大跨度結(jié)構(gòu)施工過程中受力與變形監(jiān)測和控制技術(shù)總結(jié)

XX博物館新建工程大跨度結(jié)構(gòu)施工過程中1、工程概況XX博物館工程鋼結(jié)構(gòu)施工過程中進(jìn)行的一系列測量工作，作為施工的依據(jù)銜接和指導(dǎo)各工序的施工，它貫穿于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工過程，是鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)工作之一。通過高精度的測量和校正使得鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝到設(shè)計(jì)位置上，滿足絕對精度的要求，因此測量控制是保證鋼結(jié)構(gòu)工程安裝質(zhì)量以及工程進(jìn)度的關(guān)鍵工序。本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)十分顯著，構(gòu)件體型較大，單體重量重，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，因此施工過程中的變形監(jiān)測是一項(xiàng)非常重要的工作，主要包括以下內(nèi)容：主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降觀測、吊裝階段主體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、次結(jié)構(gòu)吊裝過程中主體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、受溫度變化影響及焊后收縮結(jié)構(gòu)整體變形；折板結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)架應(yīng)分多步拆除，并在拆除前設(shè)置多個(gè)變形測量點(diǎn)（豎向和水平變形），在每步拆除完成后進(jìn)行測量點(diǎn)的讀取。吊裝及安裝過程中的變形監(jiān)測由我方承擔(dān)，其他監(jiān)測內(nèi)容均由業(yè)主直接委托第三方測量單位進(jìn)行全面監(jiān)控。所有的變形監(jiān)測需要各單位的通力配合，測量數(shù)據(jù)需及時(shí)通報(bào)各職能單位，使得本工程整個(gè)施工過程能真正處于受控狀態(tài)下。2、測量控制準(zhǔn)備工作測量準(zhǔn)備工作是保證施工測量全過程順利進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)，所以必須充分做好測量前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。2.1測量器具的準(zhǔn)備本工程為空間大跨建筑，測量的精度直接影響到施工安裝質(zhì)量，而測量器具的精度質(zhì)量問題又直接影響著測量結(jié)果的好壞。為了保證測量質(zhì)量，特準(zhǔn)備了以下科學(xué)精密的測量儀器：序號名稱數(shù)量備注1全站儀2臺(tái)用于I、II級工程平面控制網(wǎng)網(wǎng)的測設(shè)；構(gòu)構(gòu)件的拼裝及及安裝定位的的復(fù)測；結(jié)構(gòu)構(gòu)變形檢測2經(jīng)緯儀4臺(tái)用于軸線測設(shè)、直直鋼柱的安裝裝等，構(gòu)件的的拼裝及安裝裝定位3水準(zhǔn)儀2臺(tái)用于高程控制網(wǎng)的的測設(shè)及樓面面標(biāo)高的測設(shè)設(shè)抄平等4激光鉛垂儀2臺(tái)滿足建筑平面控制制點(diǎn)垂直投測測5反射棱鏡2組用于全站儀測距6塔尺4把結(jié)合水準(zhǔn)儀測設(shè)高高程7對講機(jī)4組測量人員工作聯(lián)系系所有測量器具在作業(yè)前必須經(jīng)技術(shù)監(jiān)督部門進(jìn)行檢定，保證這些儀器的實(shí)際測量精度合格有效，并報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)證。2.2測量人員的配備職稱人數(shù)職責(zé)專職測量員2主要負(fù)責(zé)施工全過過程的測量技技術(shù)工作，保保障工程順利利有序施工2.3測量時(shí)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)所提供的每個(gè)施工節(jié)段的相應(yīng)標(biāo)高和其它變形值，一般是基于某種標(biāo)準(zhǔn)氣溫下的設(shè)計(jì)值。