钢结构健康监测-变形监测（钢结构检测）

BIM结合三维激光扫描技术在施工监测中应用

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它利用向被测对象发射激光束和接收由被测物体发射回来的激光信号获取被测对象的空间坐标信息。上述三维坐标信息可导入ＡｕｔｏＣＡＤ、Ｓｋｅｔｃｈｕｐ、Ｒｅｖｉｔ等三维软件进行后续工程设计。三维激光扫描仪作为一种可以快速获取空间数据的新型技术，可重建三维模型，进行逆向建模实现可视化，越来越多地被应用于工程建设领域，它利用激光单元进行非接触式全自动高精度测量，得到完整、连续的全景点三维坐标。对于非接触测量、柔性物体的测量问题、危险领域的测量问题以及文物测量，三维扫描技术能以不损伤物体的手段获得文物的外形尺寸。技术介绍

某大桥主跨为450ｍ的上承式钢管混凝土拱桥，桥梁左幅桥长1501ｍ；右幅桥长1486ｍ。桥型布置为9×40ｍ（预应力混凝土先简支后结构连续Ｔ梁）＋450ｍ钢管混凝土拱桥＋16×40ｍ（预应力混凝土先简支后结构连续Ｔ梁）。大桥模型图项目介绍三维激光扫描仪

采用的三维激光扫描仪是德国生产的Z+F

IMAGER

5010C，其水平视野为360°，垂直视野为320°，最大扫描速度高达101.6万点/S，分辨率为0.1mm，扫描精度为0.2ｍｍ，三维激光扫描作业流程主要分为外业数据采集和内业数据处理两大部分。其中外业处理包括：现场勘查即查看现场地形，确定监测范围，选定三维激光扫描仪的测站点，对于特殊、困难地区，应适当加密设置测站点，以便从多个角度扫描，消除盲区。经过外业扫描得到的三维点云数据量庞大，我们可以用手动删除或数据滤波两种方式对噪声点（无用数据）进行处理，得到三维点云模型。现场实测图三维点云模型振动监测结果

将三维建模软件与三维点云模型通过Ｎ点对齐、最佳拟合对齐、基于特征对齐等方式进行对齐，对配准后的２个模型进行对比分析，分析完成后，我们可以创建报告，根据报告我们可以很直观地监测钢结构的变形。扫描报告

大悬挑悬挂混合结构施工监测

悬挂结构因具有占地面积小、底层空间大、造型新颖等特点，受到广大业主及建筑师青睐。就结构而言，通过细长吊柱代替常规钢柱，可以充分发挥钢材受拉及延展性能，同时由于外挂部分与核心筒部分存在较大的振型差异，其减震特性具有显著优势。然而悬挂结构在施工过程中具有显著的时变因素，尤其是采用倒装法时，卸载临时支撑前后会发生一次重大的结构体系转变，受施工影响较大，因此对该结构施工模拟分析不容忽视。太原市水上运动中心位于太原市小店区小店桥以南至10号线以北，汾河太原城区段治理美化三期景观工程区域内。终点计时塔主体结构采用钢筋混凝土核心筒+钢桁架悬挂结构体系，底层架空，屋顶150t巨型钢桁架，长24m，宽12m，悬挑于混凝土核心筒上，悬挑长度达16.02m;巨型桁架外围倾斜73°悬挂14根300×25圆管钢吊柱承担下部楼板荷载。其中屋顶钢桁架与位于核心筒中的4根劲性柱焊接连接，并将位于核心筒区域的桁架下弦浇筑混凝土，加强核心筒对屋顶桁架的边界作用，建筑高度21.8m。外观呈倾斜状，平面布置如图所示。项目介绍工况为:①工况1在主桁架下弦端部下方设置临时支撑，规格为600mm×15mm圆钢管，上下铰接;②工况2将顶部桁架吊装至设计标高处，本阶段桁架起重机撤出后，桁架下弦与混凝土劲性柱由于尚未焊接牢靠，节点定义为铰接;③工况3安装核心筒周围吊柱，此时桁架下弦与混凝土劲性柱由于已焊接牢靠，节点定义为刚接;④工况4预计桁架下弦核心筒处混凝土已达设计强度，因此本阶段拆除支撑柱;⑤工况5～6安装剩余吊柱及2层楼面梁;⑥工况7逐层安装楼面梁，直至安装完成。监测结果监测结果

