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      淺談EXCEL在懸索橋錨固系統(tǒng)坐標(biāo)計算中的應(yīng)用

      2023-05-26 19:02:11梁偉
      交通科技與管理 2023年9期

      梁偉

      摘要 錨碇主纜錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管定位需要通過計算空間坐標(biāo)進(jìn)行定位,但是坐標(biāo)計算量大,計算過程煩瑣,人工計算的過程容易出現(xiàn)計算失誤,影響工程進(jìn)度。針對該現(xiàn)象,文章論述了EXCEL函數(shù)計算在懸索橋錨固系統(tǒng)坐標(biāo)計算中的應(yīng)用,總結(jié)了EXCEL函數(shù)在懸索橋錨固系統(tǒng)坐標(biāo)計算中的技術(shù)要點,讓計算變得更加快速又準(zhǔn)確,減少人工計算的誤差,為后續(xù)相關(guān)計算提供借鑒和參考。

      關(guān)鍵詞 錨固系統(tǒng);坐標(biāo)計算;EXCEL函數(shù);減小誤差

      中圖分類號 TP391.13文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949(2023)09-0001-03

      0 引言

      在工程施工測量過程中,測量人員經(jīng)常會利用Excel對測量中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、分析與統(tǒng)計等,并核對數(shù)據(jù)的正確與否。工作人員只需要將相關(guān)計算公式在Excel電子表格中編輯整理,然后錄入已經(jīng)測量的數(shù)據(jù)就能快速得出測量結(jié)果[1]。因此將Excel應(yīng)用在工程測量內(nèi)業(yè)工作中,既能改進(jìn)傳統(tǒng)的內(nèi)業(yè)計算和內(nèi)業(yè)資料的整理,還能提高測量工作質(zhì)量,能夠更好地為施工生產(chǎn)做好服務(wù)工作。

      1 工程簡介

      金烽烏江大橋為單跨簡支鋼桁梁懸索橋,是貴陽至成都高速公路的重要組成部分,項目地處云貴高原中北部向西北高原山地過渡地帶。場區(qū)地形為U形河谷,谷底寬約447 m,谷口寬約480 m。橋梁全長1 473.5 m,主橋長650 m,垂跨比1/9.5;貴陽岸邊跨長218 m,古藺岸邊跨長188 m。

      兩岸均為重力式錨碇,明挖擴大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計以中風(fēng)化巖層為基礎(chǔ)持力層。錨碇主要劃分為錨體、散索鞍支墩基礎(chǔ)、前錨室、散索鞍支墩、基礎(chǔ)后澆段、橋墩基礎(chǔ)、后錨室、臨時人洞及檢修人洞等9個部分。錨碇結(jié)構(gòu)平面尺寸大,為避免錨體以及基礎(chǔ)在澆筑施工后出現(xiàn)收縮與溫度裂縫,錨體及基礎(chǔ)共分成四塊澆筑,各塊之間用后澆段進(jìn)行現(xiàn)澆連接,后澆段采用微膨脹混凝土澆筑并設(shè)置連接鋼筋加強。

      錨碇主纜錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管定位是錨碇施工中的一個重要環(huán)節(jié),通過定位型鋼支架實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼管的精確定位,整個過程的測量計算及精度控制成為主纜錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管施工的重中之重[2]。

      2 主纜錨固系統(tǒng)簡介

      金烽烏江大橋共兩根主纜,每根主纜有127股通長索股,每股由91根直徑5.25 mm鍍鋅鋁合金高強平行鋼絲索股組成。主纜錨固系統(tǒng)由索股錨固連接構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力索錨固構(gòu)造組成。索股錨固連接構(gòu)造分為單索股錨固連接構(gòu)造和雙索股錨固連接構(gòu)造。前錨面與后錨面均為與索股中心線垂直的平面,預(yù)應(yīng)力鋼束沿索股發(fā)散方向布置。金烽烏江大橋全橋4個錨固體系共計292根預(yù)應(yīng)力鋼管,其中單索股為φ108×5無縫鋼管,雙索股為φ140×5無縫鋼管。單根預(yù)應(yīng)力鋼管長約18 m,分兩段施工。

