鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)-變形監(jiān)測(cè)（鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)）

BIM結(jié)合三維激光掃描技術(shù)在施工監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)又稱(chēng)“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，它利用向被測(cè)對(duì)象發(fā)射激光束和接收由被測(cè)物體發(fā)射回來(lái)的激光信號(hào)獲取被測(cè)對(duì)象的空間坐標(biāo)信息。上述三維坐標(biāo)信息可導(dǎo)入ＡｕｔｏＣＡＤ、Ｓｋｅｔｃｈｕｐ、Ｒｅｖｉｔ等三維軟件進(jìn)行后續(xù)工程設(shè)計(jì)。三維激光掃描儀作為一種可以快速獲取空間數(shù)據(jù)的新型技術(shù)，可重建三維模型，進(jìn)行逆向建模實(shí)現(xiàn)可視化，越來(lái)越多地被應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域，它利用激光單元進(jìn)行非接觸式全自動(dòng)高精度測(cè)量，得到完整、連續(xù)的全景點(diǎn)三維坐標(biāo)。對(duì)于非接觸測(cè)量、柔性物體的測(cè)量問(wèn)題、危險(xiǎn)領(lǐng)域的測(cè)量問(wèn)題以及文物測(cè)量，三維掃描技術(shù)能以不損傷物體的手段獲得文物的外形尺寸。技術(shù)介紹

某大橋主跨為450ｍ的上承式鋼管混凝土拱橋，橋梁左幅橋長(zhǎng)1501ｍ；右幅橋長(zhǎng)1486ｍ。橋型布置為9×40ｍ（預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)Ｔ梁）＋450ｍ鋼管混凝土拱橋＋16×40ｍ（預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)Ｔ梁）。大橋模型圖項(xiàng)目介紹三維激光掃描儀

采用的三維激光掃描儀是德國(guó)生產(chǎn)的Z+F

IMAGER

5010C，其水平視野為360°，垂直視野為320°，最大掃描速度高達(dá)101.6萬(wàn)點(diǎn)/S，分辨率為0.1mm，掃描精度為0.2ｍｍ，三維激光掃描作業(yè)流程主要分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩大部分。其中外業(yè)處理包括：現(xiàn)場(chǎng)勘查即查看現(xiàn)場(chǎng)地形，確定監(jiān)測(cè)范圍，選定三維激光掃描儀的測(cè)站點(diǎn)，對(duì)于特殊、困難地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)加密設(shè)置測(cè)站點(diǎn)，以便從多個(gè)角度掃描，消除盲區(qū)。經(jīng)過(guò)外業(yè)掃描得到的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)量龐大，我們可以用手動(dòng)刪除或數(shù)據(jù)濾波兩種方式對(duì)噪聲點(diǎn)（無(wú)用數(shù)據(jù)）進(jìn)行處理，得到三維點(diǎn)云模型?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)圖三維點(diǎn)云模型振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

將三維建模軟件與三維點(diǎn)云模型通過(guò)Ｎ點(diǎn)對(duì)齊、最佳擬合對(duì)齊、基于特征對(duì)齊等方式進(jìn)行對(duì)齊，對(duì)配準(zhǔn)后的２個(gè)模型進(jìn)行對(duì)比分析，分析完成后，我們可以創(chuàng)建報(bào)告，根據(jù)報(bào)告我們可以很直觀地監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的變形。掃描報(bào)告

大懸挑懸掛混合結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測(cè)

