【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构工程施工的，具体涉及一种激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法。
技术介绍
1、大型地下结构的施工越来越多采用逆作施工方法，同时要求施工过程中施工的精准度要求越来越高，比如时常采用的桩柱一体化构件在逆作时一般要求垂直度为几百分之一，而对于一些特殊的大型地下结构精度要求提高到千分之一。目前，采用全站仪等设备来测量难以达到满足要求的高精度，另外，采用全站仪等现有测控技术，主要通过控制测控关键构件关键点来控制，难以考虑整体结构和施工全过程。3d激光扫描技术是一种三维非接触式高精度测量技术，可以通过三维扫描建立结构的高精度物理模型，然而3d激光扫描技术建立的物理模型只能考虑结构的几何外部参数，并不能考虑结构的应力内力等内部参数，不能用于结构施工过程的安全分析。因此将3d激光扫描技术引入地下结构的施工安全分析对提高结构的施工精度具有重要意义，同时由于3d激光扫描技术只能考虑几何外部参数，所以开发建立基于3d激光扫描技术并能考虑结构内力等属性的大型地下结构的施工的分析方法，对大型复杂地下结构的施工安全分析和应用具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，以解决现有技术在逆作地下结构施工精度低的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其包括以下步骤：
4、s1
5、s2、对所述点云数据进行拼接和去噪处理，构建得到地下结构点云模型；
6、s3、采用基于曲率和法向量的区域生长方法结合alpha shapes方法，评估地下结构点云模型中构件的特征点和特征面，构建得到地下结构逆作过程中不同时刻的物理模型；
7、s4、在地下结构的局部关键构件的关键位置布置传感器，采集得到局部关键构件的关键位置的应变应力数据；
8、s5、构建地下结构的有限元模型，并基于所述应变应力数据，对整体的有限元模型进行验证，生成修正的整体地下结构有限元模型；
9、s6、将修正的整体地下结构有限元模型映射至地下结构逆作过程中不同时刻的物理模型，得到映射后的物理模型；
10、s7、根据映射后的物理模型，计算施工误差，并进行材料的加工和控制。
11、进一步地，步骤s3包括以下步骤：
12、s3.1、计算各点云的曲率，根据曲率进行大小排序，并根据点云模型大小分成多个区域，从点云中选择一个未标记的曲率最小的点作为种子点；
13、s3.2、根据法向量、曲率值分析种子点邻近的点，并将该种子点邻近的点纳入对应的区域；
14、s3.3、将被纳入的邻近点作为新的种子点，并重复步骤s3.2，直至无法找到满足法向量和曲率值的邻近点；
15、s3.4、在其他区域的点中选取一个新的种子点，重复步骤s3.2和步骤s3.3，直至点云中所有点都被划分到某个区域中；
16、s3.5、采用alpha shapes算法确定区域边界。
17、进一步地，步骤s3.5包括以下步骤：
18、s3.5.1、在点云j内搜索到距离点云j内2r内的所有点，记为点集m，其中，r为滚动圆半径；
19、s3.5.2、选取点集m中任意一点云j1(x1,y1)，根据点云j和点云j1的坐标和半径r，计算出圆心坐标；
20、s3.5.3、计算剩余点云分别到点云j2、点云j3点距离；
21、s3.5.4、若所有点云到点云j2、点云j3的距离都大于r，则表明点云j为边界点；
22、s3.5.5、若剩余点云的距离到点云j2、点云j3的距离不全都大于r，则遍历点集m内所有点云并轮换作为点云j1点，若存在某一点云满足所述步骤s3.5.4条件，则表明该点云为边界点，终止该点云的判断，并继续判断下一点云；
23、s3.5.6、若点集m中所有邻近点中均不存在满足所述步骤s3.5.4的点云，则点云j为非边界点。
24、进一步地，步骤s5中生成修正的整体地下结构有限元模型，包括：
25、对逆作地下结构的关键部位通过预埋应变传感器进行测试，通过应变转换为应力和构件的内力和变形，并对地下结构的有限元模型进行验证，生成修正的整体地下结构有限元模型。
26、进一步地，步骤s6中将所述物理模型中构件的特征点的几何坐标，与对应的修正的整体地下结构有限元模型构件的节点坐标进行拟合，建立修正的整体地下结构有限元模型应力应变和变形与物理模型的映射关系，即得到映射后的物理模型。
27、进一步地，步骤s6包括以下步骤：
28、s6.1、将修正的整体地下结构有限元模型中构件的特征点进行编号(f1,f2,f3…fn)，同时将物理模型中构件的特征点进行编号(p1,p2,p3…pn)；
29、s6.2、将离散的修正的整体地下结构有限元模型内力变形结果通过多项式拟合成空间曲面形式；
30、s6.3、在物理模型上的任意点p与最近的两个特征点pi和pj的距离分别为di和dj，在修正的整体地下结构有限元模型上某点f与两个特征点fi和fj的距离分别为di’和dj’；
31、若di’/dj’＝di/dj，则f的几何坐标确定的内力变形结果即为物理模型上点p的内力变形。
32、进一步地，步骤s7包括：
33、采用映射后的物理模型中构件的变形误差减去修正的整体地下结构有限元模型中构件的映射受力变形得到结构的施工误差；
34、根据所述施工误差进行钢筋材料的加工和控制；
35、采用修正的整体地下结构有限元模型的映射的各点的应力和材料的强度值相比判断材料开裂状态，进行构件开裂风险分析。
36、本专利技术提供的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，具有以下有益效果：
37、1、本专利技术逆作地下结构施工精度高，同时可保证逆作地下结构施工的安全性，有利于大型复杂地下结构逆作精准安全施工。
38、2、本专利技术通过将3d激光扫描技术，结合基于曲率和法向量的区域生长算法结合alpha shapes算法可以对不同时刻的地下结构快速建立高精度整体物理模型。
39、3、本专利技术由于将整体有限元模型的结果映射到物理模型上，建立了逆作地下结构的施工分析模型，不仅可以考虑不同施工阶段的结构几何物理外部参数，还可以考虑结构应力内力内部参数。
40、4、本专利技术不仅通过物理模型有效提高地下结构逆作施工的精准度，同时通过考虑内力的映射模型提高全过程施工的安全性。
41、5、本专利技术克服了传统地下结构施工过程测控存在的缺点，解决了大型复杂结构逆作施工高精度的技术问题和施工风险的安全问题，并可以进一步提高施工效率，可广本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤S3.5包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤S5中生成修正的整体地下结构有限元模型，包括：
5.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤S6中将所述物理模型中构件的特征点的几何坐标，与对应的修正的整体地下结构有限元模型构件的节点坐标进行拟合，建立修正的整体地下结构有限元模型应力应变和变形与物理模型的映射关系，即得到映射后的物理模型。
6.根据权利要求5所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的激光扫描与应力测试
...【技术特征摘要】
1.一种激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤s3.5包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的激光扫描与应力测试相结合的逆作地下结构施工分析方法，其特征在于，所述步骤s5中生成修正的整体地下结构有限元模型，包括：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟啸，戎树伟，王经臣，李海龙，韩喜旺，李晓阁，刘怀宇，郑浩，
申请(专利权)人：中铁建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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