CN111982088B

CN111982088B - 预制混凝土塔筒垂直度的测量方法

Info

Publication number: CN111982088B
Application number: CN202010749520.8A
Authority: CN
Inventors: 周瑞权; 陈钢; 赵雅丽
Original assignee: Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Electromechanical Engineering
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2040-07-30
Also published as: CN111982088A

Abstract

本发明公开了一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，包括步骤：1、在塔筒(2)外架设与塔筒底面中心的连线相互垂直的X向经纬仪(11)和Y向经纬仪(12)；2、测量两台经纬仪与塔筒等高处外壁的第一水平距离Sx和第二水平距离Sy；3、通过X向经纬仪测量塔筒顶面中心与底面中心的X向偏心夹角并计算X向水平偏心距离△x；4、通过Y向经纬仪测量塔筒顶面中心与底面中心的Y向偏心夹角并计算Y向水平偏心距离△y；5、计算塔筒顶面中心与底面中心的总偏心距离△h＝((△x)²+(△y)²)^1/2；6、计算塔筒垂直度Δh/H。本发明能快速测量和计算得到塔筒的垂直度，有利于提高施工效率。

Description

预制混凝土塔筒垂直度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种塔筒施工用质量检测方法，尤其涉及一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法。

背景技术

风力发电作为一种清洁能源技术，在我国风资源较好地区得到了广泛的应用，随着风力发电机组的功率日益增大，使得风轮的直径越来越大，塔筒的高度也越来越高，传统的钢塔筒刚度较低，塔筒易于产生共振而损坏。目前，下部采用混凝土塔筒、上部采用钢塔筒的新型钢混塔筒结构体系得到了深入的研究和广泛的应用，可有效的提高塔筒的刚度，确保塔筒避免产生共振。由于混凝土塔筒一般采用分节、分片预制的方式，即沿着塔筒高度方向划分为若干筒节，沿着塔筒环向划分为若干筒片，在工厂预制好后运输至现场进行拼装和吊装作业，使其形成一个整体。由于筒片制作的误差、拼装的误差、吊装的误差等原因，随着筒节的数量增加，施工过程中塔筒的垂直度控制就越来越重要。

现有技术中风力发电机组混凝土塔筒的垂直度控制方式一般有三种：第一种是吊铅锤方式，即塔筒施工过程中，施工人员从顶部吊铅锤至塔筒底部，测量塔筒顶部与塔筒底部中心的距离，进而计算其垂直度。第二种是用激光垂准仪测量法。即在塔筒底部以某一固定参考点为标准，用激光垂准仪垂直向上打激光点，在顶部接受到点位后，再计算出塔筒顶部与塔筒底部中心的距离，进而计算其垂直度。上述两种方法塔筒垂直度控制应用中存在如下缺点：

1、混凝土塔筒在吊装之前，内部电气设备就必须已经就位，否则内部电气设备就无法吊入塔筒内部。这导致塔筒底部有很多设备，会把塔筒底部的圆心位置遮挡住，必须事先从圆心向边上无遮挡处引入一个点作为底部的标准点，加大了测量的误差。

2、混凝土塔筒内部为空心结构，塔筒顶部的测量点只能定位在施工平台上。由于施工平台的构造原因，如存在升降、变径等功能，很难将施工平台上某个固定点作为塔筒顶部的圆心。

3、每次测量时，仪器和施工人员都必须在施工平台上，由于人员的走动等原因会导致测量的误差增大。

4、每次测量的时间较长，降低了施工效率。

第三种是通过全站仪等设备测量塔筒圆周坐标，再经高程值计算、数值拟合等方法计算得到圆心坐标，该方法需要测量的数据多，且算法流程复杂，对测量人员的技能要求较高，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，能快速测量和计算得到塔筒的垂直度，有利于提高施工效率。

本发明是这样实现的：

一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在塔筒外侧架设两台经纬仪，分别标记为X向经纬仪和Y向经纬仪，两台经纬仪与塔筒底面中心的连线相互垂直；

