大跨度结构施工过程中受力与变形监测和控制技术总结

XX博物馆新建工程大跨度结构施工过程中1、工程概况XX博物馆工程钢结构施工过程中进行的一系列测量工作，作为施工的依据衔接和指导各工序的施工，它贯穿于整个钢结构施工过程，是钢结构施工的关键技术工作之一。通过高精度的测量和校正使得钢结构构件安装到设计位置上，满足绝对精度的要求，因此测量控制是保证钢结构工程安装质量以及工程进度的关键工序。本工程结构特点十分显著，构件体型较大，单体重量重，节点复杂，因此施工过程中的变形监测是一项非常重要的工作，主要包括以下内容：主体结构基础沉降观测、吊装阶段主体结构变形监测、次结构吊装过程中主体结构变形监测、受温度变化影响及焊后收缩结构整体变形；折板结构支撑构架应分多步拆除，并在拆除前设置多个变形测量点（竖向和水平变形），在每步拆除完成后进行测量点的读取。吊装及安装过程中的变形监测由我方承担，其他监测内容均由业主直接委托第三方测量单位进行全面监控。所有的变形监测需要各单位的通力配合，测量数据需及时通报各职能单位，使得本工程整个施工过程能真正处于受控状态下。2、测量控制准备工作测量准备工作是保证施工测量全过程顺利进行的重要环节，所以必须充分做好测量前各项准备工作。2.1测量器具的准备本工程为空间大跨建筑，测量的精度直接影响到施工安装质量，而测量器具的精度质量问题又直接影响着测量结果的好坏。为了保证测量质量，特准备了以下科学精密的测量仪器：序号名称数量备注1全站仪2台用于I、II级工程平面控制网网的测设；构构件的拼装及及安装定位的的复测；结构构变形检测2经纬仪4台用于轴线测设、直直钢柱的安装装等，构件的的拼装及安装装定位3水准仪2台用于高程控制网的的测设及楼面面标高的测设设抄平等4激光铅垂仪2台满足建筑平面控制制点垂直投测测5反射棱镜2组用于全站仪测距6塔尺4把结合水准仪测设高高程7对讲机4组测量人员工作联系系所有测量器具在作业前必须经技术监督部门进行检定，保证这些仪器的实际测量精度合格有效，并报监理工程师验证。2.2测量人员的配备职称人数职责专职测量员2主要负责施工全过过程的测量技技术工作，保保障工程顺利利有序施工2.3测量时机的选择设计所提供的每个施工节段的相应标高和其它变形值，一般是基于某种标准气温下的设计值。武汉市四季分明，且本工程是跨季节施工；另一方面，考虑如果为满足阶段性工期要求，需进行跨昼夜施工。而温度变化，特别是日照温差的变化对于结构变形的影响是复杂的，将温差变化所引起的结构变形从实测变形值中分离出来相当困难。因此，应尽量选择温度变化小，日照不强的时机(早上6～8点进行)进行测量，力求将温度、日照对施工控制的影响降低到最小限度。测量时，吊装机械及其他施工机械设备停止作业。2.4测量方案的拟定在进行本工程测量前，测量专组由测量工程师组织、所有测量人员参加，经过讨论拟定初步测量方案，指导后面具体测量工作的展开实施2.5总包控制网的复核根据总包提供的基准点和测量的坐标，根据施工现场平面图和武汉市一级控制点的标高和坐标，对现存的基准点进行复测，验证基准点数据资料的准确性。复测过程必须是与总包、监理三方共同进行，按国家四等导线测量的要求实施，测算出精度误差。水准基准点的复测，在总包提供的水准基准点上，按规范要求进行联测，精度达到国家四等水准要求。2.6建筑主轴线的设置首先在设计图纸上设计主点坐标数据，在II级或Ⅲ级控制点的基础上用极坐标法初步放样出主点位置，一条轴线上至少设置3个主点。然后把全站仪架设在建筑轴线中间主点上，观测3个主点的水平角，按控制基线定线要求，其夹角值控制在180°±24″为控制基线精度要求，如超出要求，则需调整主点位置。调整方法按建筑基线调整方法反复进行，直到3个主点的水平角满足180°±24″的范围要求。建筑物定位轴线允许偏离理论轴线量为L/20000，且不应大于3.0mm（L为定位轴线长）。工程平面控制网的测设在收到开工通知后7天内完成，并将测设资料书面上报监理工程师审批。3、钢构件的安装测量3.1预埋地脚螺栓的测量根据加密控制点，我们力求提高放样精度，采用精密量距和经纬仪测角二测回，放出每个柱脚的纵横线，并用全站仪进行点位复测。将误差控制在验收规范允许的范围之内。地脚螺栓测量示意图3.2柱标高的测控钢柱的测量校正主要为平面位置、标高和垂直度三项内容，按照先调整标高，再调整位移，最后调整垂直度的顺序按照规范规定的数值进行校正。同时为保证安装精度，避免因温度变化对钢柱垂直度校正产生的偏差，主楼钢柱的测量校正统一日照变化小的傍晚进行。每安装一节钢柱前，首先在钢柱上标设上、下中心线及相对标高，当钢柱安装后，应对柱顶作一次绝对标高实测，然后根据实测值来控制下一节钢柱的标高，以便提前通过临时固定板及处理端部来进行控制。3.3柱垂直度的测控本工程的钢柱垂直控制方法如下：用两台激光经纬仪置于柱基相互垂直的两条轴线上，视线投射到预先固定在钢柱的靶标上，光束中心同靶标中心垂直，且通过旋转最少3次经纬仪水平度盘，若投测点都重合，表明钢柱垂直度无偏差。