一种装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位方法、导向架与流程

本发明涉及预制装配式建筑施工技术领域，具体涉及一种装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位方法、导向架。

背景技术：

为了提高施工效率，预制构件经常用于公路高架桥建设之中。预制构件是在预制加工厂生产的，运输至施工现场后采用等同现浇、套筒灌浆等方式将构件连接，相比于现浇构件，桥梁工程中采用预制构件节省模板用量，缩短施工时间，有很大的优越性。

虽然预制构件的施工效率有所提升，但随之而来的是对其精确性的要求。预制构件如何保证其构造尺寸、位置等能满足符合连接条件是需要解决的课题。以当前常用的盖梁与立柱预制拼装方法为例，安装前，在盖梁底部预设套筒，在立柱顶部预留钢筋，安装时需要将盖梁底部套筒与立柱顶部钢筋拼接。此方法要求两根立柱的间距要满足盖梁设计长度的要求；

现有技术中常用的立柱间距离测量方法如图1所示，由施工人员登上登高车爬升至立柱顶部，用卷尺测量两根立柱顶部钢筋对角线距离。测量后，如果距离不满足盖梁设计要求，则需要重新调整立柱的空间位置，而后再次测量，直至符合要求。该方法需要施工人员持续高空作业，风险较大，且调整立柱后多次登高爬升，使得施工效率较慢，因此需要一种新方法以更安全且更高效的进行盖梁与立柱的预制拼装。

技术实现要素：

本发明的目的：提供一种安全高效的装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位方法，以及用于实现该方法的结构简单的导向架。

技术方案：本发明提供了一种装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位方法，基于立柱的竖直应用，针对盖梁和立柱的预制拼装进行导向定位：其中，立柱的横截面为矩形，立柱中分布有m根钢筋，m≥4；其中的四根钢筋分设在立柱顶面的四个顶角处；其中的n根钢筋呈垂直于立柱横截面的姿态延伸出立柱顶端的；盖梁的底部至少分布有n个套筒，其中n个套筒的位置与立柱顶面所延伸出各钢筋的位置一一对应；采用具有四段导向臂的导向架实现盖梁与立柱预制拼装导向定位方法，方法包括如下步骤，

步骤1、针对用于承载立柱的承台的顶面，基于立柱在承台上的设置，以承台顶面上与立柱底面中心点相对应的点为原点，以顺桥方向为x轴，以垂直于顺桥方向为y轴，在承台顶面建立笛卡尔直角坐标系；

根据如下公式：

x＝l/2+l1cosα，y＝b/2+l1sinα

获取四个理论安装点的坐标：p1(x,y)、p2(-x,y)、p3(-x,-y)、p4(x,-y)；

其中l为立柱安装在承台上时，位于x轴同侧的两个顶角处的钢筋的中心点之间的预设距离；b为立柱安装在承台上时，位于y轴同侧的两个顶角处的钢筋的中心点之间的预设距离；l1为预设的长度；

根据四个理论安装点的坐标，在承台顶面上标记出四个理论安装点的位置；执行步骤2；

步骤2、在立柱顶面上设置导向架：导向架中各导向臂分别与立柱顶面四顶角处的钢筋一一对应，各导向臂的中轴线与对应钢筋的轴线相交；在竖直投影方向上，各导向臂上其中一端的投影位于立柱顶面投影区域外，且各导向臂上该端投影与立柱顶面对应钢筋截面中心点的投影的距离彼此相等，该距离等于l1；各导向臂上另一端的投影位于立柱顶面投影区域内，且各导向臂上该端直接相连或通过连接件相连；执行步骤3；

步骤3、将在竖直投影方向上，各导向臂上投影位于立柱顶面投影区域外的一端的端点的投影标记为与各理论安装点相一一对应的实际安装点p'1、p'2、p'3、p'4；在承台顶面上标记出四个实际安装点的位置；执行步骤4；

