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鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

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《鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用(11頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、國家會議中心二期工程平面尺寸458?m×146?m,地上3層,地下2層,高51.32?m??傆娩摿考s13萬t。 地上標高14.300~20.000?m桁架層包括主會場及會展廳桁架結(jié)構(gòu)。其中主會場平面尺寸為72?m×108?m,會展廳平面尺寸為81?m×234?m,最大跨度81?m,單榀主桁架最重約800?t,該層鋼結(jié)構(gòu)總重41?280.8?t,結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。本文以主會場鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程為例,介紹鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程中遠程監(jiān)控技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。 圖1??20.000?m標高結(jié)構(gòu)布置 1??主會場結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程概況 主會場結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架采用整體千斤頂同步卸載施

2、工方法,為化解上層建筑的結(jié)構(gòu)重壓,采用通高7.7?m,由縱向、橫向、斜向桿件交叉構(gòu)成的轉(zhuǎn)換桁架結(jié)構(gòu)體系。向上托舉1.6倍于自身的重量,向下承載超大無柱空間,將上層結(jié)構(gòu)的重力均勻傳至首層側(cè)邊的支撐柱上,實現(xiàn)整個建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡。8?000?㎡的無柱空間主會場(桁架結(jié)構(gòu)),標高20.000?m的轉(zhuǎn)換層桁架于2020年4月1日開始卸載周邊支撐;?4月3日千斤頂開始逐級同步卸載,當日下午全部卸載完成。圖2為整體卸載過程的安全監(jiān)測系統(tǒng)示意。 圖2 安全監(jiān)測系統(tǒng)示意 2 監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計與實施 2.1 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 2.1.1 桁架測點位置 由于系統(tǒng)傳感器布設(shè)是在設(shè)計桿

3、件施工結(jié)束后進行,因此按施工順序?qū)鞲衅鞑荚O(shè)點分為桁架卸載施工控制點、桁架鋼柱控制點和臨時支撐控制點3部分。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)換桁架整體卸載過程的施工安全控制,根據(jù)易損性分析計算結(jié)果選取主次轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力及變形較大的弦桿和腹桿進行應(yīng)力及變形監(jiān)測,傳感器分布為:主次桁架被測桿件23根,使用傳感器24只,主次桁架變形監(jiān)測點3個加一個位移基準點,共4個;桁架鋼柱被測構(gòu)件5根,使用傳感器10個;臨時支撐6根,使用傳感器12只,共采用傳感器46只。 2.1.2 監(jiān)測儀器優(yōu)選 應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)選用北京產(chǎn)MOS-9210型自動化數(shù)據(jù)采集儀及MOS-6301弧焊型振弦式表面應(yīng)變計組合,其中應(yīng)變計安裝在鋼結(jié)構(gòu)及其建筑物表面

4、,用于測量結(jié)構(gòu)應(yīng)變,自動化數(shù)據(jù)采集儀是集用戶管理、測量管?理、數(shù)據(jù)管理、通訊管理于一身,便于工程安全的自動化測量及數(shù)據(jù)處理傳感器和解調(diào)儀如圖3所示。 (a)?? ? ? ? ? ? ? ? (b) 圖3 項目應(yīng)變采集系統(tǒng)優(yōu)選儀器 (a)BGK-4000弧焊型振弦式應(yīng)變計;(b)BGK-MICRO-40型自動化數(shù)據(jù)采集儀 2.2 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實施 傳感器按轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠程監(jiān)控系統(tǒng)要求的位置布設(shè),并進行相應(yīng)系統(tǒng)集成和監(jiān)測系統(tǒng)編制。應(yīng)變計安裝塊成對提供帶有錐尖固定螺釘,傳感器表面應(yīng)清理干凈。安裝時先確定安裝桿長度,再鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計位置焊接安裝塊,最后裝上安裝

5、桿即可。安裝后的云平臺監(jiān)測系統(tǒng)界面如圖4所示。 (a)?? ? ? ? ? ? ? ? (b) (c) (d) 圖4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)實施 (a)桁架鋼柱傳感器布設(shè);(b)網(wǎng)架斜腹桿傳感器布設(shè);(c)監(jiān)測系統(tǒng)主界面(計算機截圖);(d)數(shù)據(jù)顯示界面(計算機截圖) 2.3 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 2.3.1 網(wǎng)架桿件應(yīng)力數(shù)據(jù)分析 鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程中桁架桿件的應(yīng)力數(shù)據(jù)分析如圖5所示,包括主次桁架桿件、桁架鋼柱和臨時支撐3種監(jiān)測構(gòu)件,其中圖5(a)和圖5(b)為主次桁架桿件卸載前布設(shè)的傳感器,圖5(c)為桁架鋼柱卸載前布設(shè)的傳感器,圖5(d)為臨時支

