工程項(xiàng)目看臺(tái)頂棚屋蓋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案

1、PAGE - PAGE 13 -工程項(xiàng)目看臺(tái)頂棚屋蓋結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案1監(jiān)測(cè)內(nèi)容頂棚鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)；頂棚鋼結(jié)構(gòu)幾何變形監(jiān)測(cè)；索力監(jiān)測(cè)2.應(yīng)力監(jiān)測(cè)2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容根據(jù)參數(shù)識(shí)別需要、保證安全需要以及經(jīng)濟(jì)可行的原則和設(shè)計(jì)要求，選取適當(dāng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，整個(gè)頂棚鋼結(jié)構(gòu)共設(shè)置126個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，總共布置126個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器。分別在每榀主桁架弦桿、腹桿等桿件上布設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，內(nèi)力傳感器布置斷面如圖1所標(biāo)注。圖1 傳感器布置2.2監(jiān)測(cè)工況構(gòu)件整體安裝就位后，張拉卸載前，應(yīng)力初值；拉索張拉完成，支撐卸載后，應(yīng)力變化；屋面張拉膜安裝后，應(yīng)力變化；正式使用之前，監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化（兩次）；運(yùn)營(yíng)階段，分別在上半年監(jiān)測(cè)一次，

2、下半年監(jiān)測(cè)一次，共監(jiān)測(cè)兩年。2.3監(jiān)測(cè)方法應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)一般有兩種形式，電阻式以及振弦式。前者適合在節(jié)點(diǎn)類型的小型構(gòu)件的測(cè)量，后者適合在中大型構(gòu)件的測(cè)量。本次監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件選取合適的測(cè)量方法。2.4監(jiān)測(cè)設(shè)備振弦式傳感器及采集儀的類型本次應(yīng)力監(jiān)測(cè)的傳感器及采集儀器分別如表1、表2、圖2以及圖3所示。表1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器名稱廠家安裝分辨率應(yīng)變范圍BGK-4000 北京基康儀器有限公司表面式0.1 3000電阻應(yīng)變傳感器廣州歐美大地儀器設(shè)備有限公司表面式0.1 3000表2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)名稱廠家采集信號(hào)類型通道數(shù)臺(tái)數(shù)JMZX-300X長(zhǎng)沙金碼高科技有限公司振弦式11臺(tái)Datataker（DT

3、615）澳大利亞Datataker公司振弦式901臺(tái)TC-31K手持式數(shù)字應(yīng)變儀廣州歐美大地儀器設(shè)備有限公司電阻式11臺(tái)BGK-4000圖2 振弦式傳感器類型JMZX-300XDatataker（DT615）圖3 振弦式傳感器采集器3.幾何變形監(jiān)測(cè)3.1監(jiān)測(cè)目的對(duì)屋面幾何形狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)得鋼主桁架下沉量及水平位移，可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的驗(yàn)證依據(jù)。同時(shí)，定期對(duì)屋面幾何形狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是工程安全使用的重要監(jiān)督步驟和手段。3.2監(jiān)測(cè)依據(jù)監(jiān)測(cè)工作的依據(jù)包括：建筑變形測(cè)量規(guī)范JGJ / 82007工程測(cè)量規(guī)范GB500262007鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50205-2001 看臺(tái)頂棚鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)圖紙和

4、資料監(jiān)測(cè)精度應(yīng)符合建筑變形測(cè)量規(guī)范中關(guān)于二級(jí)變形測(cè)量的精度要求，詳見表3。表3 建筑變形測(cè)量的等級(jí)及其精度要求變形測(cè)量等級(jí)沉降觀測(cè)位移觀測(cè)觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差（mm）觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差（mm）二級(jí)0.503.03.3監(jiān)測(cè)設(shè)備考慮到本工程的重要性和特殊性以及對(duì)監(jiān)測(cè)的高精度、高速度要求，本次監(jiān)測(cè)工作主要選用瑞士徠卡儀器進(jìn)行觀測(cè)，配備的儀器、設(shè)備詳見表4。瑞士徠卡儀器目前在全世界測(cè)量?jī)x器中品牌位居第一，在高溫、潮濕等惡劣環(huán)境下均能正常工作，其穩(wěn)定性好，監(jiān)測(cè)精度與效率高。表4 幾何主要儀器、設(shè)備一覽表儀器、設(shè)備生產(chǎn)廠家型號(hào)精度全站儀瑞士徠卡TC 1800測(cè)角1.0測(cè)距（1mm+2ppmD）全站儀瑞士徠卡