步骤2：分别测量X向经纬仪与塔筒等高处外壁的第一水平距离Sx以及Y向经纬仪与塔筒等高处外壁的第二水平距离Sy；

步骤3：通过X向经纬仪测量塔筒的顶面中心与底面中心的X向偏心夹角△θx，并计算X向水平偏心距离△x，计算公式为：△x＝tan(△θx)*(Sx+R)，其中，R为塔筒与X向经纬仪等高面处的外半径；

步骤4通过Y向经纬仪测量塔筒的顶面中心与底面中心的Y向偏心夹角△θy，并计算Y向水平偏心距离△y，计算公式为：△y＝tan(△θy)*(Sy+R)，其中R为塔筒与Y向经纬仪等高面处的外半径；

步骤5：计算塔筒的顶面中心与底面中心的总偏心距离△h，计算公式为△h＝((△x)²+(△y)²)^1/2；

步骤6：计算塔筒的垂直度，计算公式为Δh/H，其中，H为塔筒的高度。

将所述的塔筒与两台经纬仪等高面处的中心作为圆心，在该等高面内设置二维X-Y直角坐标系，X向经纬仪位于Y轴上，Y向经纬仪位于X轴上。

所述的步骤3还包括：

步骤3.1：通过X向经纬仪读出塔筒底部两个边缘测量点处的第一角度值θx1和第二角度值θx2，并计算塔筒底面中心的X向角度值，计算公式为：(θx1+θx2)/2；

步骤3.2：通过X向经纬仪读出塔筒顶部两个边缘测量点处的第三角度值θx3和第四角度值θx4，并计算塔筒顶面中心的X向角度值，计算公式为：(θx3+θx4)/2；

步骤3.3：计算塔筒的顶面中心与底面中心在X向上的偏心夹角△θx，计算公式为：△θx＝(θx1+θx2)/2-(θx3+θx4)/2。

在所述的步骤3.1中，X向经纬仪读取的塔筒底部的两个边缘测量点为X向经纬仪测量方向所在的直线与塔筒底面的切点。

在所述的步骤3.2中，X向经纬仪读取的塔筒顶部的两个边缘测量点为X向经纬仪测量方向所在的直线与塔筒顶面的切点。

所述的步骤4还包括：

步骤4.1：通过Y向经纬仪读出塔筒底部两个边缘测量点处的第五角度值θy1和第六角度值θy2，并计算塔筒底面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy1+θy2)/2；

步骤4.2：通过Y向经纬仪读出塔筒顶部两个边缘测量点处的第七角度值θy3和第八角度值θy4，并计算塔筒顶面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy3+θy4)/2；

步骤4.3：计算塔筒的顶面中心与底面中心在Y向上的偏心夹角△θy，计算公式为：△θy＝(θy1+θy2)/2-(θy3+θy4)/2。

在所述的步骤4.1中，Y向经纬仪读取的塔筒底部的两个边缘测量点为Y向经纬仪测量方向所在的直线与塔筒底面的切点。

在所述的步骤4.2中，Y向经纬仪读取的塔筒顶部的两个边缘测量点为Y向经纬仪测量方向所在的直线与塔筒顶面的切点。

所述的第一水平距离Sx为X向经纬仪与塔筒等高面处中心的距离减去塔筒等高面处的外半径，第二水平距离Sy为Y向经纬仪与塔筒等高面处中心的距离减去塔筒等高面处的外半径。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明只需采用两台经纬仪快速测量角度数据，采用一把卷尺快速测量距离数据，经过简单的求和、平均等计算即可得到塔筒的垂直度，测量便捷，计算简单，无需专业的算法或软件，对测量人员也无特殊的技能要求。

2、本发明采集的数据仅为8个角度值和2个距离值，大大提高了测量作业的效率，降低了测量作业的难度，测量一次垂直度只需几分钟即可完成，有利于提高整体的施工效率。

3、本发明采用的测量仪器均位于塔筒外部，避免了内部电气设备与测量仪器之间的干扰，对测量仪器的具体安装位置也没有要求，操作更方便，不对塔筒内部施工造成影响，能在塔筒吊装和内部施工的同时进行垂直度的监测，确保安全施工。