懸掛結(jié)構(gòu)因具有占地面積小、底層空間大、造型新穎等特點(diǎn)，受到廣大業(yè)主及建筑師青睞。就結(jié)構(gòu)而言，通過(guò)細(xì)長(zhǎng)吊柱代替常規(guī)鋼柱，可以充分發(fā)揮鋼材受拉及延展性能，同時(shí)由于外掛部分與核心筒部分存在較大的振型差異，其減震特性具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而懸掛結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中具有顯著的時(shí)變因素，尤其是采用倒裝法時(shí)，卸載臨時(shí)支撐前后會(huì)發(fā)生一次重大的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變，受施工影響較大，因此對(duì)該結(jié)構(gòu)施工模擬分析不容忽視。太原市水上運(yùn)動(dòng)中心位于太原市小店區(qū)小店橋以南至10號(hào)線(xiàn)以北，汾河太原城區(qū)段治理美化三期景觀工程區(qū)域內(nèi)。終點(diǎn)計(jì)時(shí)塔主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土核心筒+鋼桁架懸掛結(jié)構(gòu)體系，底層架空，屋頂150t巨型鋼桁架，長(zhǎng)24m，寬12m，懸挑于混凝土核心筒上，懸挑長(zhǎng)度達(dá)16.02m;巨型桁架外圍傾斜73°懸掛14根300×25圓管鋼吊柱承擔(dān)下部樓板荷載。其中屋頂鋼桁架與位于核心筒中的4根勁性柱焊接連接，并將位于核心筒區(qū)域的桁架下弦澆筑混凝土，加強(qiáng)核心筒對(duì)屋頂桁架的邊界作用，建筑高度21.8m。外觀呈傾斜狀，平面布置如圖所示。項(xiàng)目介紹工況為:①工況1在主桁架下弦端部下方設(shè)置臨時(shí)支撐，規(guī)格為600mm×15mm圓鋼管，上下鉸接;②工況2將頂部桁架吊裝至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，本階段桁架起重機(jī)撤出后，桁架下弦與混凝土勁性柱由于尚未焊接牢靠，節(jié)點(diǎn)定義為鉸接;③工況3安裝核心筒周?chē)踔?，此時(shí)桁架下弦與混凝土勁性柱由于已焊接牢靠，節(jié)點(diǎn)定義為剛接;④工況4預(yù)計(jì)桁架下弦核心筒處混凝土已達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此本階段拆除支撐柱;⑤工況5～6安裝剩余吊柱及2層樓面梁;⑥工況7逐層安裝樓面梁，直至安裝完成。監(jiān)測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)結(jié)果

鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)測(cè)

人系桿拱橋是一種組合體系，具有梁橋和拱橋的大部分優(yōu)點(diǎn)。拱和梁通過(guò)傾斜的吊桿以鉸接的方式連接，通常被稱(chēng)為尼爾森體系拱橋。尼爾森體系拱橋的傾斜吊桿可以提高橋梁的豎向剛度，降低拱肋和系梁的彎矩和剪力，在活載作用下具有較小的曉度，因此特別適合對(duì)剛度要求較高的高速鐵路橋梁。鋼管混凝土單跨系桿拱橋?yàn)橥獠快o定、內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)，較常見(jiàn)的施工方法為預(yù)應(yīng)力混凝土系梁采用滿(mǎn)堂支架，待澆筑完成并張拉預(yù)應(yīng)力筋后，在其上設(shè)支架安裝拱肋，泵送混凝土后拆除拱肋支架，安裝吊桿，最后拆除系梁支架。整個(gè)施工過(guò)程中內(nèi)部超靜定次數(shù)不斷變化，為了保證施工過(guò)程中的安全與穩(wěn)定，需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行受力分析并實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。項(xiàng)目介紹監(jiān)測(cè)結(jié)果系梁應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比拱肋應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

施工期間的變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)目的：

作為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)構(gòu)件安裝精度都提出了更高的要求，因此，在施工期間對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)十分必要。變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)目的

（1）可操作性和易維護(hù)性：整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)易于操作和維護(hù)，使現(xiàn)場(chǎng)工作人員容易掌握，避免因復(fù)雜操作帶來(lái)困難和失誤。大部分部件具有可維修和方便更換的特點(diǎn)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、真實(shí)和可信。（2）可靠耐久性：施工現(xiàn)場(chǎng)及運(yùn)營(yíng)階段的惡劣環(huán)境和較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，要求整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件必須具有很好的可靠性和耐久性，并根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，進(jìn)行技術(shù)改造、升級(jí)和創(chuàng)新，達(dá)到可靠性和耐久性的要求，以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)目標(biāo)和功能的實(shí)現(xiàn)。（3）經(jīng)濟(jì)性：測(cè)點(diǎn)的布設(shè)理論上要在結(jié)構(gòu)的每個(gè)桿件布置測(cè)點(diǎn),才能得到結(jié)構(gòu)比較完整的受力狀態(tài),但是這樣是不經(jīng)濟(jì)的,大部分部位的內(nèi)力變化較小,對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較小,故沒(méi)必要全面的布置測(cè)點(diǎn)。所以要選擇結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件和關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。（4）科學(xué)性：監(jiān)測(cè)部位、測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)內(nèi)容等的確定，必須具有代表性，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠反映結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的全貌，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可以對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)和安全性進(jìn)行定性和定量的判斷。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)原則

