鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

國(guó)家會(huì)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(wàn)t。地上標(biāo)高14.30020.000?m桁架層包括主會(huì)場(chǎng)及會(huì)展廳桁架結(jié)構(gòu)。其中主會(huì)場(chǎng)平面尺寸為72?m×108?m，會(huì)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(huì)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程為例，介紹鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程中遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。圖1?20.000?m標(biāo)高結(jié)構(gòu)布置1?主會(huì)場(chǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程概況主會(huì)場(chǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架采用整體千斤頂同步卸載施工方法，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(wú)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(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡。8?000?的無(wú)柱空間主會(huì)場(chǎng)（桁架結(jié)構(gòu)），標(biāo)高20.000?m的轉(zhuǎn)換層桁架于2020年4月1日開(kāi)始卸載周邊支撐； 4月3日千斤頂開(kāi)始逐級(jí)同步卸載，當(dāng)日下午全部卸載完成。圖2為整體卸載過(guò)程的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意。圖2安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意2監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施2.1鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1桁架測(cè)點(diǎn)位置由于系統(tǒng)傳感器布設(shè)是在設(shè)計(jì)桿件施工結(jié)束后進(jìn)行，因此按施工順序?qū)鞲衅鞑荚O(shè)點(diǎn)分為桁架卸載施工控制點(diǎn)、桁架鋼柱控制點(diǎn)和臨時(shí)支撐控制點(diǎn)3部分。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換桁架整體卸載過(guò)程的施工安全控制，根據(jù)易損性分析計(jì)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(jìn)行應(yīng)力及變形監(jiān)測(cè)，傳感器分布為：主次桁架被測(cè)桿件23根，使用傳感器24只，主次桁架變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)加一個(gè)位移基準(zhǔn)點(diǎn)，共4個(gè)；桁架鋼柱被測(cè)構(gòu)件5根，使用傳感器10個(gè)；臨時(shí)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(cè)儀器優(yōu)選應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選用北京產(chǎn)MOS-9210型自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀及MOS-6301弧焊型振弦式表面應(yīng)變計(jì)組合，其中應(yīng)變計(jì)安裝在鋼結(jié)構(gòu)及其建筑物表面，用于測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)變，自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀是集用戶管理、測(cè)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(dòng)化測(cè)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(xiàng)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(jì)；（b）BGK-MICRO-40型自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀2.2鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施傳感器按轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求的位置布設(shè)，并進(jìn)行相應(yīng)系統(tǒng)集成和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)編制。應(yīng)變計(jì)安裝塊成對(duì)提供帶有錐尖固定螺釘，傳感器表面應(yīng)清理干凈。安裝時(shí)先確定安裝桿長(zhǎng)度，再鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位置焊接安裝塊，最后裝上安裝桿即可。安裝后的云平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面如圖4所示。（a）               （b）（c）（d）圖4遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)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(cè)系統(tǒng)主界面（計(jì)算機(jī)截圖）；（d）數(shù)據(jù)顯示界面（計(jì)算機(jī)截圖）2.3鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程監(jiān)測(cè)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(guò)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(shí)支撐3種監(jiān)測(cè)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(shí)支撐卸載前布設(shè)的傳感器。受篇幅所限，本文每個(gè)類型僅給出2個(gè)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(gè)傳感器數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)相同，數(shù)值接近，整個(gè)過(guò)程（包括前期水平支撐卸載和最終豎向卸載過(guò)程）的監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好，僅實(shí)測(cè)值稍小于桿件模擬值；由圖5（b）和圖5（c）可知，在卸載進(jìn)行的小步驟內(nèi)，主次桁架桿件布設(shè)的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動(dòng)的趨勢(shì)，千斤頂開(kāi)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(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相，說(shuō)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確獲取卸載過(guò)程中轉(zhuǎn)換層桁架的受力變化狀態(tài)。（a）               （b） （c）圖5轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)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-112.3.2轉(zhuǎn)換桁架臨時(shí)支撐卸載過(guò)程應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析選取臨時(shí)支撐中反力最大的布設(shè)傳感器，每個(gè)豎向支撐鋼管上同一截面處對(duì)立面各設(shè)1個(gè)傳感器，共12個(gè)。