本发明能通过两台经纬仪和一把卷尺快速测量和计算得到塔筒的垂直度，操作简单、快捷，对测量人员技能的要求低，有利于提高塔筒吊装的施工效率。

附图说明

图1是本发明预制混凝土塔筒垂直度的测量方法的示意图；

图2是本发明预制混凝土塔筒垂直度的测量方法的俯视示意图。

图中，11X向经纬仪，12Y向经纬仪，2塔筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1和附图2，一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在塔筒2外侧架设两台经纬仪，两台经纬仪与塔筒底面中心的连线相互垂直，分别标记为X向经纬仪11和Y向经纬仪12，即将塔筒2与两台经纬仪等高面的中心作为圆心，在该等高面内设置二维X-Y直角坐标系，X向经纬仪11位于Y轴(Y向)上，Y向经纬仪12位于X轴(X向)上。

步骤2：用卷尺分别测量X向经纬仪11与塔筒2等高处外壁的第一水平距离Sx以及Y向经纬仪12与塔筒2等高处外壁的第二水平距离Sy。第一水平距离Sx即为X向经纬仪11与塔筒2等高面处中心的距离减去塔筒2等高面处的外半径，第二水平距离Sy即为Y向经纬仪12与塔筒2等高面处中心的距离减去塔筒2等高面处的外半径。

步骤3：通过X向经纬仪11测量塔筒2的顶面中心与底面中心的X向偏心夹角△θx，并计算X向水平偏心距离△x，计算公式为：△x＝tan(△θx)*(Sx+R)，其中，R为塔筒2与X向经纬仪11等高面处的外半径。

步骤3.1：通过X向经纬仪11读出塔筒2底部两个边缘测量点处的第一角度值θx1和第二角度值θx2，并计算塔筒2底面中心的X向角度值，计算公式为：(θx1+θx2)/2。其中，X向经纬仪11读取的塔筒2底部的两个边缘测量点为X向经纬仪11测量方向所在的直线与塔筒2底面的切点。

在一个圆的外部的任何一点，从此点看向此圆，看到圆的最外侧都是切点，该点与圆的两个切点分别是圆的两条切线，由于圆的对称性，两条切线的角平分线必然通过圆心，且该点与该圆心构成了一个垂面。基于上述原理，X向经纬仪11与塔筒2的底面圆心构成一个垂面，X向经纬仪11与塔筒2的顶面圆心构成一个垂面，偏心夹角即该两个垂面的水平夹角。测出塔筒2的底面圆心(因垂直度以底面圆心为基准，测量塔筒2的顶部圆心相对于塔筒2的底部圆心的偏心)与X向经纬仪11的水平距离，即可计算出塔筒2的底面和顶面圆心的水平偏心距离，进而计算出垂直度。故而X向经纬仪11亦无须和塔筒2的某个标高持平，只要测量其与塔筒2等高处的水平距离即可。Y向经纬仪12的测量原理相同，此处不再赘述。

步骤3.2：通过X向经纬仪11读出塔筒2顶部两个边缘测量点处的第三角度值θx3和第四角度值θx4，并计算塔筒2顶面中心的X向角度值，计算公式为：(θx3+θx4)/2。其中，X向经纬仪11读取的塔筒2顶部的两个边缘测量点为X向经纬仪11测量方向所在的直线与塔筒2顶面的切点。

步骤3.3：计算塔筒2的顶面中心与底面中心在X向上的偏心夹角△θx，计算公式为：△θx＝(θx1+θx2)/2-(θx3+θx4)/2。

步骤4：通过Y向经纬仪12测量塔筒2的顶面中心与底面中心的Y向偏心夹角△θy，并计算Y向水平偏心距离△y，计算公式为：△y＝tan(△θy)*(Sy+R)，其中R为塔筒2与Y向经纬仪12等高面处的外半径。

