钢柱自动校正装置系统可行性研究

钢柱自动校正装置系统可行性研究

常晓强,孙文,孙振峰,张洋

   中国建筑第八工程局有限公司钢结构工程公司 上海 200125

【摘要】随着技术和社会发展，越来越多的建筑采用钢结构作为结构主体，钢结构有着工期短、强度高、自重轻的特点。在钢结构施工中，钢柱根据施工工况进行分节，在安装过程中，就位后进行测量、校正。校正结束后进行复测及临时固定，至此安装阶段完成。钢结构传统安装方式完全依靠人工进行测量校正等工作，此过程繁琐且有操作误差。拟开展钢柱自动校正装置开发及应用研究，在钢柱的测量校正过程中，由机械代替人工，研发出一套完整的自动校正体系，将测量校正工作由经验施工变为智能数据化管控，将过程中的影响制约因素单一化，便于管理及合理统筹规划，同时钢柱自动校正装置施工不过于依赖熟练工人，可重复使用，有利于降低项目施工成本。

【关键词】钢结构、测量校正、智能化

1 工程概况

某项目地下室3层，地上塔50层，为框架~核心筒体系，结构高度为196.9m。钢结构主要分布于钢结构主要分布于外框劲性型钢柱（-3F～38F），核心筒内劲性型钢柱(-3F～9F)，核心筒劲性梁（2F～50F）以及塔楼出屋面塔冠钢结构（196.6～ 216.9m），主要材质为Q355B、Q235B,构件主要截面为十字柱，及H型钢柱、H型钢梁，屋顶塔楼造型的矩形管截面，总用钢量约4500t。

2 研究目标

2.1 研究总目标

拟开展钢柱自动校正装置开发及应用研究，主要包含三大部分。

第一部分，开发一种钢柱智能测量反馈装置，装置与测量仪器（全站仪）结合，可实时测量指定钢柱的坐标值。

第二部分，开发一套钢柱自动校正数据信息处理系统，该系统能能够接收第一部分钢柱智能测量反馈装置传递出来的指定钢柱的坐标值，并且该系统储存有指定钢柱的原始坐标数据，并能进行两者之间的对比，并根据程序设定的钢柱校正逻辑关系下达校正信息指令。

第三部分，开发一种钢柱自动校正行动装置，能够接收第二部分钢柱自动校正数据信息处理系统传递的校正信息指令，并利用特定的行动机构完成标高、垂直度的校正。

这三大部分结合在一起，形成了一套钢柱自动校正装置，他能够根据前期的数据，自动将测量数据至钢柱自动校正数据信息处理系统里，并利用系统进行数据的比对，根据系统内在的校正纠偏逻辑对钢柱自动校正行动装置下达精确的校正指令，完成整个钢柱自动校正的工作。

2.2 阶段目标

1）第一阶段：调研研究，收集数据，构思并形成钢柱智能测量反馈装置的开发，达标能够和全站仪结合，自动测量反馈数据至指定接收端口的功能。

2）第二阶段：开发一套钢柱自动校正数据信息处理系统，达到指定的功能要求，具体为：该系统能能够接收钢柱智能测量反馈装置传递出来的指定钢柱的坐标值，并且该系统储存有指定钢柱的原始坐标数据，并能进行两者之间的对比，并根据程序设定的钢柱校正逻辑关系下达校正信息指令。形成一套可以插在电脑上完成指定功能的软件产品。

