鋼結(jié)構(gòu)施工過程跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)與工程實(shí)例探討

王猛　郝建勛

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，許多大型建筑迎著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)遇而出現(xiàn)，各種施工工程項(xiàng)目的拓展壯大，鋼結(jié)構(gòu)建筑得到普及和持續(xù)發(fā)展，廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、橋梁以及住宅等方面，各種規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)隨之得到蓬勃發(fā)展。為了全面提升鋼結(jié)構(gòu)施工過程中處理變化的能力，本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過程的跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，并結(jié)合相關(guān)的工程實(shí)例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；施工過程；跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)；應(yīng)變結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0012-01

科技的發(fā)展帶動(dòng)了鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)的發(fā)展，越來越多新型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)項(xiàng)目興起，同時(shí)也帶動(dòng)了一些針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究工作，鋼結(jié)構(gòu)施工過程中承載力變化的問題也成為了許多研究者進(jìn)行科學(xué)研究的重點(diǎn)部分，由于對(duì)施工過程受力變化的精確分析與控制能夠?qū)こ探ㄔO(shè)的周期形成一定的安全保障，因而，為了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過程的受力情況變化進(jìn)行準(zhǔn)確的分析與把握，需要在施工過程中進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

1 鋼結(jié)構(gòu)施工過程跟蹤監(jiān)測(cè)方法

1.1 利用振弦式應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)方法

振弦式應(yīng)變計(jì)主要是指一種用振弦來進(jìn)行測(cè)量的應(yīng)變傳感器，此種應(yīng)變計(jì)以其傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的頻率信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，非常方便計(jì)算機(jī)處理或代手段的電路調(diào)理。此種方法在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中跟蹤監(jiān)測(cè)的應(yīng)用主要是通過觀察弦振頻率與弦張力的變化情況來對(duì)相關(guān)測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變情況進(jìn)行記錄。在進(jìn)行測(cè)量的過程中，首先需要將鋼弦固定在兩塊焊接于等待監(jiān)測(cè)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件之上的安裝塊中間，安裝塊的運(yùn)動(dòng)變化方式是對(duì)機(jī)器中每一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體即構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)，此時(shí)安裝塊的變化則會(huì)引起固定與安裝塊之間的鋼弦張力的變化，鋼弦的張力發(fā)生變化將會(huì)引起連接鋼弦的電磁線圈的變化，電磁線圈通過對(duì)鋼弦進(jìn)行激振，利用機(jī)械振動(dòng)使鋼弦獲得一定形式和大小的振動(dòng)量，進(jìn)而對(duì)其振動(dòng)的頻率進(jìn)行測(cè)量，將變化的張力進(jìn)行記錄。

1.2 振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

由于振弦式應(yīng)變計(jì)所反饋的信息特征主要為頻率特征，所以它比較靈活敏銳且具有很好的穩(wěn)定性能，此種傳感方式受到其他因素的影響比較小，對(duì)頻率輸出數(shù)據(jù)的收集方式也比較簡(jiǎn)單。振弦式應(yīng)變計(jì)不僅攜帶方式方便，而且對(duì)于價(jià)格而言，相較其他監(jiān)測(cè)方法十分實(shí)惠，且不需要?jiǎng)恿ρb置，使用十分方便，十分適用于鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤監(jiān)測(cè)。

2 運(yùn)用跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例

2.1 跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)家體育館中的應(yīng)用

首先對(duì)國(guó)家體育館的布置方案進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，我國(guó)國(guó)家體育館坐落于北京奧林匹克公司的南面，沿著國(guó)家體育館建筑群平面中統(tǒng)率全局的軸線進(jìn)行的針對(duì)兩邊各部分的均勻?qū)ΨQ布局。在國(guó)家體育館的結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)建相對(duì)于基準(zhǔn)面的豎向高度的標(biāo)高為42.454m。國(guó)家體育館鋼屋架南北長(zhǎng)144m，東西寬114m，整個(gè)體育館鋼屋架工程由14榀桁架組成，總用鋼量達(dá)2800t，鋼屋架形狀呈扇形波浪曲線，是我國(guó)國(guó)內(nèi)空間跨度最大的雙向張弦鋼屋架結(jié)構(gòu)體系。其中雙向包括上弦和下弦，上弦主要是與正面相交的平面管桁架，下弦主要是通過在鋼構(gòu)件中尋找節(jié)點(diǎn)，反映張力變化情況。這種綜合上下弦的雙向鋼結(jié)構(gòu)體系，橫跨的區(qū)域較大，創(chuàng)新了構(gòu)件的方式，表明了技術(shù)的不斷延伸。