步骤4.1：通过Y向经纬仪12读出塔筒2底部两个边缘测量点处的第五角度值θy1和第六角度值θy2，并计算塔筒2底面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy1+θy2)/2。其中，Y向经纬仪12读取的塔筒2底部的两个边缘测量点为Y向经纬仪12测量方向所在的直线与塔筒2底面的切点。

步骤4.2：通过Y向经纬仪12读出塔筒2顶部两个边缘测量点处的第七角度值θy3和第八角度值θy4，并计算塔筒2顶面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy3+θy4)/2。其中，Y向经纬仪12读取的塔筒2顶部的两个边缘测量点为Y向经纬仪12测量方向所在的直线与塔筒2顶面的切点。

步骤4.3：计算塔筒2的顶面中心与底面中心在Y向上的偏心夹角△θy，计算公式为：△θy＝(θy1+θy2)/2-(θy3+θy4)/2。

步骤5：计算塔筒2的顶面中心与底面中心的总偏心距离△h，计算公式为△h＝((△x)²+(△y)²)^1/2。

步骤6：计算塔筒2的垂直度，计算公式为Δh/H，其中，H为塔筒2的高度。

实施例1：

采用本发明的测量方法测量高度H为42m、底面外半径R为4m的塔筒2的垂直度。主要设备为卷尺、X向经纬仪11和Y向经纬仪12，可采用现有技术的电子经纬仪。

步骤1：以塔筒2的底面中心为圆心在该底面上设置二维X-Y直角坐标系，将X向经纬仪11和Y向经纬仪12分别布置在二维X-Y直角坐标系的Y向和X向上，即两个经纬仪与塔筒2的底面等高。X向经纬仪11和Y向经纬仪12与塔筒2的底面中心连线相互垂直。

步骤2：用卷尺测量得到X向经纬仪11距离塔筒2的底面外壁的第一水平距离Sx(沿塔筒2的径向)为32m，Y向经纬仪12距离塔筒2的底面外壁的第二水平距离Sy(沿塔筒2的径向)为40m。

步骤3：通过X向经纬仪11读出塔筒2底面两个边缘测量点处的第一角度值θx1＝21°24’00”，第二角度值θx2＝34°6’00”；计算塔筒2底面中心的X向角度值，(θx1+θx2)/2＝27°45’00”。其中，X向经纬仪11读取的塔筒2底面的两个边缘测量点位于塔筒2底面的X向上。

通过X向经纬仪11读出塔筒2顶面两个边缘测量点处的第三角度值θx3＝23°44’24”，第四角度值θx4＝31°42’00”，并计算塔筒2顶面中心的X向角度值，(θx3+θx4)/2＝27°43’12”。其中，X向经纬仪11读取的塔筒2顶面的两个边缘测量点位于塔筒2顶面的X向上。

计算塔筒2的顶面中心与底面中心在X向上的偏心夹角△θx＝(θx1+θx2)/2-(θx3+θx4)/2＝27°43’12”-27°45’00”＝1’48”。计算X向水平偏心距离△x＝tan(△θx)*(Sx+R)＝tan(1’48”)*(32+4)＝0.019m。

步骤4：通过Y向经纬仪12测量得到第五角度值θy1为50°42’49”，第六角度值θy2为67°45’13”，第七角度值θy3为53°57’00”，第八角度值θy4为62°27’00”。采用与步骤3相同的计算方法计算得到△y＝0.025m。

步骤5：计算塔筒2的顶面中心与底面中心的总偏心距离△h＝((△x)²+(△y)²)^1/2＝0.031m。

步骤6：计算塔筒2的垂直度Δh/H＝0.031/42＝1/1355。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：在塔筒(2)外侧架设两台经纬仪，分别标记为X向经纬仪(11)和Y向经纬仪(12)，两台经纬仪与塔筒底面中心的连线相互垂直；