5、TC 1610測(cè)角1.5測(cè)距（2mm+2ppmD）精密水準(zhǔn)儀瑞士徠卡NA 20.4mm/km精密水準(zhǔn)儀日本拓普康A(chǔ)T-G10.4mm/km精密垂直儀瑞士徠卡1/40000其他設(shè)備：計(jì)算軟件、徠卡反射片、50m鋼尺、對(duì)講機(jī)、手提電腦等。3.4監(jiān)測(cè)實(shí)施因?yàn)榭磁_(tái)頂棚桁架密集，監(jiān)測(cè)只能在看臺(tái)四周進(jìn)行，作業(yè)面狹小，觀測(cè)條件差，而監(jiān)測(cè)精度要求又高，所以監(jiān)測(cè)工作難度大?，F(xiàn)有測(cè)量資料的收集與分析：收集看臺(tái)頂棚鋼結(jié)構(gòu)的工程測(cè)量資料和相關(guān)設(shè)計(jì)資料，對(duì)看臺(tái)頂棚鋼結(jié)構(gòu)的測(cè)量現(xiàn)狀和精度進(jìn)行分析，并找出場(chǎng)內(nèi)外點(diǎn)位保護(hù)良好、標(biāo)志清晰、可供利用的控制點(diǎn)。3.4.1高精度監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)復(fù)測(cè)現(xiàn)有控制點(diǎn)檢查現(xiàn)有控制點(diǎn)的點(diǎn)位穩(wěn)定性

6、，復(fù)查相關(guān)邊長(zhǎng)，計(jì)算現(xiàn)有控制點(diǎn)的實(shí)際精度。此步驟與布設(shè)精密高程控制網(wǎng)和精密平面控制網(wǎng)工作同時(shí)進(jìn)行。布設(shè)精密高程控制網(wǎng)和精密平面控制網(wǎng)根據(jù)監(jiān)測(cè)需要，在場(chǎng)內(nèi)已有控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上增設(shè)一些控制點(diǎn)，建立監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，預(yù)計(jì)控制點(diǎn)數(shù)為8個(gè)。平面控制網(wǎng)擬采用全站儀施測(cè)，建立四等監(jiān)測(cè)網(wǎng)（亦可用GPS建立平面控制網(wǎng)），高程控制網(wǎng)擬采用精密水準(zhǔn)儀施測(cè)二等水準(zhǔn)。3.4.2看臺(tái)頂棚各重要構(gòu)件空間位置變化的監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是對(duì)頂棚縱向主桁架及鋼管混凝土立柱的空間位置變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用差分極坐標(biāo)法?？磁_(tái)頂棚縱向主桁架空間位置變化的監(jiān)測(cè)在每榀主桁架布置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別在兩個(gè)端頭和變截面處，共布置42個(gè)觀測(cè)點(diǎn)?？磁_(tái)頂棚鋼管混凝土

7、立柱空間位置變化的監(jiān)測(cè)擬在看臺(tái)頂棚鋼管混凝土立柱的最高處布置1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，共布置14個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。幾何變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。圖4 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置3.4.3監(jiān)測(cè)工況鋼管混凝土立柱施工完畢后，測(cè)量鋼管混凝土立柱空間坐標(biāo)初值；鋼結(jié)構(gòu)主桁架安裝完成后，張拉前：立柱變形、主桁架空間坐標(biāo)初值；拉索張拉完畢后，立柱變形和桁架變形；屋面張拉膜安裝施工完成后，立柱變形、主桁架變形；正式使用之前，立柱變形、主桁架變形（兩次）；運(yùn)營(yíng)階段，分別在上半年監(jiān)測(cè)一次，下半年監(jiān)測(cè)一次，共監(jiān)測(cè)兩年。4.拉索索力監(jiān)測(cè)4.1監(jiān)測(cè)目的看臺(tái)頂棚的前拉索、后拉索、穩(wěn)定索和抗風(fēng)索共為70根，這些拉索在結(jié)構(gòu)中起到非常重要的作用，拉索索力在運(yùn)營(yíng)