武漢市四季分明，且本工程是跨季節(jié)施工；另一方面，考慮如果為滿足階段性工期要求，需進(jìn)行跨晝夜施工。而溫度變化，特別是日照溫差的變化對于結(jié)構(gòu)變形的影響是復(fù)雜的，將溫差變化所引起的結(jié)構(gòu)變形從實(shí)測變形值中分離出來相當(dāng)困難。因此，應(yīng)盡量選擇溫度變化小，日照不強(qiáng)的時(shí)機(jī)(早上6～8點(diǎn)進(jìn)行)進(jìn)行測量，力求將溫度、日照對施工控制的影響降低到最小限度。測量時(shí)，吊裝機(jī)械及其他施工機(jī)械設(shè)備停止作業(yè)。2.4測量方案的擬定在進(jìn)行本工程測量前，測量專組由測量工程師組織、所有測量人員參加，經(jīng)過討論擬定初步測量方案，指導(dǎo)后面具體測量工作的展開實(shí)施2.5總包控制網(wǎng)的復(fù)核根據(jù)總包提供的基準(zhǔn)點(diǎn)和測量的坐標(biāo)，根據(jù)施工現(xiàn)場平面圖和武漢市一級控制點(diǎn)的標(biāo)高和坐標(biāo)，對現(xiàn)存的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性。復(fù)測過程必須是與總包、監(jiān)理三方共同進(jìn)行，按國家四等導(dǎo)線測量的要求實(shí)施，測算出精度誤差。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測，在總包提供的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)上，按規(guī)范要求進(jìn)行聯(lián)測，精度達(dá)到國家四等水準(zhǔn)要求。2.6建筑主軸線的設(shè)置首先在設(shè)計(jì)圖紙上設(shè)計(jì)主點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在II級或Ⅲ級控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上用極坐標(biāo)法初步放樣出主點(diǎn)位置，一條軸線上至少設(shè)置3個(gè)主點(diǎn)。然后把全站儀架設(shè)在建筑軸線中間主點(diǎn)上，觀測3個(gè)主點(diǎn)的水平角，按控制基線定線要求，其夾角值控制在180°±24″為控制基線精度要求，如超出要求，則需調(diào)整主點(diǎn)位置。調(diào)整方法按建筑基線調(diào)整方法反復(fù)進(jìn)行，直到3個(gè)主點(diǎn)的水平角滿足180°±24″的范圍要求。建筑物定位軸線允許偏離理論軸線量為L/20000，且不應(yīng)大于3.0mm（L為定位軸線長）。工程平面控制網(wǎng)的測設(shè)在收到開工通知后7天內(nèi)完成，并將測設(shè)資料書面上報(bào)監(jiān)理工程師審批。3、鋼構(gòu)件的安裝測量3.1預(yù)埋地腳螺栓的測量根據(jù)加密控制點(diǎn)，我們力求提高放樣精度，采用精密量距和經(jīng)緯儀測角二測回，放出每個(gè)柱腳的縱橫線，并用全站儀進(jìn)行點(diǎn)位復(fù)測。將誤差控制在驗(yàn)收規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。地腳螺栓測量示意圖3.2柱標(biāo)高的測控鋼柱的測量校正主要為平面位置、標(biāo)高和垂直度三項(xiàng)內(nèi)容，按照先調(diào)整標(biāo)高，再調(diào)整位移，最后調(diào)整垂直度的順序按照規(guī)范規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行校正。同時(shí)為保證安裝精度，避免因溫度變化對鋼柱垂直度校正產(chǎn)生的偏差，主樓鋼柱的測量校正統(tǒng)一日照變化小的傍晚進(jìn)行。每安裝一節(jié)鋼柱前，首先在鋼柱上標(biāo)設(shè)上、下中心線及相對標(biāo)高，當(dāng)鋼柱安裝后，應(yīng)對柱頂作一次絕對標(biāo)高實(shí)測，然后根據(jù)實(shí)測值來控制下一節(jié)鋼柱的標(biāo)高，以便提前通過臨時(shí)固定板及處理端部來進(jìn)行控制。3.3柱垂直度的測控本工程的鋼柱垂直控制方法如下：用兩臺(tái)激光經(jīng)緯儀置于柱基相互垂直的兩條軸線上，視線投射到預(yù)先固定在鋼柱的靶標(biāo)上，光束中心同靶標(biāo)中心垂直，且通過旋轉(zhuǎn)最少3次經(jīng)緯儀水平度盤，若投測點(diǎn)都重合，表明鋼柱垂直度無偏差。