步骤2：分别测量X向经纬仪(11)与塔筒(2)等高处外壁的第一水平距离Sx以及Y向经纬仪(12)与塔筒(2)等高处外壁的第二水平距离Sy；

步骤3：通过X向经纬仪(11)测量塔筒(2)的顶面中心与底面中心的X向偏心夹角△θx，并计算X向水平偏心距离△x，计算公式为：△x＝tan(△θx)*(Sx+R)，其中，R为塔筒(2)与X向经纬仪(11)等高面处的外半径；

步骤4通过Y向经纬仪(12)测量塔筒(2)的顶面中心与底面中心的Y向偏心夹角△θy，并计算Y向水平偏心距离△y，计算公式为：△y＝tan(△θy)*(Sy+R)，其中R为塔筒(2)与Y向经纬仪(12)等高面处的外半径；

步骤5：计算塔筒(2)的顶面中心与底面中心的总偏心距离△h，计算公式为△h＝((△x)²+(△y)²)^1/2；

步骤6：计算塔筒(2)的垂直度，计算公式为Δh/H，其中，H为塔筒(2)的高度。

2.根据权利要求1所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：将所述的塔筒(2)与两台经纬仪等高面处的中心作为圆心，在该等高面内设置二维X-Y直角坐标系，X向经纬仪(11)位于Y轴上，Y向经纬仪(12)位于X轴上。

3.根据权利要求1所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：所述的步骤3还包括：

步骤3.1：通过X向经纬仪(11)读出塔筒(2)底部两个边缘测量点处的第一角度值θx1和第二角度值θx2，并计算塔筒(2)底面中心的X向角度值，计算公式为：(θx1+θx2)/2；

步骤3.2：通过X向经纬仪(11)读出塔筒(2)顶部两个边缘测量点处的第三角度值θx3和第四角度值θx4，并计算塔筒(2)顶面中心的X向角度值，计算公式为：(θx3+θx4)/2；

步骤3.3：计算塔筒(2)的顶面中心与底面中心在X向上的偏心夹角△θx，计算公式为：△θx＝(θx1+θx2)/2-(θx3+θx4)/2。

4.根据权利要求3所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：在所述的步骤3.1中，X向经纬仪(11)读取的塔筒(2)底部的两个边缘测量点为X向经纬仪(11)测量方向所在的直线与塔筒(2)底面的切点。

5.根据权利要求3所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：在所述的步骤3.2中，X向经纬仪(11)读取的塔筒(2)顶部的两个边缘测量点为X向经纬仪(11)测量方向所在的直线与塔筒(2)顶面的切点。

6.根据权利要求1所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：所述的步骤4还包括：

步骤4.1：通过Y向经纬仪(12)读出塔筒(2)底部两个边缘测量点处的第五角度值θy1和第六角度值θy2，并计算塔筒(2)底面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy1+θy2)/2；

步骤4.2：通过Y向经纬仪(12)读出塔筒(2)顶部两个边缘测量点处的第七角度值θy3和第八角度值θy4，并计算塔筒(2)顶面中心的Y向角度值，计算公式为：(θy3+θy4)/2；

步骤4.3：计算塔筒(2)的顶面中心与底面中心在Y向上的偏心夹角△θy，计算公式为：△θy＝(θy1+θy2)/2-(θy3+θy4)/2。

7.根据权利要求6所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：在所述的步骤4.1中，Y向经纬仪(12)读取的塔筒(2)底部的两个边缘测量点为Y向经纬仪(12)测量方向所在的直线与塔筒(2)底面的切点。

8.根据权利要求6所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：在所述的步骤4.2中，Y向经纬仪(12)读取的塔筒(2)顶部的两个边缘测量点为Y向经纬仪(12)测量方向所在的直线与塔筒(2)顶面的切点。

9.根据权利要求1所述的预制混凝土塔筒垂直度的测量方法，其特征是：所述的第一水平距离Sx为X向经纬仪(11)与塔筒(2)等高面处中心的距离减去塔筒(2)等高面处的外半径，第二水平距离Sy为Y向经纬仪(12)与塔筒(2)等高面处中心的距离减去塔筒(2)等高面处的外半径。