步骤4、分别测量各理论安装点和与各理论安装点相对应的实际安装点之间的距离；判断各距离是否均小于等于距离阈值d，是则不再对立柱的水平位置进行调整；否则执行步骤5；

步骤5、调整立柱的水平位置，进入步骤3。

作为本发明的一种优选方案，在步骤5中，根据公式：

获取距离阈值d；

其中，dint为盖梁中套筒的内部直径，drein为立柱中钢筋的直径。

作为本发明的一种优选方案，在步骤3中，方法还包括通过激光导向仪将各导向臂上投影位于立柱顶面投影区域外的一端的端点垂直投影在承台上。

本发明还提供了一种用于装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位的导向架，其特征在于，包括导向架主体，以及分别与导向架主体相连接的四段导向臂；

导向架主体包括四个连接端，各导向臂分别均包括伸缩部和激光导向仪；

各导向臂中伸缩部的第一连接端分别套接于导向架主体的四个连接端，各伸缩部的第二连接端分别和激光导向仪相连；

激光导向仪用于在将导向仪放置在立柱顶部进行盖梁与立柱预制拼装导向定位时，产生垂直向下的激光。

进一步的，各伸缩部分别均包括伸缩杆和延伸臂；

伸缩杆的一端构成伸缩部的第一连接端；

伸缩杆的另一端套接于延伸臂的第一连接端，延伸臂的第二连接端构成伸缩部的第二连接端。

进一步的，各激光导向仪的外周分别均套设有防护装置；防护装置中对应于激光导向仪的激光发生端处开设有通孔，用于供激光导向仪发出的激光穿过防护装置。

作为本发明的一种优选方案，导向架主体包括“x”型旋转铰，以及分别与该旋转铰的四个端部相连的四根连接杆；

四根连接杆中未与旋转铰相连的一端共同构成导向架主体的四个连接端。

进一步的，导向架还包括万向节，万向节的非活动端和伸缩部的第二连接端相连，万向节的活动端和激光导向仪的安装端相连。

进一步的，激光导向仪的激光发生端外侧连接有负重装置，用于在使用激光导向仪进行盖梁与立柱预制拼装导向定位时，使激光导向仪的激光发生端在负重装置的重力作用下垂直向下。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的方法通过在用于安置立柱的承台上标出理论安装点的位置，然后在立柱安装过程中，通过比对实际安装点和与各实际安装点之间的距离与距离阈值，根据比对结果调整立柱的水平位置，使立柱的位置满足与盖梁的拼装要求，方法操作简单，提高了施工效率和施工安全性；本发明提供的用于装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位的导向架，结构简单易操作。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的现有的盖梁与立柱预制拼装的示意图；

图2是根据本发明实施例提供的盖梁与立柱预制拼装导向定位方法流程图；

图3是根据本发明实施例提供的在导向定位时导向架和立柱的位置示意图；

图4是根据本发明实施例提供的根据实际安装点和理论安装点进行距离分析的示意图；

图5是根据本发明实施例提供的“x”型的导向架的机构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的“x”型的导向架的伸缩部和激光导向仪的连接示意图；

图7是根据本发明实施例提供的“x”型的导向架主体的平面结构示意图；

图8是根据本发明实施例提供的一种“x”型的导向架的伸缩部的平面结构示意图；

图9是根据本发明实施例提供的另一种“x”型的导向架的伸缩部的平面结构示意图；

图10是根据本发明实施例提供的“x”型的导向架在立柱上放置的示意图；

图11是根据本发明实施例提供的一种导向架在立柱上放置的俯视图；

图12是根据本发明实施例提供的另一种导向架在立柱上放置的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构图和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

第一方面，本发明提供了一种倾斜底面装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位方法，这种方法的应用对象是截面为矩形的立柱，应用的前提是立柱已经完成了垂直度调整，仅需调整其水平位置。