柱垂直度的測量柱頂標(biāo)高的測量3.4吊裝的測量鋼柱吊裝測量程序（2）安裝測量的允許誤差（單位mm）4、桁架應(yīng)力、變形測量和監(jiān)控4.1桁架應(yīng)力監(jiān)測根據(jù)本工程面積大，結(jié)構(gòu)特殊，安裝工況繁雜等特點(diǎn)，本方案選擇遙測型布拉格光纖光柵(ＦＢＧ)傳感器進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。布拉格光纖光柵(ＦＢＧ)傳感器簡介布拉格光纖光柵(ＦＢＧ)傳感器的基本原理是在一根光纖的內(nèi)表面刻出一個(gè)光柵，當(dāng)該光柵所在的區(qū)域發(fā)生應(yīng)變時(shí)，就會(huì)引起光柵的調(diào)制周期發(fā)生變化。通過該光柵反射的光所產(chǎn)生的衍射條紋也會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生光柵Ｂｒａｇｇ信號的波長變化，通過監(jiān)測Ｂｒａｇｇ波長變化情況可以確定光柵所在微小區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變值。當(dāng)要進(jìn)行分布式連續(xù)測試時(shí)，在同一條光纖中分布多個(gè)不同周期的光柵傳感器。通過不同傳感器反射光的波長值，與待測結(jié)構(gòu)傳感器所在的各測量點(diǎn)相對應(yīng)，分別感受待測結(jié)構(gòu)沿線分布各點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變。這里所說的分布式只是指在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位布設(shè)傳感器的點(diǎn)的應(yīng)變可以測量，并不是光纖沿線每個(gè)點(diǎn)都可以測量。4.1.2光纖光柵傳感器標(biāo)定試驗(yàn)本工程采用的光纖是單模光纖，通過FC/PC法蘭接頭連接。解調(diào)設(shè)備波長測量范圍1525～1565nm，波長分辨率1pm，采樣頻率50Hz。有液晶顯示屏可以直接進(jìn)行讀數(shù)，或者通過10M以太網(wǎng)與筆記本電腦連接進(jìn)行讀數(shù)。根據(jù)分析，解調(diào)波長的變化值和應(yīng)變的關(guān)系為：其中K為與材料有關(guān)的常量，大小為0.8左右，和分別是波長以及波長的變化量。在常用波長范圍內(nèi)，每單位微應(yīng)變引起的波長變化基本為1.16pm左右。標(biāo)定時(shí)在一批傳感器中選擇一個(gè)進(jìn)行檢查。將光纖光柵傳感器通過底座焊接于支撐架各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，在相應(yīng)的位置粘貼高精度電阻應(yīng)變片，在施工時(shí)進(jìn)行實(shí)測試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為波長與應(yīng)力關(guān)系圖。光纖光柵布設(shè)工藝工程施工監(jiān)控中最重要的內(nèi)容是連接部位的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。如果應(yīng)變測量不準(zhǔn)，與理論值不符，說明采用的施工方案不能有效地形成結(jié)構(gòu)的傳力機(jī)制，會(huì)留下很大的安全隱患。在監(jiān)控工程中，可以選擇傳統(tǒng)的振弦式應(yīng)變計(jì)和光纖光柵傳感器對同一部位相同位置的應(yīng)變進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，以確保監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確。在監(jiān)測時(shí)，選擇了支撐架標(biāo)準(zhǔn)件與標(biāo)準(zhǔn)件連接部位設(shè)置光纖光柵傳感器，并在同一位置安裝了振弦式的應(yīng)變傳感器。如果工程施工周期長，為有效剔除溫度變化對測量數(shù)據(jù)的影響，可以在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)都布置了溫度補(bǔ)償傳感器。這個(gè)傳感器不與受力部位相連，只是測量溫度變化對于監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)變的影響，測量時(shí)扣除這部分溫度影響的應(yīng)變就是結(jié)構(gòu)實(shí)際受力引起的應(yīng)變的大小。