      按照“錨體分層澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼管分節(jié)支撐、管道分段接長”的原則,在預(yù)應(yīng)力管道安裝過程中,以貴陽岸錨碇左側(cè)錨體為例,單個錨體設(shè)置7道支架(如圖1所示)和四個定位骨架。前、后錨面各設(shè)一個定位面,中間設(shè)置2個定位面,使預(yù)應(yīng)力管道形成主跨5 m的3跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。預(yù)應(yīng)力管道通過型鋼支架定位安裝,施工前先將錨碇錨體分臺階澆筑,提供支架預(yù)埋支撐平臺,然后一次性搭設(shè)完成支架,最后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道安裝。管道安裝分兩次就位,通過測量空間坐標(biāo)保證其孔道中心坐標(biāo)允許偏差在±5 mm范圍內(nèi),采用焊接或螺栓連接的方式進(jìn)行安裝,定位支架安裝完成后繼續(xù)安裝管道定位骨架。預(yù)應(yīng)力管道安裝在定位骨架的橫梁上,采用U型螺栓進(jìn)行加固,防止其滑動。測量前錨面孔道角度誤差在±0.1?內(nèi)后,安裝預(yù)應(yīng)力錨墊板,保證其與預(yù)應(yīng)力鋼管的安裝垂直。

      在施工時嚴(yán)格檢查接頭管與預(yù)應(yīng)力管道之間的焊縫,保證焊縫質(zhì)量和焊縫厚度,避免漏漿,確保預(yù)應(yīng)力管道結(jié)構(gòu)完整通暢[3]。同時在澆筑接頭管處的混凝土?xí)r,加大檢孔器檢查預(yù)應(yīng)力管道頻率,確保預(yù)應(yīng)力管道通暢,為后續(xù)預(yù)應(yīng)力束順利通過提供條件。

      3 預(yù)應(yīng)力鋼管空間坐標(biāo)計算方法

      根據(jù)主纜錨固系統(tǒng)設(shè)計圖,主纜中心理論交點IP、后錨面中心點P、前錨面中心點O特殊的坐標(biāo)關(guān)系,理論中心線與縱向水平線夾角α、預(yù)應(yīng)力錨固鋼束參數(shù)表等,實現(xiàn)整根預(yù)應(yīng)力無縫鋼管通過改變與前錨面的距離關(guān)系計算出任意點的空間施工坐標(biāo)??紤]到鋼管中心無法直接放樣效果,利用預(yù)應(yīng)力鋼管的直徑及理論水平線夾角α推算出對應(yīng)點在鋼管頂面的高程,根據(jù)現(xiàn)場不同的放樣位置推算出待放樣點的空間坐標(biāo)。常規(guī)的方法一般采用卡西歐計算或CAD實現(xiàn)放樣,雖然操作簡單,但現(xiàn)場連續(xù)性測量能力不足,極易產(chǎn)生計算偏差。通過采用Excel表格函數(shù)編程,利用手持終端設(shè)備進(jìn)行放樣工作,可以達(dá)到快速靈活的效果,大大提高了測量控制質(zhì)量和工作效率。

      3.1 常規(guī)方法計算

      為方便施工,根據(jù)施工圖提供的坐標(biāo)(如圖2所示),后錨面中心點P坐標(biāo)為(Xp,Yp,Zp),前錨面中心點O坐標(biāo)為(Xo,Yo,Zo),投影平面角αh表示預(yù)應(yīng)力鋼束中心線在平面XOZ上的投影與X軸的夾角。投影立面角αv表示預(yù)應(yīng)力鋼束中心線在立面XOY上的投影與X軸的夾角,前后錨面中心直線距離18 m。

      以A1束為例,預(yù)應(yīng)力束中心線與后錨面交點立面/平面距離分別a1、b1,預(yù)應(yīng)力束中心線與前錨面交點立面/平面距離分別a2、b2。設(shè)每根預(yù)應(yīng)力鋼管任意一處與前錨距離為D,采用內(nèi)差法推算出鋼管任意一處中心點立面/平面距離分別為

      立面距離:a3=a2+(a1?a2)/18×D

      平面距離:b3=b2+(b1?b2)/18×D

      通過后錨面中心點P坐標(biāo)(Xp,Yp,Zp),前錨面中心點O坐標(biāo)(Xo,Yo,Zo),水平線夾角α等,計算出中心線方位角,預(yù)應(yīng)力鋼束中心線與各點空間關(guān)系,推算出任意一處中心點坐標(biāo),則:

      中心線方位角:

      任意點對應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼束中心線坐標(biāo):

      任意點預(yù)應(yīng)力管道中心坐標(biāo):

