大跨度空間結(jié)構(gòu)屋面板加載施工健康監(jiān)測

1、<p>　　大跨度空間結(jié)構(gòu)屋面板加載施工健康監(jiān)測</p><p>　　【摘 要】空間大跨結(jié)構(gòu)的發(fā)展是衡量一個國家建筑科學(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)在施工及運營階段的安全也成為現(xiàn)在研究的熱點。本文對大跨鋼屋蓋屋面板加載過程進(jìn)行了實時在線監(jiān)測，以確保結(jié)構(gòu)的施工安全和正常使用，同時也可以驗證監(jiān)測過程中整個系統(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 </p><p>　　中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p>　　大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個國家建筑科學(xué)水平的重要標(biāo)志之一。因為它的跨度大、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，如體育場館、展覽會館等已被廣泛應(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>　　西寧體育場的修建是青海省的一項重要工程，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，達(dá)到設(shè)計要求；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，

4、動載較大，施工人員很多，為了保證安全，同時也為了確保工程質(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)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)、《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(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》(GB/T11345)以及《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(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)計要求對結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位實施動態(tài)監(jiān)測。 </p><p>　　1 西寧體育場屋面加載施工健康監(jiān)測 </p><p>　　1.1 體育場在施工及運營階段整體監(jiān)測方案 </p><p>　　鋼構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變是體育場鋼屋蓋加載施工監(jiān)測的主要對象[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(YH0212A，量程3500με)、光纖光柵傳感智能分析儀(FAS—B)、測讀儀(YH6406)、自動采集無線傳輸模塊(YH6601)、數(shù)據(jù)采控軟件(YH9500)、電腦等。 </p><p>　　測點布置及測點編號綜合考慮結(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。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個砼柱頂(藍(lán)色標(biāo)記)。每個構(gòu)件測點的傳感器數(shù)量應(yīng)足以真實反映相應(yīng)位置的應(yīng)力情況。 </p><p>　　本項目在屋面板加載施工階段以及后面的長期運營階段都是采用兩套系統(tǒng)，在體育場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，數(shù)據(jù)采集采用光纖光柵信號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針方向進(jìn)行編號的。 </p><p>　　1.2 體育場屋面板加載過程中西面和南面監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　考慮到結(jié)構(gòu)東西對稱、南北對稱，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)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 </p>

9、<p>　　分析監(jiān)測結(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，測點應(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；從監(jiān)測結(jié)果來看，上弦桿在這個過程中呈受壓狀態(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。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)測中，長軸方向的腹桿都是以手拉為主的，應(yīng)力值變化很?。换炷林系膽?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>　　通過對比可以發(fā)現(xiàn)最大的不同有兩點： </p><p>　　第一，在本次監(jiān)測的過程中，

12、短軸方向腹桿主要受壓，而長軸方向的腹桿以受拉為主； </p><p>　　第二，短軸方向的撐桿和長軸方向的撐桿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，首先是因為在結(jié)構(gòu)短軸和長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，短軸屋蓋的懸挑長度比長軸長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)備的吊裝及移動等各種動荷載的施加會導(dǎo)致其受力會有不同。 </p><p>　　總體而言，在本次監(jiān)測中，不管是長軸方向還是短軸方向的管桁架，盡管其關(guān)鍵桿件應(yīng)力會有波動，個別也會出現(xiàn)了波動較大的應(yīng)力點，但隨時間的進(jìn)行各測點都會趨于平穩(wěn)，說明可能是因為臨時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;　　通過實時在線監(jiān)測分析表明：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、屋面板加載的實時在線監(jiān)測分析表明：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[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)測與安全性評價方法研究[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)測與狀態(tài)評估的研