監(jiān)測系統(tǒng)布置圖后期的實(shí)測數(shù)據(jù)表明，因?yàn)楣こ淌┕ぶ芷诒容^長，溫度效益的影響相當(dāng)大，通過這種方法能準(zhǔn)確測量到結(jié)構(gòu)實(shí)際受力后的應(yīng)變大小，便于和理論值進(jìn)行分析比較。在布設(shè)光纖光柵傳感器時(shí)，首先要對安裝部位進(jìn)行打磨拋光，使表面平整光滑。然后用氬弧焊機(jī)將傳感器的底座焊接于結(jié)構(gòu)表面。當(dāng)測試完成后擰開底座上的螺絲，取下光纖光柵傳感器，可以重復(fù)使用。光纖接頭部位通過法蘭連接。因?yàn)楣饫w有鎧裝保護(hù)，所以普通的踐踏并不影響使用，要注意的就是不能被強(qiáng)烈地拉扯。桁架受荷應(yīng)力監(jiān)測將傳感器布設(shè)于桁架支撐點(diǎn)、相鄰受壓桿、吊裝牽拉錨接處。通過各個(gè)測點(diǎn)的實(shí)測值與理論計(jì)算值相比較，及時(shí)掌握桁架關(guān)鍵的應(yīng)力狀況。在本工程吊裝過程中，徑向限位是很重要的技術(shù)措施，過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)測限位的可靠性。徑向限位的間隙由計(jì)算確定，減少桁架下?lián)献冃?。限位的可靠性監(jiān)測主要通過監(jiān)測限位板應(yīng)力來保證。應(yīng)力監(jiān)測中心設(shè)于音樂廳內(nèi)部，監(jiān)測中心與位移監(jiān)測人員、吊裝人員保持全程在線聯(lián)系，如遇異常情況及時(shí)采取措施。4.2桁架變形監(jiān)測本工程中桁架為八榀空間桁架，最大跨度為57.5m，卸載時(shí)需嚴(yán)格控制其變形。結(jié)構(gòu)變形測試部位通常設(shè)置于對結(jié)構(gòu)變形較敏感的部位，如結(jié)構(gòu)跨中、支撐端部等，測試儀器根據(jù)精度要求而定，通常采用百分表、全站儀等。通過施工分析，下圖中圓圈內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為在施工過程中變形較大的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可作為桁架卸載過程中，結(jié)構(gòu)變形控制的監(jiān)測點(diǎn)。桁架變形主要包括下?lián)虾蛷较蚧瑒?dòng)，下?lián)献冃伪O(jiān)測通過監(jiān)測桁架關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)高變化來實(shí)現(xiàn)，如鋼結(jié)構(gòu)平面控制網(wǎng)所示，鋼構(gòu)安裝前已將標(biāo)高控制點(diǎn)測設(shè)于鋼梁上，可架設(shè)儀器于鋼梁上，直接觀測桁架關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)高。為直觀觀測標(biāo)高數(shù)據(jù)，可將儀器架設(shè)于西側(cè)鋼梁上，在桁架關(guān)鍵點(diǎn)上焊接標(biāo)尺并觀測。雖然全站儀觀測較為簡單，但在本工程中用于觀測下?lián)献冃尾⒉粔蛑庇^，且誤差較大，用水準(zhǔn)儀觀測為最佳的選擇。本工程屋蓋跨度大，卸載及吊裝過程中，至少東西兩側(cè)各擺一臺(tái)水準(zhǔn)儀觀測。5、支撐架應(yīng)力及變形監(jiān)測5.1支撐架應(yīng)力監(jiān)測如前所述，本工程應(yīng)力監(jiān)測采用布拉格光纖光柵(ＦＢＧ)傳感器，在中央監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)測。本工程支撐架選用可拆卸式標(biāo)準(zhǔn)支撐架，豎向承載較大，計(jì)算結(jié)果亦表明應(yīng)力、應(yīng)變較小，可不進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。但因整體樓面鋼構(gòu)件自重較大，應(yīng)作為本章中應(yīng)力監(jiān)測的重點(diǎn)。傳感器布設(shè)應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定，監(jiān)測應(yīng)力比較大的桿件及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。5.2支撐架變形監(jiān)測如前所述，支撐架應(yīng)力比較小，但不意味不進(jìn)行變形監(jiān)測。支撐架是本工程關(guān)系工程全局的重要