3）第三阶段：开发一种钢柱自动校正行动装置，行动装置主要由电控千斤顶和数据接收器构成，形成能够接收指令，完成指定动作的功能。

4）第四阶段：将钢柱智能测量反馈装置、钢柱自动校正数据信息处理系统和钢柱自动校正行动装置整合完善，形成自动校正装置，对不同截面标准柱进行适用性实验，形成成果。

3 研究内容及重难点分析

3.1 研究内容

3.1.1 一种钢柱智能测量反馈装置

①智能测量点位搜索；②测量数据智能传输

3.1.2 钢柱自动校正数据信息处理系统

①测量数据的接收对比②自动校正数据系统逻辑架构③自动校正数据系统校正位移量计算及传输

3.1.3 一种钢柱自动校正行动装置

①行动机构自动调整装置组立②行动机构数据接收及操作执行③行动机构数据反馈④行动机构限位设置

3.1.4 钢柱自动校正装置安全性能研究

①自动校正装置组装，初步模拟②自动校正装置，现场极限实验③实验数据对比，限位调整

3.1.5 自动校正装置关键施工技术研究

①自动校正装置多工况实验，采集实验数据②自动校正装置通用性调节

3.2 技术难点和解决途径

3.2.1 研究主要技术难点

钢柱自动校正装置作为一种新型定建筑产品，其技术重难点主要包括以下几个方面：

1）如何实现行动装置可调节的使用要求，能适用于不同截面常规柱，达到通用性；

2）开发一套钢柱自动校正数据信息处理系统，将坐标值和校正量建立数学模型，形成一套可应用的逻辑架构，实现数据的接收，计算及传输。

3）开发钢柱智能测量反馈装置，可智能测量反馈数据；

目前，国内针对钢柱自动校正装置未见相关研究及实际工程应用报道，该方面相关设计及建造施工技术应用研究方面在国内尚属空白。

3.2.2 解决途径

由有测量经验的技术人员牵头，通过前期的调研论证，现场做法的利弊分析，成立相应的课题研发团队，详细规划，落实设涉及到的技术问题，通过调研论证、理论研究，方法总结，实验检测及受力分析等方式，确定切实有效的研发方案，打造出一个能够方便操作，实现钢柱自动校正装置的产品。

4 研究方法、手段、步骤等

4.1 资料查阅、交流调研、创新开发

搜集国内外相关研究资料，走访和调研相关施工一线，加强与科研院所合作，归纳总结目前现场钢柱测量校正所采取的做法及实施效果，通过分析、对比、统计、归纳，总结现有钢柱测量校正装置应用技术，为该课题研发提供思路和技术支撑。进一步开展技术创新，开展相关技术方案论证。

图1钢柱自动校正逻辑图

如图所示，为此次钢柱自动校正逻辑图，本装置组成为数据采集、数据处理、行动机构；运行模式为采集坐标数据与设计数据相对比，经由数据处理中心进行计算并发送指令，由行动机构进行操作后，再次反馈进行复测，复测结果符合设计及规范要求后结束校正。

4.2 试验测试

针对此套钢柱自动校正装置，制定合理的试验方案，针对信息反馈的可靠性，行动装置的安全性，以及数据处理系统的稳定性等方面，采取软件测试，实验检测等方式，获得详细的技术参数，确保结构的整体合理化和安全性。

4.3 理论分析及数值模拟

首先基于逻辑架构，确定钢柱自动校正装置的受力原理，基于试验测试数据的稳定性，开展相关理论分析，给出体系的精准逻辑判断，计算和设计方法。

4.4 标准化产品建立

基于上述研究结果，打造成熟完善的可钢柱自动校正调节装置，形成产品手册、产品使用手册等。

5 拟取得的创新与突破

1）开发一种钢柱智能测量反馈装置，此智能测量反馈装置与测量仪器（全站仪）结合，可实时测量指定钢柱的坐标值，并反馈数据至钢柱自动校正软件系统进行数据处理，代替传统方式的人工测量，避免数据误差。

2）开发一套钢柱自动校正数据信息处理系统，该系统作为数据处理中心，能够接收钢柱智能测量反馈装置传递出来的指定钢柱的坐标值，并且该系统储存有指定钢柱的原始坐标数据，并能进行两者之间的对比，并根据程序设定的钢柱校正逻辑关系给钢柱自动校正行动装置下达校正信息指令。代替传统的经验施工，自行计算确认钢柱的校正值；

3）开发一种钢柱自动校正行动装置，能够接收钢柱自动校正数据信息处系统传递的校正信息指令，并利用特定的行动机构完成标高、垂直度的校正；代替传统的人工操作千斤顶，保证调节的精确度，降低安全风险。

【参考文献】

[1]赵昌德;刘虹;王春华;超高层建筑中的一种钢柱焊接调节装置及其施工方法[J];山西建筑;2019年16期