在國(guó)家體育館中跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用同樣表現(xiàn)在振弦應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用。是針對(duì)在進(jìn)行屋蓋施工過程中的兩個(gè)比較關(guān)鍵的施工步驟，在施工過程中的滑移技術(shù)，即在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向，相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，另外一個(gè)重要的施工技術(shù)則為雙向預(yù)應(yīng)力鋼屋架張拉施工技術(shù)。通過將振弦應(yīng)變計(jì)應(yīng)用于這兩個(gè)重要施工技術(shù)中，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工情況進(jìn)行隨時(shí)把握與了解。

2.2 跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)在中國(guó)航海博物館中的應(yīng)用

早在60年代初期，為更好地服務(wù)于大型的體育設(shè)施的建筑，我國(guó)就已經(jīng)將索網(wǎng)結(jié)構(gòu)理論運(yùn)用于建筑設(shè)計(jì)中，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建筑不僅擴(kuò)充了我國(guó)對(duì)于空間結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，同樣也為今后廣大研究者在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)?；谒骶W(wǎng)結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，需要在索上施加外力才能形成一定的形狀，因而，在施工前，需要對(duì)施工張拉的順序明確的了解，通過對(duì)施工順序的嚴(yán)格規(guī)劃，對(duì)每個(gè)施工張拉步驟的力量進(jìn)行估計(jì)，給其儲(chǔ)備相符的預(yù)應(yīng)力值。

所以，在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)開始張拉施工時(shí)，必須考慮到在分批張拉過程中，每批張拉構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力會(huì)對(duì)之后的張拉構(gòu)件產(chǎn)生影響，且這種影響并不是有規(guī)律的遞增或是遞減，分批張拉施工過程完成時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生與此原因相同的問題，如：最后一批張拉構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力與最初估計(jì)的預(yù)應(yīng)力并不一致。

針對(duì)此種情況，結(jié)合索網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)航海博物館中的應(yīng)用，來探索工程的制作設(shè)計(jì)。中國(guó)航海博物館是我國(guó)目前規(guī)模最大、等級(jí)最高的綜合性航海博物館，室內(nèi)展示面積達(dá)到了21000m2。它的建筑構(gòu)成主要分為兩個(gè)基底和側(cè)翼，其側(cè)翼的基本構(gòu)成主要有屋面、索網(wǎng)幕墻及側(cè)面玻璃幕墻。在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，決定其安全性及是否符合相關(guān)要求的重要標(biāo)準(zhǔn)是索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中張拉的力度。因此，對(duì)中國(guó)航海博物館中索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工過程中張力進(jìn)行試驗(yàn)的主要工具是EM索張力測(cè)量?jī)x。與振弦式應(yīng)變計(jì)原理類似，運(yùn)用線圈及檢測(cè)設(shè)備對(duì)張力的變化控制點(diǎn)進(jìn)行全面觀察，最后通過數(shù)據(jù)整理得出調(diào)整索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的最佳設(shè)計(jì)，使索網(wǎng)受力均勻，不斷完善在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中遇到的難題。

3 結(jié)語

由于大型空間鋼結(jié)構(gòu)工程的施工過程是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過程，在施工過程中有較多影響因素會(huì)給工程施工帶來許多不確定性，鋼結(jié)構(gòu)受力的狀況以及承壓的情況也一個(gè)不斷變化的過程，這就要求我們?cè)阡摻Y(jié)構(gòu)施工過程中對(duì)其實(shí)施跟蹤監(jiān)測(cè)，在施工過程中，根據(jù)變化情況不斷對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，在保障施工安全的前提下，保證整個(gè)工程建設(shè)的順利性。

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