變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)：靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)設(shè)備

變形監(jiān)測(cè)工程案例

以杭州國(guó)際博覽中心城市客廳項(xiàng)目為例，球殼采用10個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖所示。變形監(jiān)測(cè)城市客廳-球殼變形監(jiān)測(cè)結(jié)果監(jiān)測(cè)點(diǎn)N25撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N26撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N27撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N28撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N29撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N30撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N31撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N32撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N33撓度變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)N34撓度變化變形監(jiān)測(cè)

世博會(huì)英國(guó)館施工監(jiān)測(cè)

英國(guó)館位于世博園區(qū)C片區(qū)，整個(gè)英國(guó)館被設(shè)計(jì)成一個(gè)沒(méi)有屋頂?shù)拈_(kāi)放式公園，由一個(gè)主展館和環(huán)繞基地周邊的裙房組成。英國(guó)館展示主要分為五大區(qū)域，游客先通過(guò)“綠色城市”通道進(jìn)入“戶(hù)外城市”展示區(qū)，?然后進(jìn)入英國(guó)館核心——“種子圣殿”?，最后通過(guò)“活力城市’?通道進(jìn)入戶(hù)外的“開(kāi)放公園”。項(xiàng)目介紹監(jiān)測(cè)內(nèi)容：1）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)；2）幾何變形監(jiān)測(cè)；3）結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)的流程圖應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)變檢測(cè)采用的振弦式傳感器幾何變形監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)線(xiàn)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果變形監(jiān)測(cè)結(jié)果振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)專(zhuān)項(xiàng)方案介紹

工況為:①工況1在主桁架下弦端部下方設(shè)置臨時(shí)支撐，規(guī)格為600mm×15mm圓鋼管，上下鉸接;②工況2將頂部桁架吊裝至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，本階段桁架起重機(jī)撤出后，桁架下弦與混凝土勁性柱由于尚未焊接牢靠，節(jié)點(diǎn)定義為鉸接;③工況3安裝核心筒周?chē)踔藭r(shí)桁架下弦與混凝土勁性柱由于已焊接牢靠，節(jié)點(diǎn)定義為剛接;④工況4預(yù)計(jì)桁架下弦核心筒處混凝土已達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此本階段拆除支撐柱;⑤工況5～6安裝剩余吊柱及2層樓面梁;⑥工況7逐層安裝樓面梁，直至安裝完成。

施工期間的變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)目的：

作為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)在使用期間的安全使用性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)模型校驗(yàn)與修正、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)與維修以及新方法新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供技術(shù)支持，需進(jìn)行使用期間的變形監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)目的

使用期間監(jiān)測(cè)流程圖變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)：靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)設(shè)備

變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)

1、變形監(jiān)測(cè)可分為水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)、三維位移監(jiān)測(cè)和其他位移監(jiān)測(cè)。

2、根據(jù)監(jiān)測(cè)儀器的種類(lèi)，監(jiān)測(cè)方法可分為機(jī)械式測(cè)試儀器法、電測(cè)儀器法、光學(xué)儀器法及衛(wèi)星定位系統(tǒng)法。3、應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形特征確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法。

4、變形監(jiān)測(cè)應(yīng)建立基準(zhǔn)網(wǎng)，采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)可與施工采用的系統(tǒng)一致。局部相對(duì)變形測(cè)量可不建立基準(zhǔn)網(wǎng)，但應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)整體變形對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

5、變形基準(zhǔn)值監(jiān)測(cè)應(yīng)減少溫度等環(huán)境因素的影響。6、變形監(jiān)測(cè)的結(jié)果應(yīng)結(jié)合環(huán)境及效應(yīng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行修正。工程案例