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

《鋼結(jié)構(gòu)巨型轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用》由會(huì)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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、國家會(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t。 地上標(biāo)高14.300~20.000?m桁架層包括主會(huì)場及會(huì)展廳桁架結(jié)構(gòu)。其中主會(huì)場平面尺寸為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(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。 圖1??20.000?m標(biāo)高結(jié)構(gòu)布置 1??主會(huì)場結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程概況 主會(huì)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(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的受力平衡。8?000?㎡的無柱空間主會(huì)場（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日開始卸載周邊支撐；?4月3日千斤頂開始逐級同步卸載，當(dāng)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(jì)與實(shí)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(jì) 2.1.1　桁架測點(diǎn)位置 由于系統(tǒng)傳感器布設(shè)是在設(shè)計(jì)桿

3、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，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(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(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

4、，用于測量結(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)測系統(tǒng)編制。應(yīng)變計(jì)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(shí)先確定安裝桿長度，再鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)位置焊接安裝塊，最后裝上安裝

5、桿即可。安裝后的云平臺(tái)監(jiān)測系統(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(shí)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(shí)支

6、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)變化趨勢相同，數(shù)值接近，整個(gè)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(shí)際情況吻合較好，僅實(shí)測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)測數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動(dòng)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(zhǔn)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(shí)支撐卸載過程應(yīng)力監(jiān)測數(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

8、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)場卸載5個(gè)步驟的變化情況：2020年4月3日09∶00開始卸載時(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)；10∶20開始第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)；12∶43開始第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)；14∶02開始第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)，16∶05開始第

9、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)；這與施工過程對結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律相符。 （2）分析對比臨時(shí)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(shí)支撐僅承受豎向荷載，不受彎矩作用，說明卸載時(shí)鋼支撐結(jié)構(gòu)?安全。 （3）對比5個(gè)步驟的數(shù)據(jù)可知，實(shí)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?cái)?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(zhǔn)確獲取施工過程桿件的受力狀態(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(diǎn)，轉(zhuǎn)換桁架安裝與卸載過程中鋼柱應(yīng)力需要進(jìn)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(gè)監(jiān)測點(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(jìn)行的小步驟內(nèi)，監(jiān)測數(shù)據(jù)均有隨卸載步驟變動(dòng)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)應(yīng)力變化–4?MPa左右；14∶02，千斤頂開始第四次同步卸載時(shí)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(zhǔn)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(gè)傳感器卸載當(dāng)天的部分監(jiān)測點(diǎn)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(shí)測值與數(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(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(chǔ)、4G傳輸、監(jiān)控平臺(tái)顯示的鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換桁架卸載過程遠(yuǎn)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(huì)議中心二期主會(huì)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(dòng)采集數(shù)據(jù)表明。監(jiān)測數(shù)據(jù)無明顯波動(dòng)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(shí)間內(nèi)參數(shù)變化較?小，結(jié)構(gòu)無向一個(gè)方向變動(dòng)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(shí)測值和數(shù)值模擬值可知，卸載過程中絕大多數(shù)測試點(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(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。