用于进行导向定位的立柱中分布有m根钢筋，且其中的n根钢筋以垂直于立柱横截面的姿态向上延伸出立柱顶面，m≥4，m≥n≥1；其中的四根钢筋分设在立柱顶端的四个顶角处；和立柱相匹配的盖梁的底部分布有k个套筒，k≥n，其中n个套筒的位置与立柱顶端所延伸出各钢筋的位置一一对应。

在一个实施例中，立柱中钢筋的数目和盖梁底部分布的套筒的数目相等，且立柱中所有的钢筋均呈垂直于立柱横截面的姿态延伸出立柱顶面。

本发明采用具有四段导向臂的导向架实现盖梁与立柱预制拼装导向定位方法，参照图2，方法包括准备阶段、导向架应用阶段、调整阶段，具体包括如下步骤：

步骤1、针对用于承载立柱的承台的顶面，基于立柱在承台上的设置，以承台顶面上与立柱底面中心点相对应的点为原点，以顺桥方向为x轴，以垂直于顺桥方向为y轴，在承台顶面建立笛卡尔直角坐标系。

在一个实施例中，用两台全站仪确定立柱底面中心点，该中心点为设计图纸所设计的柱网位置。

根据如下公式：

x＝l/2+l1cosα，y＝b/2+l1sinα

获取四个理论安装点的坐标：p1(x,y)、p2(-x,y)、p3(-x,-y)、p4(x,-y)；

其中l为立柱安装在承台上时，位于x轴同侧的两个顶角处的钢筋的中心点之间的预设距离；b为立柱安装在承台上时，位于y轴同侧的两个顶角处的钢筋的中心点之间的预设距离；l1为预设的长度；l、b可以通过测量立柱上对应顶角处钢筋中心点之间的距离获得；

参照图4，x轴同侧的两个顶角处的钢筋是指位于x轴上侧的两个顶角处的钢筋，或位于x轴下侧的两个顶角处的钢筋；y轴同侧的两个顶角处的钢筋是指位于y轴左侧的两个顶角处的钢筋，或位于y轴右侧的两个顶角处的钢筋。

根据四个理论安装点的坐标，在承台顶面上标记出四个理论安装点的位置。

根据前述方法，计算并标定出理论安装点的位置，完成了准备阶段，然后执行步骤2。

步骤2、在立柱顶面上设置导向架：导向架中各导向臂分别与立柱顶面四顶角处的钢筋一一对应，各导向臂的中轴线与对应钢筋的轴线相交；在竖直投影方向上，各导向臂上其中一端的投影位于立柱顶面投影区域外，且各导向臂上该端投影与立柱顶面对应钢筋中心点的投影的距离彼此相等，该距离等于l1，l1可以通过测量导向架的参数获取。

参照图10、图11、图12，立柱截面在承台上的投影为矩形，该矩形相对的两条边的中点连线两侧的两组导向臂的中轴线的投影关于该连线对称。各导向臂上另一端的投影位于立柱顶面投影区域内，且各导向臂上该端直接相连或通过连接件相连；然后执行步骤3。

步骤3、通过激光导向仪17将各导向臂投影位于立柱顶面投影区域外的一端的端点垂直投影在承台上。

将在竖直投影方向上，各导向臂上投影位于立柱顶面投影区域外的一端的端点的投影标记为与各理论安装点相一一对应的实际安装点p'1、p'2、p'3、p'4；在承台顶面上标记出四个实际安装点的位置。

参照图3，根据前述方法，标定出立柱实际安装点的位置，完成了导向架的应用阶段；然后执行步骤4。

步骤4、参照图4，分别测量各理论安装点和与各理论安装点相对应的实际安装点之间的距离。在进行距离测量时，测量的是各理论安装点与最靠近该理论安装点的实际安装点之间的距离。

