大跨度空間結(jié)構(gòu)屋面板加載施工健康監(jiān)測(cè)

1、<p>　　大跨度空間結(jié)構(gòu)屋面板加載施工健康監(jiān)測(cè)</p><p>　　【摘 要】空間大跨結(jié)構(gòu)的發(fā)展是衡量一個(gè)國家建筑科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，然而如何能夠保證這些大跨結(jié)構(gòu)在施工及運(yùn)營階段的安全也成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)大跨鋼屋蓋屋面板加載過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以確保結(jié)構(gòu)的施工安全和正常使用，同時(shí)也可以驗(yàn)證監(jiān)測(cè)過程中整個(gè)系統(tǒng)的有效性。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】空間大跨

2、，屋面加載，模擬分析，健康監(jiān)測(cè) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家建筑科學(xué)水平的重要標(biāo)志之一。因?yàn)樗目缍却?、質(zhì)量輕、造型豐富優(yōu)美，在一些大眾文化交流、體育娛樂等重要設(shè)施，如體育場(chǎng)館、展覽會(huì)館等已被廣泛應(yīng)用。由于這種大型公共建筑物具有很高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，使之安全順利的建造成型并投入正常使用就具有極

3、其重要的意義[1]。 </p><p>　　西寧體育場(chǎng)的修建是青海省的一項(xiàng)重要工程，亦是青海省的地標(biāo)性建筑。屋面板的安裝是一道復(fù)雜的工序，屋面板安裝首先將主結(jié)構(gòu)檁托調(diào)差完檁條，對(duì)施工作業(yè)面上已安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)檁條及各關(guān)鍵部位的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；屋面彩鋼底板制作在工廠加工成形，包裝成捆，直接由鏈葫蘆成捆進(jìn)行提升，在高空拆包進(jìn)行屋面底板的安裝作業(yè)。在施工過程中由于屋面板等材料的吊裝及各種機(jī)械設(shè)備的來回移動(dòng)，

4、動(dòng)載較大，施工人員很多，為了保證安全，同時(shí)也為了確保工程質(zhì)量，依據(jù)《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ61-2003)、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)、《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344-2004)、《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》(GB/T11345)以及《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ78-91)等，在工程施工過程中(本文主要是指屋面板的加載過程)采取一系列的工程質(zhì)量控制措施。在屋面板

5、的加載期間，按照結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)要求對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　1 西寧體育場(chǎng)屋面加載施工健康監(jiān)測(cè) </p><p>　　1.1 體育場(chǎng)在施工及運(yùn)營階段整體監(jiān)測(cè)方案 </p><p>　　鋼構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變是體育場(chǎng)鋼屋蓋加載施工監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象[3]。傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)組成了它的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用的儀器設(shè)備有光纖光柵

6、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器(FSS3211DS，量程3500με)、光纖光柵砼表面應(yīng)變傳感器(FSS0221DS，量程3500με)、鋼弦表面應(yīng)變計(jì)(YH0212A，量程3500με)、光纖光柵傳感智能分析儀(FAS—B)、測(cè)讀儀(YH6406)、自動(dòng)采集無線傳輸模塊(YH6601)、數(shù)據(jù)采控軟件(YH9500)、電腦等。 </p><p>　　測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)點(diǎn)編號(hào)綜合考慮結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果，選擇44根關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)。如

7、圖2中平面布置圖中4處位置，其中2處紅色標(biāo)記位置處選用光纖光柵應(yīng)變傳感器，2處綠色標(biāo)記位置處用鋼弦傳感器，每處包括：4根撐桿、3根弦桿、2根腹桿、1根環(huán)形鋼管(洋紅色標(biāo)記)、1個(gè)砼柱頂(藍(lán)色標(biāo)記)。每個(gè)構(gòu)件測(cè)點(diǎn)的傳感器數(shù)量應(yīng)足以真實(shí)反映相應(yīng)位置的應(yīng)力情況。 </p><p>　　本項(xiàng)目在屋面板加載施工階段以及后面的長(zhǎng)期運(yùn)營階段都是采用兩套系統(tǒng)，在體育場(chǎng)的北面和西面采用鋼弦傳感器，南面和東面采用光纖光柵應(yīng)力應(yīng)變傳感

8、器及混凝土應(yīng)變計(jì)，數(shù)據(jù)采集采用光纖光柵信號(hào)采集分析儀及鋼弦采集分析儀。 </p><p>　　傳感器的安裝采用焊接式，各桿件都是按照逆時(shí)針方向進(jìn)行編號(hào)的。 </p><p>　　1.2 體育場(chǎng)屋面板加載過程中西面和南面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　考慮到結(jié)構(gòu)東西對(duì)稱、南北對(duì)稱，所以在本文中只取了西面和南面管桁架關(guān)鍵桿件的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 </p>

9、<p>　　分析監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，在卸載之后開始加載屋面板的過程當(dāng)中，短軸方向的環(huán)桿主要以受壓為主，從總體趨勢(shì)看，環(huán)向桿的應(yīng)力是逐漸減小的；下弦桿主要以受壓為主，測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值以負(fù)值居多，其應(yīng)力大小值呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)；從監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，上弦桿在這個(gè)過程中呈受壓狀態(tài)，應(yīng)力值的大小是逐步減小的；腹桿受壓，且應(yīng)力值的變化比較平穩(wěn)；混凝土柱上的應(yīng)力雖然拉壓都有，但是其正值居多，主要還是以受拉為主；撐桿上的應(yīng)力值基本以負(fù)值為主，主要受壓

