激光跟踪仪在高支模支护体系变形监测中的应用

2016-12-20李长青崔有祯郑佳荣

测绘通报 2016年11期

关键词：模架支模立杆

郑阔，李长青，崔有祯，郑佳荣

(北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京 100042)

激光跟踪仪在高支模支护体系变形监测中的应用

郑阔，李长青，崔有祯，郑佳荣

(北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京 100042)

介绍了高支模支护体系变形监测与安全性试验研究的基本内容，分析了在试验过程中传统变形监测技术所受到的局限，提出了应用绝对激光跟踪仪解决实际问题的方法，通过试验分析，为高支模支护体系实时、可视、高效的变形监测与智能预警提供了新思路。

激光跟踪仪; 高支模支护体系; 变形监测

随着我国城市化建设的快速发展，大跨度、重荷载、高净空的混凝土结构和钢结构大量涌现，为此，对模板和支撑结构施工安全性提出了更高的要求。近几年来全国各地相继发生了多起模板支撑架坍塌事故，造成巨大的财产损失和人员伤亡，模板及其安装支撑体系问题成为建筑工程重大坍塌事故的多发领域，给企业带来了巨大的经济损失和严重的不良社会影响。本文设计了高支模模架，进行了受力及变形监测试验，对立杆受力及变形过程进行了监测分析，该试验对高支模安全研究具有重要意义。

一、高支模支护体系试验方案

1. 高支模支护体系及变形监测点设计

本试验设计高支模支架六纵五横三层搭设，其中选择居中立杆进行加压试验，在实施不同压力加压的情况下，模拟不同荷载所对应高度的模架。高支模支架荷载试验旨在研究：

1) 立杆不同连接方式承载力及变形监测。搭接、扣件连接抗滑强度试验；混凝土规范5066规定可以搭接，支撑架规范没有规定，试验研究搭接的形式和长度。

2) U托破坏性及变形监测。可调托撑螺杆与承载力、破坏形式之间的关系；悬臂长度与承载力、破坏形式之间的关系。

受力及变形监测点选择在根据模架杆件可能的位移最大点及关键点。高支模试验模架设计如图1所示。

变形监测点的点位设计：加压立杆顶端及模架每层中部共4个监测点，加压立杆相邻2排立杆X和Y方向，每层模架中部监测点共11个，加压立杆连接横杆X和Y方向,每排中部共15个，分布及设计如图2所示。

2. 变形监测方案

在本项目试验过程中，由于高支模模架立杆设计受力周期为5 min左右，若使用传统的监测手段，以TM30多测回测角2个测回为例，对30个监测点进行一轮监测数据采集需要14 min，因此无法满足试验实时、快速、图形可视化、高精度的要求。

采用徕卡AT402新一代绝对激光跟踪仪，它具有快速、自动、高精度等特点，将测量人员从繁重的瞄准过程中解放出来，同时其测量速度比常规机器人也有了更大的提升，极大地提高了工作效率。试验结果表明，使用徕卡AT402自动测量模式进行30个监测点的监测，平均观测时间为4 min，能满足整体试验需求。AT402主要性能参数见表1。

图2 变形监测及受力关键点设计

参数数值机械化操作最大加速度360°/s2最大转速180°/s测量范围水平360°(无极旋转)垂直145°(无极旋转)距离(典型)>160m(选装1．5″RRR反射器)测角系统分辨率0．07arcsec测角可重复性(范围1．5～80m)±7．5μm+3μm/m测角精度(范围1．5～80m)±15μm+6μm/m

AT402配套的SA软件具有数据采集、图形显示、分析报表等功能，可以实时显示图形监测点的三维坐标、位移变形量、位移变形轨迹及三维建模，可以非常方便地进行测量、点位放样、变形监测及逆向工程。这些优点使得激光跟踪仪成为本次试验所用仪器的选择对象。但是，高支模模架荷载试验具有破坏性和危险性，AT402配套的棱镜由于价格昂贵，不适宜进行类似试验，因此选择普通棱镜代替。由于本次试验重点研究监测点相对位移变量及与监测点支架受力对比情况，因此在损失一定精度的情况下，完成工作效率的提高和核心问题的解决。同时本次试验也积累了在变形监测测量工作中普通圆棱镜替代AT402棱镜的试验数据。

二、研究内容

1) 采用自由设站法架设仪器，对模架监测点进行了14次约150个周期观测，同时采集两个固定点每站10个周期的空间三维坐标及变化数据，以期研究绝对跟踪仪在变形监测工作中使用徕卡普通圆棱镜的可行性。

2) 采用无线通信方式连接控制器和跟踪仪。AT402控制器内置网络通信模块，可以作为服务器并进行无线连接与访问。

3) 使用自动测量功能进行每期受力立杆加压后的变形数据采集，并实时获得高精度的三维坐标和变形数据。

4) 变形数据与受力情况分析。使用SA软件实时显示监测点空间三维坐标及变化量功能，与模架关键点受力情况进行实时定性与定量对比分析，保证试验的科学性与合理进行。SA软件工作界面如图3所示。

三、高支模支护体系变形监测分析

1. 试验数据

本文列出了对立杆上P0至P34个监测点一期压力试验数据，立杆受力从10 kN开始，每次增加

10 kN，至立杆屈服变形结束，见表2。

图3 SA软件工作界面

2. 数据分析

通过观测数据及受力变形曲线可以看出，高支模支护体系立杆受力变形监测点空间位移与受力情况一致。AT402高精度的数据采集性能，对高支模支护体系受力初期及离受力点较远部位微小变形均给出了明显的变形特征描述。其中，P0、P1为立杆上部靠近加压U托部位的变形监测点，在立杆受力逐渐增加的过程中，空间位移变形明显，并在受力55 kN时，立杆变形迅速变大，符合高支模支架受力物理特征，在受力61 kN时，立杆屈服不再承受压力，变形无法恢复。在立杆底部，由于远离加压U托，变形较小，曲线如图4所示。

图4 立杆受力监测点变形曲线

通过X、Y方向的变形数据分析可以得出,立杆在持续受力的情况下空间弯曲状态具有不确定性，与立杆的垂直度、U型托加压触点与立杆几何受力中心的吻合度，以及模架横杆扣件的位置等均有密切关系，需要进一步定量研究。

四、结束语

本文在高支模支护体系变形监测及安全性试验研究中，就传统观测方法无法满足与试验压力传感器采集周期同步的要求的这一问题，提出了使用观测速度更快的激光跟踪仪自动测量的方法，无论是观测精度上还是观测速度上均很好地满足了整体试验需求。激光跟踪仪以其高精度、快速、可视、实时等特性，可以在诸如高支模支架变形监测等更多特殊工程测量项目中加以使用。在观测过程中也发现了激光跟踪仪实际使用中的一些问题，如专业配套棱镜由于成本较高，在破坏性高精度项目中有其局限性，本文试验也对激光跟踪仪使用普通光学棱镜测量进行了尝试，总结了一定的经验。另外，激光跟踪仪测量数据精度受到环境温度及仪器本身长时间观测温度变化较大的影响，因此，在后续试验与实际工程使用中均需要进一步研究误差处理算法，改进观测方式。

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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；