8、期間是否有變化對(duì)判斷結(jié)構(gòu)的安全性有著非常重要的意義，因此，在施工和使用過(guò)程中都必須對(duì)索進(jìn)行監(jiān)測(cè)。4.2監(jiān)測(cè)數(shù)量按照設(shè)計(jì)相關(guān)要求，對(duì)每榀桁架的兩根前拉索和一根后拉索進(jìn)行測(cè)試，共需測(cè)量42根索在不同工況下的索力。測(cè)試的具體位置和數(shù)量詳見圖5。圖5 拉索監(jiān)測(cè)位置和數(shù)量4.3監(jiān)測(cè)工況（1）張拉完成后；（2）聲光馬道等施工完成后；（3）正式使用之前；（4）運(yùn)營(yíng)階段，分別在上半年監(jiān)測(cè)一次，下半年監(jiān)測(cè)一次，共監(jiān)測(cè)兩年。4.4監(jiān)測(cè)方法4.4.1頻率法測(cè)量索力的基本原理頻率法測(cè)索力分三步進(jìn)行：通過(guò)理論分析（有限元法）與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，獲取斜拉索索力與振動(dòng)固有頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在環(huán)境激勵(lì)下利用加速度傳感器拾取斜拉索的

9、隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)，然后通過(guò)頻域分析獲取斜拉索的頻譜圖，據(jù)此識(shí)別出斜拉索的各階振動(dòng)固有頻率； 是把實(shí)測(cè)頻率代入中，得到實(shí)測(cè)索力。這三個(gè)步驟如圖6所示。圖6 頻率法測(cè)量索力的原理4.4.2索固有頻率的測(cè)量方法索固有頻率的測(cè)量原理索固有頻率的測(cè)量技術(shù)是系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)測(cè)量技術(shù)的其中一個(gè)環(huán)節(jié)。其基本原理是斜拉索在外界風(fēng)等激勵(lì)下，響應(yīng)將在固有頻率處出現(xiàn)峰值。根據(jù)這一原理，可以通過(guò)加速度計(jì)拾取索上某一點(diǎn)在風(fēng)載激勵(lì)下響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行譜分析后得到其頻域譜，頻譜中出現(xiàn)峰值的位置就對(duì)應(yīng)索的某階固有頻率。索固有頻率測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)索固有頻率的測(cè)量過(guò)程中從獲取時(shí)域信號(hào)，到時(shí)域轉(zhuǎn)頻域，最后判斷固有頻率每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在一

10、些需要人為判斷與選擇的問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題的把握是索固有頻率測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)。限于方案目的，在此不作深入介紹，其關(guān)鍵詞包括：濾波頻率采樣頻率窗函數(shù)采樣時(shí)間重疊細(xì)化4.4.3從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的計(jì)算方法從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的原理眾所周知，索的張拉力與索的固有頻率之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是所謂的索力頻率關(guān)系。從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的原理就是把實(shí)測(cè)固有頻率代入索力頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系中，求得實(shí)測(cè)索力。因此，斜拉索索力頻率關(guān)系的描述是從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的基礎(chǔ)。對(duì)索索力頻率關(guān)系的描述上，一般包括解析法與有限元法。解析法是根據(jù)一定邊界條件下索自由振動(dòng)的偏微分方程，推導(dǎo)出索力與頻率之間的關(guān)系的一種方法。這一方法有一定的適用范圍。但經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的不斷研究，目前解析法推導(dǎo)的索力與頻率之間的關(guān)系式能綜合考慮斜拉索的抗彎剛度、垂度以及各種邊界條件的影響。有限元法是通過(guò)有限元法及數(shù)值插值技術(shù)描述索力與頻率關(guān)系的一種方法。這一方法就可以考慮斜拉索任意支承條件及其它各種因素的影響，適用范圍更為寬廣。從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的關(guān)鍵技術(shù)事實(shí)上，無(wú)論采用解析法還是有限元法，都不是從實(shí)測(cè)固有頻率求實(shí)測(cè)索力的關(guān)鍵問(wèn)題，其真正的關(guān)鍵問(wèn)題是描述索力頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系前如何考慮與把握斜拉索中一些不明確的有關(guān)參數(shù)的影響。限于方案目的，在此不作深入介紹，其關(guān)鍵詞包括