6、撐卸載前布設(shè)的傳感器。受篇幅所限,本文每個類型僅給出2個傳感器數(shù)據(jù)分析。由圖5(a)可知,主桁架同一桿件上下布設(shè)的2個傳感器數(shù)據(jù)變化趨勢相同,數(shù)值接近,整個過程(包括前期水平支撐卸載和最終豎向卸載過程)的監(jiān)測結(jié)果與實際情況吻合較好,僅實測值稍小于桿件模擬值;由圖5(b)和圖5(c)可知,在卸載進行的小步驟內(nèi),主次桁架桿件布設(shè)的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動的趨勢,千斤頂開始最后一次同步卸載,的應(yīng)力值與模擬值完全吻合,卸載完成后施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn),符合施工過程對結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相,說明監(jiān)測系統(tǒng)可準確獲取卸載過程中轉(zhuǎn)換層桁架的受力變化狀態(tài)。 (a)?? ? ? ? ? ? ? ?

7、 (b)? (c) 圖5 轉(zhuǎn)換桁架卸載過程中桁架桿件的應(yīng)力數(shù)據(jù)分析 (a) 傳感器B-YG-Z3-4+5;(b) 傳感器B-YG-Z4-5(c) 傳感器B-YGZ-11 2.3.2 轉(zhuǎn)換桁架臨時支撐卸載過程應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 選取臨時支撐中反力最大的布設(shè)傳感器,每個豎向支撐鋼管上同一截面處對立面各設(shè)1個傳感器,共12個。受篇幅所限,本文選取桿件B-YGLZ-5和B-YGLZ-6支撐柱體做分析對象。分析結(jié)果如圖6?所示。 (a)?? ? ? ? ? ? ? ? (b) 圖6 臨時支撐傳感器數(shù)據(jù)分析 (a) 傳感器B-YGLZ-5;(b)傳感器B-YGLZ-6 由圖

8、6可得出如下結(jié)論。 (1)臨時支撐上傳感器均能反映數(shù)據(jù)隨現(xiàn)場卸載5個步驟的變化情況:2020年4月3日09∶00開始卸載時,所有臨時支撐上傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且差值均為5?MPa左右,該步卸載完成后在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn);10∶20開始第2子步卸載時,傳感器數(shù)據(jù)仍均有明顯突變且傳感器差值均為15?MPa左右,卸載完成后在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn);12∶43開始第3子步卸載時,傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且每個傳感器差值均為5?MPa左右,卸載完成后數(shù)據(jù)在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn);14∶02開始第4子步卸載時,傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且傳感器差值均為5?MPa左右,卸載完成后在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn),16∶05開始第

9、5子步卸載時,傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且每個傳感器差值均為5?MPa左右,卸載完成后數(shù)據(jù)在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn);這與施工過程對結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相符。 (2)分析對比臨時支撐同一截面對立位置傳感器數(shù)據(jù)分析可知,由傳感器獲取的數(shù)據(jù)差值為2?MPa左右,說明轉(zhuǎn)換層桁架卸載施工過程中臨時支撐僅承受豎向荷載,不受彎矩作用,說明卸載時鋼支撐結(jié)構(gòu)?安全。 (3)對比5個步驟的數(shù)據(jù)可知,實測數(shù)據(jù)與理論值吻合很好,特別是第四和第五階段的監(jiān)控數(shù)據(jù)更接近理論數(shù)據(jù),證明監(jiān)控過程定量可控,布設(shè)傳感器可準確獲取施工過程桿件的受力狀態(tài),能滿足設(shè)計及施工要求。 2.3.3 轉(zhuǎn)換桁架鋼柱卸載過程應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 本工程主