判断各距离是否皆小于等于距离阈值d，是则说明立柱安装精度符合要求，不再对立柱的水平位置进行调整；

否则说明立柱安装精度低，需要进一步执行步骤5；

根据公式：

获取距离阈值d；

其中，dint为盖梁中套筒的内部直径，drein为立柱中钢筋的直径。

步骤5、调整立柱的水平位置，进入步骤3。

在前述方法中，用两台全站仪确定立柱底面中心点，即设计图纸所设计的柱网位置；然后根据立柱截面尺寸，在承台顶面标定立柱理论位置；预制立柱安装后，确定立柱实际位置，步骤包括：立柱垂直度调整完毕后，根据立柱截面尺寸，在承台顶面标定立柱实际位置；根据立柱截面类型，立柱理论位置和实际位置均为矩形，故可直接比较立柱理论位置的四个顶点和实际位置的四个顶点的差异，无需再将顶点连接，实际位置和理论位置的对比转化为实际位置顶点和理论位置顶点的对比；盖梁与立柱拼接工艺中，盖梁底部套筒直径比立柱顶部钢筋直径大5mm～10mm，故盖梁与立柱拼接时有一定的容许误差，容许误差为前述的距离阈值；测量实际位置顶点和理论位置顶点的距离，将结果与容许误差比较，若小于容许误差，则说明立柱安装精度符合要求，无需调整；若大于容许误差，则说明立柱安装精度不符合要求，需要进行水平位置调整。

在前述方法中，盖梁与立柱拼装的预制导向定位方法以自适应原理为基础，将当前施工技术中测量立柱间距以保证盖梁拼装的方法转化为仅调整单根立柱就可保证盖梁拼装，无需再测量立柱间距；自适应原理源于航空航天领域，随着控制论和计算机应用的推广，自适应原理在化工、机械等领域迅速发展，主要用于系统控制和监测；本发明将控制论中的自适应原理迁移到装配式桥梁施工；本发明中自适应原理是通过调整单根立柱的实际位置与立柱的理论位置之间的距离，使得实际位置尽可能接近理论位置，以实现立柱空间位置的调整，从而满足立柱与盖梁拼装的需要，方法简单，提高装配式立柱安装测量的施工效率，并提高施工安全性。

对装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位时，若根据立柱截面确定理论安装点位置和实际安装点位置，并在立柱安装之前标定理论安装点的位置，较为容易；而实际安装点位置的标定在立柱安装之后，此时立柱并未与承台紧密连接，立柱与承台之间有若干用于调整垂直度的垫片，立柱实际位置的标定较为不易；根据规范规定，装配式立柱顶部钢筋的安装位置出厂时仅允许出现不大于2mm的误差，故立柱顶部钢筋位置不会产生较大偏差，可用于理论安装点位置和实际安装点位置的确定；盖梁与立柱的拼装归根到底是盖梁底部套筒与立柱顶部钢筋的连接，与立柱截面尺寸无关，故用立柱顶部钢筋确定立柱理论安装点位置和实际安装点位置更为合理，进而确定立柱理论位置和实际位置更为合理；立柱顶部钢筋围成矩形面，若将该矩形面的四个顶点引出立柱顶面，利用激光导向仪17垂直投射到承台顶面，将顶部钢筋位置等效为承台顶面激光点位，即可形成立柱的理论位置和实际位置；具有投射功能的导向架装置可将立柱顶面顶点位置钢筋引出，并投射到承台顶面；进而完成理论安装点和对应的实际安装点之间的位置测量，并与距离阈值比对，根据比对结果进行立柱水平位置的调整。

第二方面，本发明提供了一种用于倾斜底面装配式盖梁与立柱预制拼装导向定位的导向架，包括导向架主体，以及分别与导向架主体相连接的四段导向臂，导向臂的结构如图6所示；

导向架主体包括四个连接端，各导向臂分别均包括伸缩部和激光导向仪；

各导向臂中伸缩部的第一连接端分别套接于导向架主体的四个连接端，各伸缩部的第二连接端分别和激光导向仪17相连；

激光导向仪17用于在将导向仪放置在立柱顶部进行盖梁与立柱预制拼装导向定位时，产生垂直向下的激光。

各伸缩部分别均包括伸缩杆8和延伸臂9；伸缩杆8的一端构成伸缩部的第一连接端；伸缩杆8的另一端套接于延伸臂9的第一连接端，延伸臂9的第二连接端构成伸缩部的第二连接端。