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(duì)象。分析結(jié)果如圖6 所示。（a）               （b）圖6臨時(shí)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6可得出如下結(jié)論。（1）臨時(shí)支撐上傳感器均能反映數(shù)據(jù)隨現(xiàn)場(chǎng)卸載5個(gè)步驟的變化情況：2020年4月3日0900開(kāi)始卸載時(shí)，所有臨時(shí)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)；1020開(kāi)始第2子步卸載時(shí)，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)；1243開(kāi)始第3子步卸載時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且每個(gè)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)；1402開(kāi)始第4子步卸載時(shí)，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)，1605開(kāi)始第5子步卸載時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)均有明顯突變且每個(gè)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(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相符。（2）分析對(duì)比臨時(shí)支撐同一截面對(duì)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(shuō)明轉(zhuǎn)換層桁架卸載施工過(guò)程中臨時(shí)支撐僅承受豎向荷載，不受彎矩作用，說(shuō)明卸載時(shí)鋼支撐結(jié)構(gòu) 安全。（3）對(duì)比5個(gè)步驟的數(shù)據(jù)可知，實(shí)測(cè)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?cái)?shù)據(jù)更接近理論數(shù)據(jù)，證明監(jiān)控過(guò)程定量可控，布設(shè)傳感器可準(zhǔn)確獲取施工過(guò)程桿件的受力狀態(tài)，能滿足設(shè)計(jì)及施工要求。2.3.3轉(zhuǎn)換桁架鋼柱卸載過(guò)程應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析本工程主次桁架梁柱連接為剛接節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換桁架安裝與卸載過(guò)程中鋼柱應(yīng)力需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的鋼柱共 5根?？紤]偏心荷載作用，每根柱需在受彎方向?qū)γ娌荚O(shè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共10個(gè)傳感器。受篇幅所限，本文選取鋼柱B-YGZ-11做分析對(duì)象（圖7）。圖7轉(zhuǎn)換層桁架鋼柱卸載過(guò)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(jìn)行的小步驟內(nèi)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動(dòng)的趨勢(shì)，卸載完成后在施工停歇期數(shù)據(jù)平穩(wěn)；與施工過(guò)程對(duì)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(guò)程是可控的。測(cè)點(diǎn)B-YGZ-11-1在4月3日上午900千斤頂開(kāi)始第一次同步卸載時(shí)應(yīng)力變化2?MPa左右；1020千斤頂開(kāi)始第二次同步卸載時(shí)應(yīng)力變化為4?MPa左右；1243千斤頂開(kāi)始第三次同步卸載開(kāi)始時(shí)應(yīng)力變化4?MPa左右；1402，千斤頂開(kāi)始第四次同步卸載時(shí)應(yīng)力變化為2?MPa左右；1605千斤頂開(kāi)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(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確獲取卸載過(guò)程中轉(zhuǎn)換層鋼柱的受力變化狀態(tài)。（2）分析對(duì)比安裝在同一柱對(duì)立面的兩個(gè)傳感器卸載當(dāng)天的部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，鋼柱里側(cè)編號(hào)為1，外側(cè)編號(hào)為2，傳感器B-YGZ-11外側(cè)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值吻合，內(nèi)側(cè)傳感器監(jiān)測(cè)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)均表明北區(qū)轉(zhuǎn)換層桁架鋼柱卸載過(guò)程大部分傳感器的實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬值有較好的吻合度，也驗(yàn)證了有限元模型的正確性，說(shuō)明卸載過(guò)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(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)同步控制、數(shù)據(jù)反饋準(zhǔn)確、同步性好、卸載設(shè)備可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)支撐體系中。本文針對(duì)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程監(jiān)測(cè)需求不足的問(wèn)題，提出基于云存儲(chǔ)、4G傳輸、監(jiān)控平臺(tái)顯示的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，并用于國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架國(guó)家會(huì)議中心二期主會(huì)場(chǎng)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(dòng)采集數(shù)據(jù)表明。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯波動(dòng)和干擾，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(guò)程中隨卸載工況有明顯變化，可觀察到結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。卸載結(jié)束后一定時(shí)間內(nèi)參數(shù)變化較 小，結(jié)構(gòu)無(wú)向一個(gè)方向變動(dòng)的趨勢(shì)，處于穩(wěn)定狀態(tài)。（3）在定量分析方面，通過(guò)對(duì)比卸載階段和穩(wěn)定階段的實(shí)測(cè)值和數(shù)值模擬值可知，卸載過(guò)程中絕大多數(shù)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)與理論值吻合較好，兩者差值均小于10?MPa，不會(huì)影響結(jié)構(gòu)安全，穩(wěn)定狀態(tài)的實(shí)測(cè)值在一個(gè)穩(wěn)定的值隨溫度變化上下波動(dòng)。定量分析表明在結(jié)構(gòu)施工過(guò)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(guò)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(guò)程，施工結(jié)束后通過(guò)對(duì)分析數(shù)據(jù)還可優(yōu)化施工工藝和臨時(shí)措施設(shè)計(jì)，以節(jié)約能源和材料，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。