[发明专利]一种管状焊接钢结构网架的逆向建模的方法

说明书

本发明提供了一种管状焊接钢结构网架的逆向建模的方法，包括：进行三维激光扫描，得到管状焊接钢结构网架数据；提取每一个管状构件的点云数据；进行圆柱面拟合，确定圆柱的直径、中心线以及中心线的前后两个端点的三维空间坐标；对每一个端点在允许误差值的范围内寻找与该管状构件连接的其它管状构件的端点，以确定各个管状构件之间的连接关系，构建各管状构件之间的空间拓扑关系；根据重心化坐标的方法修正各个端点的坐标并且重新计算每个管状构件的中心线方程；根据空间拓扑关系及各个管状构件的参数信息进行逆向三维重建。应用本发明可解决现有技术中的测量精度较差、因外部因素无法进行逆向建模、人员的安全性隐患以及测量可重复性等问题。

技术领域

本申请涉及钢结构网架逆向建模技术领域，尤其涉及一种管状焊接钢结构网架的逆向建模的方法。

背景技术

钢结构焊接技术在我国建筑领域中有着较长时间的应用历史，在我国采用钢结构进行建筑物建设的很长一部分时间中，我国一直都在跟随着国际建筑领域发展趋势。

钢结构建筑物一般是以钢材为主要建筑材料的建筑结构，其具有强度高、自重轻、整体刚性好和变形能力强等特点，适用于各种建造大跨度和超高、超重型的建筑物。同时，钢材的材料匀质性和各向同性好，材料塑性、韧性较好，可有较大变形，可以承受较大的动力载荷，同时其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。

随着钢结构建筑物的逐渐广泛建设，为了满足大众对于建筑物结构的越来越多样化的需求，对钢结构网架建筑物的设计施工、安全性、安装检测等均提出了新的严峻挑战。

管状焊接钢结构网架是由多根管状钢结构构件按照一定的网格形式通过焊接连结而成的空间结构。管状焊接钢结构建筑物因其自身的材料和建设的特点，建筑物结构分析和维护是决定该类建筑使用寿命的关键之一。因此，要在一定周期内对管状焊接钢结构网架建筑物进行测量，并且进行逆向建模从而实现结构分析和维护。

然而，建筑物在施工或使用的过程中，由于特殊的安装建设环境的情况或因重新建设、自然或人为的破坏等其它的情况，当现有管状钢结构网架建筑物与原有设计图纸不一致时，需要对现有建筑物的网架结构中的各个管状构件进行测量，从而重新确定钢结构网架中每个部件的确定位置以及部件间的连接结构。

本发明中所涉及的管状焊接钢结构网架是采用钢材作为钢结构网架中的钢梁、钢柱和钢桁架等钢结构管状构件组成的钢结构网架。现有技术中的一种测量方法是：对管状结构的两端点表面贴反射片，使用无棱镜的全站仪，在地面上对反射片的中心位置粗略地测量，或者通过用无棱镜的模式进行测量，从而得到各钢结构管状构件的位置坐标；然后，根据构件设计的尺寸和位置进行逆向建模恢复其三维结构。但是，由于焊接结构易受到外部因素的破坏，多个管状结构的焊接点根据所处网架中的节点位置不同，其所起的受力作用就不一样，受力的不同使得在设计时其考虑的结构特点也不同；并且，全站仪等传统测量仪器只能通过间接的手段来测量管状钢结构的表面，因此采用全站仪测量管状钢结构构件表面粗略认为是管状构件的端点，其精度不可靠；同时，根据设计的尺寸和测量结果进行逆向建模精度难以保障。此外，对于一些弱反射的钢结构材料，无法直接通过全站仪进行无棱镜模式的测量，需要工作人员在其表面贴反射片从而才能进行测量，这种反射片不牢固且无法反复使用，而且人为操作的复杂度较高，且对工作人员安全存在一定隐患。