      在現(xiàn)場實際施工中,無法實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼管中心測量,通過鋼管半徑r、理論水平線夾角α和投影立面角αv之間關(guān)系,推算出任意點預(yù)應(yīng)力管道中心對應(yīng)理論高程如下:

      由此推算出預(yù)應(yīng)力鋼管任意一段施工坐標(biāo)(x,y,z),若測量過程中實際坐標(biāo)與理論施工坐標(biāo)不符,要通過微調(diào)裝置進(jìn)行調(diào)整,直至滿足規(guī)范的要求。在同類型管道結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以重復(fù)以上計算,得出最后結(jié)果進(jìn)行放樣。

      3.2 Excel函數(shù)計算

      利用表格計算進(jìn)行程序編寫,是在常規(guī)計算式的基礎(chǔ)上,通過Excel函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)。以A1束為例,通過設(shè)計圖中提供的點前后錨面的中心坐標(biāo)(K8~O8)與每一束的特征點坐標(biāo)建立基礎(chǔ)參數(shù)列表中數(shù)據(jù)(D8~I(xiàn)8),計算出任意位置鋼管頂坐標(biāo)(S8、T8、W8中數(shù)據(jù))來實施放樣,在這里就不再贅述。我們需要注意以下兩點:一是Excel利用函數(shù)計算數(shù)據(jù)只默認(rèn)弧度,因此在利用EXCEL進(jìn)行計算時需先將角度轉(zhuǎn)換成弧度,才能正確計算出結(jié)果,在這里就要用到Radians函數(shù);二是度數(shù)與度、分、秒相互間的轉(zhuǎn)換,利用Excel函數(shù)INT(將數(shù)字向下舍入到最接近的整數(shù))、Radians(將角度轉(zhuǎn)換為弧度)和Degrees(將弧度轉(zhuǎn)換為角度)進(jìn)行度數(shù)與度、分、秒相互轉(zhuǎn)換,主要解決的是60進(jìn)制與小數(shù)的轉(zhuǎn)換問題。

      在智能技術(shù)相對發(fā)達(dá)的今天,針對預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)這種變量少、重復(fù)計算量較大的測量內(nèi)業(yè)工作,為減少人為計算錯誤,利用Excel表格中的數(shù)學(xué)函數(shù)計算,在完成計算程序的同時,可以通過常規(guī)計算方法相互復(fù)

      核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,從而提高數(shù)據(jù)計算過程的工作效率[4]。

      4 結(jié)語

      懸索橋錨碇施工與主塔施工基本同步,施工工期緊、任務(wù)重,金烽烏江大橋主纜錨固系統(tǒng)是主纜施工的重要組成部分,主纜錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力管道精準(zhǔn)定位相當(dāng)重要。全橋4個錨固體系共計292根預(yù)應(yīng)力鋼管采用分層分段固結(jié)測量控制,要使單根18 m預(yù)應(yīng)力鋼管,分兩段9 m在施工中固接定位,采用常規(guī)方法計算,光坐標(biāo)過程計算就達(dá)到了4萬多頻次,且極易出現(xiàn)計算錯誤,無法保證現(xiàn)場施工的連續(xù)性、及時性和準(zhǔn)確性,同時在滿足施工進(jìn)度的情況下,必須增加人員來完成。而通過Excel表格編制簡易錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力束計算程序,極大地提高了測量工作效率,保障了施工節(jié)點有序推進(jìn),同時有效減少人為計算的錯誤率,確保金烽烏江大橋錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管安裝精度100%合格,希望這種錨固系統(tǒng)坐標(biāo)計算方式能為以后類似的測量計算提供了參考。

      參考文獻(xiàn)

      [1]王紅軍, 朱輝. 淺談Excel函數(shù)在施工測量內(nèi)業(yè)計算中的應(yīng)用[C]. 機械疏浚專業(yè)委員會第十九次疏浚與吹填技術(shù)經(jīng)驗交流會論文與技術(shù)經(jīng)驗總結(jié)文集, 2006.

      [2]金正川. 大型懸索橋錨碇錨固系統(tǒng)施工測量控制技術(shù)[J]. 中國高新科技, 2020(16): 45-46.

      [3]周俊, 劉德朋, 陳浩. 某公路大橋錨碇錨固系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼管精確定位[J]. 施工技術(shù), 2005(7): 57-58+67.

      [4]江蘇省交通工程建設(shè)局. 特大跨徑公路橋梁施工測量規(guī)范: JTGT 3650-02—2019[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司, 2019.

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