步骤4、从步骤3建立的圆柱形几何模型中提取待测吊杆两监测特征点空间坐标，沿着吊杆的圆柱形几何模型，通过在两特征点之间进行线积分，得到张拉施工前两监测特征点间吊杆初始长度l0；
[0012]步骤5、在当前吊杆张拉施工t阶段时，重复上述步骤3、步骤4重新扫描待测吊杆，对待测吊杆进行三维激光扫描及点云数据处理，得到施工t阶段待测吊杆两监测特征点之间的待测吊杆长度l
t
，则施工t阶段两监测特征点间待测吊杆长度l
t
与张拉施工前初始长度l0相比，依据下述公式得到待测吊杆长度变化值：
[0013]Δl
t
＝l
t
‑
l0；
[0014]步骤6、根据步骤五得到待测吊杆长度变化值，依据下述公式：
[0015][0016]计算得到待测吊杆施工t阶段的索力变化值；式中E为待测吊杆的弹性模量，A为待测吊杆的截面积。根据获得索力变化值和理论值进行比较，进行施工效果的评估。
[0017]本专利技术所述的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，采用点云处理软件可以将扫描结果合成精确的吊杆点云图，并通过拟合点云建立吊杆的圆柱形几何模型，可以准确提取出两监测特征点空间坐标。
[0018]本专利技术所述的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，采用在两监测特征点之间做线积分的方法，即在两监测点特征之间的相邻点长度dl进行累加的方式，可以精确获得某施工t阶段时两监测特征点间吊杆长度，l＝∑dl。
[0019]本专利技术所述的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，所述当前监测吊杆上的监测特征点，该监测特征点分别靠近当前监测吊杆的上、下两个锚固端且与锚固端间隔一定距离，以消除局部的不利影响，提高测试精度。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提供的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，结合三维激光扫描，确定得出一种拱桥吊杆施工索力变化的简易监测方法。
[0022]本专利技术提供的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，避免了振动频率法应用过程中，由于吊杆边界复杂，导致频率波形不理想，测量精度低的问题。
[0023]本专利技术提供的基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，克服了在吊杆施工过程中，由于施工阶段多，振动频率法测量工作量大、测量时间长，振动频率分析复杂，不利于施工过程迅速监测的问题。
[0024]本专利技术提供的监测方法，基于三维激光扫描，其扫描过程速度快、非接触、自动化程度高，扫描结果精度高，并且计算原理简单明确，有很高的实用性。
附图说明
[0025]图1基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法应用示意图；
[0026]图2为基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法实施流程图。
[0027]图中1—桥侧处三维激光扫描仪，2—测量基准点，3—当前施工吊杆，4—两侧邻近待测吊杆，5—监测特征点。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]如图1、图2所示，本专利技术提供一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，该方法利用三维激光扫描技术，通过在桥外一侧布置三维激光扫描仪，在某吊杆施工全过程中，在不同施工阶段迅速扫描邻近待测吊杆，将扫描结果导入到点云处理软件，拟合点云得到吊杆几何模型，在几何模型中提取两监测特征点空间坐标，计算两监测特征点之间吊杆长度，得出各施工阶段两监测特征点之间吊杆长度变化值，进而计算吊杆索力变化值。
[0030]具体操作步骤如下：
[0031]步骤1、以两已知坐标点作为测量基准点2，测量基准点2要求稳定不变形，通常可使用桥梁施工时布置的施工控制点，放置三维激光扫描仪1于桥外一侧合适位置，仪器位置点设于稳定且便于观测的桥梁侧面合适地基上；通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光扫描的拱桥吊杆施工索力变化监测方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：步骤1、在桥梁外一侧放置三维激光扫描仪，确定监测拱桥中两个已知坐标点作为测量基准点，通过两个测量基准点进行后视交会，得到三维激光扫描仪的三维坐标；步骤2、在当前张拉施工的吊杆的两侧吊杆为待测吊杆，在待测吊杆上分别设置两个监测特征点；该监测特征点位置稍远离吊杆上下两端锚固位置；步骤3、在当前吊杆张拉施工前，通过三维激光扫描仪扫描待测吊杆，将扫描点云数据导入点云处理软件，经配准、去噪、采样等预处理得到精确的吊杆点云图，通过该吊杆点云图拟合点云建立当前待测吊杆的圆柱形几何模型；步骤4、从步骤3建立的圆柱形几何模型中提取待测吊杆两监测特征点空间坐标，沿着吊杆的圆柱形几何模型，通过在两特征点之间进行线积分，得到张拉施工前两监测特征点间吊杆初始长度l0；步骤5、在当前吊杆张拉施工t阶段时，重复上述步骤3、步骤4重新扫描待测吊杆，得到t阶段时待测吊杆两监测特征点之间的待测吊杆长度l
t
，则t阶段两监测特征点间待测吊杆长度l
t
与张拉施工前初...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞建成，王昌，张逸捷，宋亚飞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：