钢管混凝土拱桥施工监测

人系杆拱桥是一种组合体系，具有梁桥和拱桥的大部分优点。拱和梁通过倾斜的吊杆以铰接的方式连接，通常被称为尼尔森体系拱桥。尼尔森体系拱桥的倾斜吊杆可以提高桥梁的竖向刚度，降低拱肋和系梁的弯矩和剪力，在活载作用下具有较小的晓度，因此特别适合对刚度要求较高的高速铁路桥梁。钢管混凝土单跨系杆拱桥为外部静定、内部超静定结构，较常见的施工方法为预应力混凝土系梁采用满堂支架，待浇筑完成并张拉预应力筋后，在其上设支架安装拱肋，泵送混凝土后拆除拱肋支架，安装吊杆，最后拆除系梁支架。整个施工过程中内部超静定次数不断变化，为了保证施工过程中的安全与稳定，需要对施工过程进行受力分析并实施现场监控。项目介绍监测结果系梁应力计算值与实测值对比拱肋应力计算值与实测值对比

施工期间的变形监测

变形监测目的：

作为大跨度钢结构，尤其是结构形式复杂的钢结构，对构件安装精度都提出了更高的要求，因此，在施工期间对关键节点或构件的变形进行监测十分必要。变形监测监测目的

（1）可操作性和易维护性：整个监测系统应易于操作和维护，使现场工作人员容易掌握，避免因复杂操作带来困难和失误。大部分部件具有可维修和方便更换的特点，以保证监测数据的稳定、真实和可信。（2）可靠耐久性：施工现场及运营阶段的恶劣环境和较长时间的监测，要求整个监测系统的软硬件必须具有很好的可靠性和耐久性，并根据项目的实际情况，进行技术改造、升级和创新，达到可靠性和耐久性的要求，以满足监测目标和功能的实现。（3）经济性：测点的布设理论上要在结构的每个杆件布置测点,才能得到结构比较完整的受力状态,但是这样是不经济的,大部分部位的内力变化较小,对结构的影响较小,故没必要全面的布置测点。所以要选择结构的关键构件和关键部位进行监测点布置。（4）科学性：监测部位、测点布置、监测内容等的确定，必须具有代表性，监测数据能够反映结构力学性能的全貌，根据监测结果可以对结构的力学状态和安全性进行定性和定量的判断。结构健康监测原则

变形监测变形监测：静力水准仪监测设备

变形监测工程案例

以杭州国际博览中心城市客厅项目为例，球壳采用10个位移监测点，如图所示。变形监测城市客厅-球壳变形监测结果监测点N25挠度变化监测点N26挠度变化监测点N27挠度变化监测点N28挠度变化监测点N29挠度变化监测点N30挠度变化监测点N31挠度变化监测点N32挠度变化监测点N33挠度变化监测点N34挠度变化变形监测

世博会英国馆施工监测

英国馆位于世博园区C片区，整个英国馆被设计成一个没有屋顶的开放式公园，由一个主展馆和环绕基地周边的裙房组成。英国馆展示主要分为五大区域，游客先通过“绿色城市”通道进入“户外城市”展示区，‚然后进入英国馆核心——“种子圣殿”‚，最后通过“活力城市’‚通道进入户外的“开放公园”。项目介绍监测内容：1）应力应变监测；2）几何变形监测；3）结构振动监测。现场结构检测系统的流程图应力应变监测设备应变检测采用的振弦式传感器几何变形监测设备无线传感监测系统应力监测结果应变监测结果变形监测结果振动监测结果

监测专项方案介绍

工况为:①工况1在主桁架下弦端部下方设置临时支撑，规格为600mm×15mm圆钢管，上下铰接;②工况2将顶部桁架吊装至设计标高处，本阶段桁架起重机撤出后，桁架下弦与混凝土劲性柱由于尚未焊接牢靠，节点定义为铰接;③工况3安装核心筒周围吊柱，此时桁架下弦与混凝土劲性柱由于已焊接牢靠，节点定义为刚接;④工况4预计桁架下弦核心筒处混凝土已达设计强度，因此本阶段拆除支撑柱;⑤工况5～6安装剩余吊柱及2层楼面梁;⑥工况7逐层安装楼面梁，直至安装完成。

施工期间的变形监测

变形监测目的：

作为大跨度钢结构，尤其是结构形式复杂的钢结构，为结构在使用期间的安全使用性、结构设计验证、结构模型校验与修正、结构损伤识别、结构养护与维修以及新方法新技术的发展与应用提供技术支持，需进行使用期间的变形监测。变形监测监测目的

使用期间监测流程图变形监测变形监测：静力水准仪监测设备

变形监测变形监测

1、变形监测可分为水平位移监测、垂直位移监测、三维位移监测和其他位移监测。

2、根据监测仪器的种类，监测方法可分为机械式测试仪器法、电测仪器法、光学仪器法及卫星定位系统法。3、应根据结构或构件的变形特征确定监测项目和监测方法。

4、变形监测应建立基准网，采用的平面坐标系统和高程系统可与施工采用的系统一致。局部相对变形测量可不建立基准网，但应考虑结构整体变形对监测结果的影响。

5、变形基准值监测应减少温度等环境因素的影响。6、变形监测的结果应结合环境及效应监测的结果进行修正。工程案例