10、，撐桿ZC2和ZC4雖然在剛開始應(yīng)力值的變化起伏較大，但是到后來都是趨于穩(wěn)定的，撐桿的應(yīng)力值大小逐漸增大，增大的幅度不大，較平穩(wěn)。 </p><p>　　分析應(yīng)力變化圖可以看出，長(zhǎng)軸方向的環(huán)向桿以受壓為主，且絕大多數(shù)的應(yīng)力變化都比較平穩(wěn)；下弦桿中，8#桿件主要受壓，應(yīng)力變化到后期趨于穩(wěn)定，應(yīng)力值的大小呈逐漸減小的趨勢(shì)。12#桿件由受拉變?yōu)楹竺娴囊允軌簽橹?，?yīng)力值的變化較小，較平穩(wěn)；上弦桿由剛開始的受拉變?yōu)楹竺娴囊?/p>

11、受壓為主，應(yīng)力值的變化較緩，且應(yīng)力值的大小逐漸減??；在本次監(jiān)測(cè)中，長(zhǎng)軸方向的腹桿都是以手拉為主的，應(yīng)力值變化很??；混凝土柱上的應(yīng)力主要也是受拉為主，應(yīng)力變化雖有起伏，但是總體都是趨于穩(wěn)定的；撐桿中，SZC5和SZC6受拉，應(yīng)力值變化穩(wěn)中有升。SZC7和SZC8受壓，應(yīng)力大小穩(wěn)中有降。 </p><p>　　通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)最大的不同有兩點(diǎn)： </p><p>　　第一，在本次監(jiān)測(cè)的過程中，

12、短軸方向腹桿主要受壓，而長(zhǎng)軸方向的腹桿以受拉為主； </p><p>　　第二，短軸方向的撐桿和長(zhǎng)軸方向的撐桿SZC5與SZC6在單榀管桁架中處于同一位置，但撐桿ZC1與ZC2主要受壓，撐桿SZC5與SZC6受拉。 </p><p>　　究其原因，首先是因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)短軸和長(zhǎng)軸的受力狀況有些不同，短軸具有較大跨度的懸挑立體桁架，短軸屋蓋的懸挑長(zhǎng)度比長(zhǎng)軸長(zhǎng)18.2m。再加上在屋面板加載過程中屋面

13、板及各種機(jī)械設(shè)備的吊裝及移動(dòng)等各種動(dòng)荷載的施加會(huì)導(dǎo)致其受力會(huì)有不同。 </p><p>　　總體而言，在本次監(jiān)測(cè)中，不管是長(zhǎng)軸方向還是短軸方向的管桁架，盡管其關(guān)鍵桿件應(yīng)力會(huì)有波動(dòng)，個(gè)別也會(huì)出現(xiàn)了波動(dòng)較大的應(yīng)力點(diǎn)，但隨時(shí)間的進(jìn)行各測(cè)點(diǎn)都會(huì)趨于平穩(wěn)，說明可能是因?yàn)榕R時(shí)的局部荷載所造成的。幾乎所有的桿件到后面應(yīng)力都趨于穩(wěn)定，說明在屋面板加載這一段時(shí)間內(nèi)鋼屋蓋基本屬于正常工作狀態(tài)。 </p><p&g

14、t;　　通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)分析表明：由于西寧的高原氣候及其一天的溫差變化比較大，再加上它施工荷載的不定性等諸多因素的影響，結(jié)構(gòu)桿件的微應(yīng)變偏差值離散性有時(shí)變化較大，特別像是在混凝土柱上和撐桿上的微應(yīng)變。各監(jiān)測(cè)桿件都處于其彈性工作范圍之內(nèi)，都沒有達(dá)到結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力設(shè)計(jì)值(345MPa)。 </p><p><b>　　2結(jié)論 </b></p><p>　　1、幾乎所有的桿

15、件到后面應(yīng)力都趨于穩(wěn)定，說明在屋面板加載的這一段時(shí)間內(nèi)鋼屋蓋基本屬于正常工作狀態(tài)。 </p><p>　　2、屋面板加載的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)分析表明：由于西寧的高原氣候及其一天的溫差變化比較大，再加上它施工荷載的不定性等諸多因素的影響，結(jié)構(gòu)桿件的微應(yīng)變偏差值離散性有時(shí)變化較大，特別像是在混凝土柱上和撐桿上的微應(yīng)變。各監(jiān)測(cè)桿件都處于其彈性工作范圍之內(nèi)，都沒有達(dá)到結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力設(shè)計(jì)值(345MPa)。 </p>

16、<p><b>　　3參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　劉濤. 大跨度空間結(jié)構(gòu)施工的數(shù)值模擬與健康監(jiān)測(cè)[D]. 天津: 天津大學(xué), 2005 </p><p>　　金恩平. 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與安全性評(píng)價(jià)方法研究[D]. 蘭州理工大學(xué), 2011 </p><p>　　張啟偉, 袁萬城, 崔飛. 橋梁健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估的研