各激光导向仪的外周分别均套设有防护装置；防护装置中对应于激光导向仪17的激光发生端处开设有通孔，用于供激光导向仪17发出的激光穿过防护装置。

导向架还包括万向节15，万向节15的非活动端和伸缩部的第二连接端相连，万向节15的活动端向下，并和激光导向仪17的安装端相连。激光导向仪17的激光发生端外侧连接有负重装置18，用于在使用激光导向仪17进行盖梁与立柱预制拼装导向定位时，使激光导向仪17的激光发生端在负重装置18的重力作用下垂直向下。

参照图5，在一个实施例中，导向架主体包括“x”型旋转铰1，以及分别与该旋转铰1的四个端部相连的四根连接杆；该旋转铰1和该四根连接杆，构成了“x”型的导向架主体，“x”型的导向架主体和伸缩部、激光导向仪17共同构成了“x”型的导向架。

“x”型导向架主体中的四根连接杆、伸缩杆8和延伸臂9采用质量较轻的铝合金，连接杆和延伸臂9采用规格为40mm*40mm*2mm的方形铝管，伸缩杆8采用规格为35mm*35mm*2mm的方形铝管。“x”型导向架主体由四根杆件组装而成，四根杆件通过旋转铰1连接，为保证节点强度，旋转铰1采用强度较高的铁制品。

城市高架桥立柱高度往往在6～8m以上，高度越高，立柱顶面所受风荷载越大；考虑到导向架是将立柱顶面顶点钢筋引出立柱顶面，所以必须保证激光导向仪17始终垂直于水平面，而较大的风荷载会造成激光导向仪17摆动，无法确定实际位置点位。

参照图6，考虑到施工现场环境的复杂性，用不易破损的透明软塑料罩在激光导向仪17外围，仅在激光射线通过的位置开洞，以保证激光射线可垂直投射到承台顶面；万向节15相当于铰接点，可以使激光导向仪17在自重作用下始终垂直于水平面。但万向节15铰接点并非完全铰接，存在部分阻尼，激光导向仪17自重不足以消除阻尼的影响，故采取配重措施。

参照图7，“x”型导向架主体中，旋转铰1将四根方形铝管2～5连接起来，6为用于杆件连接的内六角螺栓。每根方管顶面预留四个孔洞，侧面预留两个孔洞，用于导向架伸缩和固定延伸臂9。四根内六角螺栓7用于固定延伸臂9。各连接杆关于旋转铰1的中心点对称分布，且结构相同，图中只标注一处。

伸缩杆8和延伸臂9的结构参照图8和图9，在附图中只标注一个延伸臂9部件信息，其余延伸臂9与该延伸臂9相同；伸缩杆88通过内六角螺栓11与延伸臂9方管9固定连接。激光导向仪17固定装置10通过四个内六角螺栓13与延伸臂9方管9相连。一组固定螺栓12用于将导向架固定在立柱顶面钢筋上。内六角螺栓14用于固定万向节15和激光导向仪17的防风罩16，防风罩16为本实施例中的防护装置。万向节15与激光导向仪17连接，为了消除万向节15的阻尼，在激光导向仪17上添加配重18。

“x”型的导向架在应用中相对于立柱的位置如图10所示。

本发明提供的导向架结构不限于前述的“x”型的导向架，还包括其他符合本发明技术原理的结构，比如如图11和图12所示的结构，在图11和图12所示的结构中，导向架主体包括四根连接杆以及用于连接四根连接杆的连接件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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