柱垂直度的测量柱顶标高的测量3.4吊装的测量钢柱吊装测量程序（2）安装测量的允许误差（单位mm）4、桁架应力、变形测量和监控4.1桁架应力监测根据本工程面积大，结构特殊，安装工况繁杂等特点，本方案选择遥测型布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器进行应力监测。布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器简介布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器的基本原理是在一根光纤的内表面刻出一个光栅，当该光栅所在的区域发生应变时，就会引起光栅的调制周期发生变化。通过该光栅反射的光所产生的衍射条纹也会发生变化，从而产生光栅Ｂｒａｇｇ信号的波长变化，通过监测Ｂｒａｇｇ波长变化情况可以确定光栅所在微小区域内的应变值。当要进行分布式连续测试时，在同一条光纤中分布多个不同周期的光栅传感器。通过不同传感器反射光的波长值，与待测结构传感器所在的各测量点相对应，分别感受待测结构沿线分布各点的应力应变。这里所说的分布式只是指在结构关键部位布设传感器的点的应变可以测量，并不是光纤沿线每个点都可以测量。4.1.2光纤光栅传感器标定试验本工程采用的光纤是单模光纤，通过FC/PC法兰接头连接。解调设备波长测量范围1525～1565nm，波长分辨率1pm，采样频率50Hz。有液晶显示屏可以直接进行读数，或者通过10M以太网与笔记本电脑连接进行读数。根据分析，解调波长的变化值和应变的关系为：其中K为与材料有关的常量，大小为0.8左右，和分别是波长以及波长的变化量。在常用波长范围内，每单位微应变引起的波长变化基本为1.16pm左右。标定时在一批传感器中选择一个进行检查。将光纤光栅传感器通过底座焊接于支撑架各个节点上，在相应的位置粘贴高精度电阻应变片，在施工时进行实测试验，试验结果为波长与应力关系图。光纤光栅布设工艺工程施工监控中最重要的内容是连接部位的应变进行监测。如果应变测量不准，与理论值不符，说明采用的施工方案不能有效地形成结构的传力机制，会留下很大的安全隐患。在监控工程中，可以选择传统的振弦式应变计和光纤光栅传感器对同一部位相同位置的应变进行同时监测，以确保监测结果的准确。在监测时，选择了支撑架标准件与标准件连接部位设置光纤光栅传感器，并在同一位置安装了振弦式的应变传感器。如果工程施工周期长，为有效剔除温度变化对测量数据的影响，可以在每个监测点都布置了温度补偿传感器。这个传感器不与受力部位相连，只是测量温度变化对于监测点应变的影响，测量时扣除这部分温度影响的应变就是结构实际受力引起的应变的大小。监测系统布置图后期的实测数据表明，因为工程施工周期比较长，温度效益的影响相当大，通过这种方法能准确测量到结构实际受力后的应变大小，便于和理论值进行分析比较。在布设光纤光栅传感器时，首先要对安装部位进行打磨抛光，使表面平整光滑。然后用氩弧焊机将传感器的底座焊接于结构表面。当测试完成后拧开底座上的螺丝，取下光纤光栅传感器，可以重复使用。光纤接头部位通过法兰连接。因为光纤有铠装保护，所以普通的践踏并不影响使用，要注意的就是不能被强烈地拉扯。桁架受荷应力监测将传感器布设于桁架支撑点、相邻受压杆、吊装牵拉锚接处。通过各个测点的实测值与理论计算值相比较，及时掌握桁架关键的应力状况。在本工程吊装过程中，径向限位是很重要的技术措施，过程中应严密监测限位的可靠性。径向限位的间隙由计算确定，减少桁架下挠变形。限位的可靠性监测主要通过监测限位板应力来保证。应力监测中心设于音乐厅内部，监测中心与位移监测人员、吊装人员保持全程在线联系，如遇异常情况及时采取措施。4.2桁架变形监测本工程中桁架为八榀空间桁架，最大跨度为57.5m，卸载时需严格控制其变形。结构变形测试部位通常设置于对结构变形较敏感的部位，如结构跨中、支撑端部等，测试仪器根据精度要求而定，通常采用百分表、全站仪等。通过施工分析，下图中圆圈内的节点为在施工过程中变形较大的节点，这些节点可作为桁架卸载过程中，结构变形控制的监测点。桁架变形主要包括下挠和径向滑动，下挠变形监测通过监测桁架关键点标高变化来实现，如钢结构平面控制网所示，钢构安装前已将标高控制点测设于钢梁上，可架设仪器于钢梁上，直接观测桁架关键点标高。为直观观测标高数据，可将仪器架设于西侧钢梁上，在桁架关键点上焊接标尺并观测。虽然全站仪观测较为简单，但在本工程中用于观测下挠变形并不够直观，且误差较大，用水准仪观测为最佳的选择。本工程屋盖跨度大，卸载及吊装过程中，至少东西两侧各摆一台水准仪观测。5、支撑架应力及变形监测5.1支撑架应力监测如前所述，本工程应力监测采用布拉格光纤光栅(ＦＢＧ)传感器，在中央监控中心进行监测。本工程支撑架选用可拆卸式标准支撑架，竖向承载较大，计算结果亦表明应力、应变较小，可不进行应力监测。但因整体楼面钢构件自重较大，应作为本章中应力监测的重点。传感器布设应根据计算结果确定，监测应力比较大的杆件及关键节点。5.2支撑架变形监测如前所述，支撑架应力比较小，但不意味不进行变形监测。支撑架是本工程关系工程全局的重要