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市政检测案例

钢结构工程钢桁架提升监测

来源:房屋安全鉴定网点击: 发布时间:2022-02-28 13:48:02

 

  一、概况

  本项目为钢结构综合展馆,总建筑面积68599平方米,其中地下建筑面积31748平方米,车库部分地下3层,典藏库为地下1层;地上建筑面积36851平方米,共6层。展馆钢结构主要包括地下室劲性钢骨结构、一至五层钢框架结构、六至屋面层悬挑钢桁架结构、月牙结构,建筑结构最高点为39.400米,钢结构约12650吨。施工内容包括:钢柱(十字柱、钢管柱、箱型柱及异型柱)、柱间支撑、钢梁(H型梁、箱型梁)、水平支撑、钢桁架、月牙结构、钢筋桁架楼承板、预埋件等。其中钢桁架为组合桁架,最大高度为8.800米,最大长度为128.600米,最大悬挑为58.450米,最大截面为1000*500*50*50。


  二、监测目的

  本建筑结构体系受力复杂,建造周期长,施工工况多,加上结构本身的投资大,结构的重要性极高。因此,对这样一座重要性极高的建筑,非常有必要建立一个监测系统,对施工过程进行实时跟踪监测。其目的是为了保证施工过程的顺利进行,确保结构或构件不至于在施工过程中出现过度的变形或破坏,使结构在施工完毕后能够达到设计要求。监测的主要对象是结构或构件的应力,并随时根据对结构或构件的应力监测结果进行分析,调整施工过程中的相关环节,具体目的如下:

  (1)通过施工期间对结构的监测,以保证结构在施工期间的安全与施工质量控制。

  (2)依据监测数据,全面掌握结构实际受力变形状态与设计的符合情况,为结构竣工验收提供重要技术依据。


  三、监测依据

  (1)《钢结构工程施工质量验收标准》GB 50205-2020;

  (2)《建筑变形测量规范》JGJ 8-2016;

  (3)《建筑与桥梁结构监测技术规范》GB 50982-2014;

  (4)《结构健康监测系统设计标准》CECS 333:2012;

  (5)委托方提供的设计图纸、施工方案等技术资料。


  四、监测范围和内容

  4.1监测范围

  展馆外悬挑钢桁架,跨度约60m,且属于超过1000KN以上整体提升施工工艺。根据住房城乡建设部办公厅《关于实施危险性较大的分部分项工程安全管理规定有关问题的通知》(建办质[2018]31号)要求,此项为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。

  本项目的监测对象为展馆外悬挑钢桁架整体提升施工区域。

  4.2监测内容

  展馆外桁架应力应变监测


  五、测点布置位置及数量

  本次应力应变监测主要布设在钢桁架的关键位置、大跨度钢梁的关键位置。

  钢桁架下弦杆共设置应变监测点30点。


  六、监测仪器设备

  6.1应变传感器

  本次应变监测采用BSIL-ST2振弦式应变计。BSIL-ST2应变计用于安装在钢结构及其它建筑物表面,测量结构的应变。仪器与钢结构的温度膨胀系数相同,与混凝土的温度膨胀系数也非常接近。所以很少需要温度修正。需要时,内置的温度传感器可同时监测安装位置的温度。该仪器为采用不锈钢制造的振弦式应变计,具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。仪器由专用的四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信号,频率信号不受电缆长度的影响。仪器适合在恶劣的环境下长期监测建(构)筑物的应变变化。

  BSIL-ST2应变计在钢结构上安装时,采用焊接安装块的方式。传感器体不能通过焊接电流,否则将造成传感器的损坏。因此,传感器的安装应在焊接工作全部完成后进行。可利用一个根据仪器尺寸制作的安装杆定位和焊接安装块(安装杆可使用外径φ12mm的钢筋制作或车削,要求长度不低于160mm,外表通直光滑)。安装块是成对提供的,其中带有锥尖固定螺钉,焊接表面应清理干净,焊接时应避免过热,不能焊接平直端面,否则将影响仪器的拆装。焊接完成后,使用适当方法对安装块降温并去除焊渣,并检查调整两端块是否同心。拆下安装杆,安装仪器。如图所示,穿入应变杆,套上线圈并固定卡箍。将线圈卡在应变计中部,将卡箍套在线圈上拧紧。先将应变计有V型槽的一端用螺钉固定,调节另一端使之达到预期的初始读数,最后用螺丝固定。通过对钢结构的应变进行监测,可以随时换算为钢结构的应力。

  6.2智能数据采集箱

  监测现场将所有的传感器接入智能数据采集箱,可以远程实现对监测点的自动监测控制,如启动或中止监测,设置监测频率,将监测数据上传至远程服务器等。

  智能数据采集箱的主要参数如下:

  ◆设备工作电压:3.2~4.2V

  ◆设备充电电压:7V~24V

  ◆设备充电电流:1.2~1.5A

  ◆传感器采集输出电流:500mA

  ◆设备待机电流(DTU开启):80~200mA,(DTU关闭):4~5mA

  ◆设备休眠电流:5~10uA

  ◆通道数:16、32和48通道(根据需要定制)

  ◆储存条数:4096

  ◆存储空间:256KB

  ◆采集时间(视不同传感器而定):3秒◆采集间隔:60秒

  ◆待机时间(容量为32Ah一次性电池,采集频率一天一次):1年

  ◆工作环境:-15~55℃,5%~95%RH(无凝露)


  七、自动化监测系统平台

  本项目采用先进的自动化监测系统。

  7.1监测系统的架构

  自动化监测系统,主要由四大部分组成:

  (1)感知系统:即各类传感器,主要包括环境监测传感器、变形监测传感

  器、应力应变传感器、荷载监测传感器等。

  (2)数据采集系统:即数据采集控制单元,有一定的内存,并能安装控制

  软件,对传感器的工作方式进行控制,接收云端远程控制信号。不同类别的传感

  器一般对应不同型号的采集控制单元。

  (3)数据传输系统:通过无线或有线等各种传输方式,将采集到的监测数

  据上传至云端服务器。

  (4)控制分析系统:在云端服务器上,可以对监测数据进行计算、处理和

  分析。监测成果可以通过网页、手机APP、短信等多种方式分发至指定客户。

  7.2监测平台的主要功能

  (1)创建工程项目

  对于每一个新项目,需要在平台创建工程项目,即生成项目路径,并填入项

  目名称、项目地址、监测起止时间等基本信息。平台可实时显示相应信息。

  (2)配置传感器

  项目创建完成后,根据项目的实际采用传感器的情况,配置具体的传感器类

  别、编号、型号等相关参数。

  (3)测点管理

  传感器配置完毕后,可对传感器进行测点管理,将多个传感器归纳到对应的

  测点分组内,方便后期管理与查找。

  (4)查看数据

  可以查看后台存储的各类监测数据。并可以将相关数据导出,生成图表、报

  表等。

  (5)可视化展示


  八、监测频率及现场监测

  由于本项目采用自动化监测系统,可以实现连续在线实时监测功能。

  本次施工过程监测频率如下:

  一般阶段:1次/2小时

  提升过程:1次/15分钟


  九、监测报警值


  十、主要施工节点


  十一、监测数据分析

  11.1首次提升及静置阶段监测

  钢桁架GHJ-1~GHJ-8在首次提升及静置阶段应力变化曲线。

  2022.1.12·11:00~2022.1.12·17:00为脱离胎架阶段,2022.1.12·17:

  00~2022.1.12·21:00为首次提升阶段,2022.1.12·21:00~2022.1.13·07:

  00为悬空静置阶段。

  由图可见,钢结构脱离胎架期间,由于结构应力重新分布,监测点应力缓慢

  增大。提升期间随着液压油缸压力的加大,钢结构应力也逐渐增大,直至钢结构

  下底面完全脱离胎架后,监测点应力基本达到稳定值,应力最大点为Y7,最大

  应力值25.8MPa(报警值为80MPa)。提升前期,监测点应力处于可控状态,无突变情况。此外,在首次提升后的静置阶段,由图可见各监测点应力基本无变化,曲线非常平稳。本阶段现场施工进展顺利,巡视检查钢结构未发现异常情况。

  11.2连续提升阶段监测

  由图中可以看出,曲线变化较为平缓,钢结构连续提升期间,监测点应力变

  化非常小,基本处于稳定状态。在气温较高的中、下午时段,钢结构应力稍大,

  其后又恢复至之前状态。本阶段应力最大点Y7,最大应力26.8MPa(报警值为

  80MPa)。

  本阶段钢结构连续提升,提升工作平稳有序,巡视检查钢结构未发现异常情

  况。

  11.3.提升完成后焊接阶段监测

  钢桁架GHJ-1~GHJ-8在提升完成后的焊接阶段应力变化曲线。

  从图中可以看出,钢结构提升完成后焊接期间,监测点应力由于受结构应力重新分布、温度影响等原因,局部出现波动但是波动幅度较小(约为5MPa),整体未发生突变等异常情况。截至2022年1月19日8:00,应力最大点为Y2,最

  大应力值为25.6MPa(报警值为80 MPa)。本阶段为钢结构内、外桁架的对接焊接,现场各项工作进展正常,巡视检查

  钢结构未发现异常情况,整个施工过程进展顺利。


  十二、结语

  本次监测过程中,我方按照委托方的要求,根据施工进度需要,提前安装了监测设备,钢结构提升施工过程中现场提供了跟踪式监测服务。在整个监测过程中,监测设备运行正常,各监测点数据均未达到监测报警值,监测过程未发现数据异常,施工过程进展顺利。本次监测工作的开展得到了本工程建设单位、监理、施工等各方现场人员的大力支持和积极配合,在此致以诚挚的谢意。


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