10、次桁架梁柱連接為剛接節(jié)點,轉(zhuǎn)換桁架安裝與卸載過程中鋼柱應(yīng)力需要進行監(jiān)測的鋼柱共?5根。 考慮偏心荷載作用,每根柱需在受彎方向?qū)γ娌荚O(shè)兩個監(jiān)測點,共10個傳感器。受篇幅所限,本文選取鋼柱B-YGZ-11做分析對象(圖7)。 圖7 轉(zhuǎn)換層桁架鋼柱卸載過程傳感器數(shù)據(jù)分析 由圖7可得出結(jié)論如下。 (1)在卸載進行的小步驟內(nèi),監(jiān)測數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動的趨勢,卸載完成后在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn);與施工過程對結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相符,從定性分析角度表明卸載過程是可控的。測點B-YGZ-11-1在4月3日上午9∶00千斤頂開始第一次同步卸載時應(yīng)力變化–2?MPa左右;10∶20千斤頂開始第二次同步卸載

11、時應(yīng)力變化為–4?MPa左右;12∶43千斤頂開始第三次同步卸載開始時應(yīng)力變化–4?MPa左右;14∶02,千斤頂開始第四次同步卸載時應(yīng)力變化為–2?MPa左右;16∶05千斤頂開始最后一次同步卸載,其應(yīng)力值穩(wěn)定在–12?MPa,與模擬值–14?MPa相近,證明監(jiān)測系統(tǒng)可準確獲取卸載過程中轉(zhuǎn)換層鋼柱的受力變化狀態(tài)。 (2)分析對比安裝在同一柱對立面的兩個傳感器卸載當天的部分監(jiān)測點數(shù)據(jù)分析,鋼柱里側(cè)編號為1,外側(cè)編號為2,傳感器B-YGZ-11外側(cè)傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論值吻合,內(nèi)側(cè)傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)小于理論值,差值為10?MPa,證明鋼柱受到較小偏載的作用,與模擬狀態(tài)一致。 上述定性和定量分析數(shù)據(jù)

12、均表明北區(qū)轉(zhuǎn)換層桁架鋼柱卸載過程大部分傳感器的實測值與數(shù)值模擬值有較好的吻合度,也驗證了有限元模型的正確性,說明卸載過程是可控的,未出現(xiàn)明顯異常,可繼續(xù)?施工。 3 結(jié)論 液壓千斤頂卸載法以其可采用計算機聯(lián)動同步控制、數(shù)據(jù)反饋準確、同步性好、卸載設(shè)備可循環(huán)使用等優(yōu)點,已被廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)支撐體系中。本文針對現(xiàn)階段轉(zhuǎn)換桁架卸載過程監(jiān)測需求不足的問題,提出基于云存儲、4G傳輸、監(jiān)控平臺顯示的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠程監(jiān)控技術(shù),并用于國內(nèi)規(guī)模最大的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架——國家會議中心二期主會場鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載中,得到如下結(jié)論。 (1)卸載和卸載完成后的穩(wěn)定狀態(tài)的自動采集數(shù)據(jù)表明。監(jiān)測數(shù)據(jù)無明顯波動和

13、干擾,絕大多數(shù)傳感器均正常工作,數(shù)據(jù)可信。 (2)在定性分析方面,應(yīng)力數(shù)據(jù)具有相同的變化規(guī)律,即卸載過程中隨卸載工況有明顯變化,可觀察到結(jié)構(gòu)對稱性。卸載結(jié)束后一定時間內(nèi)參數(shù)變化較?小,結(jié)構(gòu)無向一個方向變動的趨勢,處于穩(wěn)定狀態(tài)。 (3)在定量分析方面,通過對比卸載階段和穩(wěn)定階段的實測值和數(shù)值模擬值可知,卸載過程中絕大多數(shù)測試點的數(shù)據(jù)與理論值吻合較好,兩者差值均小于10?MPa,不會影響結(jié)構(gòu)安全,穩(wěn)定狀態(tài)的實測值在一個穩(wěn)定的值隨溫度變化上下波動。定量分析表明在結(jié)構(gòu)施工過程中與理論值較接近,施工結(jié)束后應(yīng)力隨溫度穩(wěn)定變化,不存在明顯的安全隱患。 通過上述系統(tǒng)可有效定量地把控鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載施工過程,施工結(jié)束后通過對分析數(shù)據(jù)還可優(yōu)化施工工藝和臨時措施設(shè)計,以節(jié)約能源和材料,具有較大的推廣應(yīng)用價值。

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