基于仿真計(jì)算的變形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)

蔣 小 青

(廣東廣基工程有限公司，廣東 廉江 524400)

基于仿真計(jì)算的變形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)

蔣 小 青

(廣東廣基工程有限公司，廣東 廉江 524400)

通過(guò)有限元程序Midas/Gen 6.9.1仿真計(jì)算施工方案及程序組織施工，并將仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際變形及應(yīng)力、裂縫監(jiān)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，利用監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保了結(jié)構(gòu)的順利合龍。

仿真計(jì)算，變形，應(yīng)力，裂縫監(jiān)測(cè)，合龍

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

廣東某大型圖書(shū)館為型鋼混凝土框架連體結(jié)構(gòu)，屬于特別復(fù)雜的高層建筑。總建筑面積98 977 m2，建筑高度為50.0 m，地上10層(局部8層、9層)，設(shè)有地下室2層(其中地下1層設(shè)1層夾層)。該建筑主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)整體傾斜，整體造型獨(dú)特，地上部分分為南、北區(qū)，各區(qū)平面呈半月形。南區(qū)墻柱向北傾斜，北區(qū)北面墻柱向北傾斜，北區(qū)南邊墻柱向南傾斜，局部和南區(qū)在頂層合龍。其中南塔框架呈7°～18°傾斜，北塔呈9°～11°傾斜。南北樓在(8層，9層，10層局部)位置設(shè)置連接鋼梁，其規(guī)格為□700×500×30×30和H950×500×40×40兩種。連接鋼梁通過(guò)36個(gè)萬(wàn)向鉸與南北樓對(duì)稱的型鋼柱連接，將南北樓連接成一個(gè)共同作用的結(jié)構(gòu)體系。

為了確保結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)計(jì)單位及仿真分析單位對(duì)該建筑進(jìn)行了施工過(guò)程仿真分析計(jì)算結(jié)果，確定每層施工工期為20 d。

1.2 變形及預(yù)變形計(jì)算的目的與內(nèi)容

該建筑施工方案采用通過(guò)設(shè)計(jì)加固措施，主體結(jié)構(gòu)采用控制施工周期不加支撐、按照傾斜分層向上的施工方案。實(shí)際施工過(guò)程中，影響施工的不確定因素很多，如材料性能、施工荷載、施工條件與工藝、溫度變化等，這些因素都將對(duì)結(jié)構(gòu)施工各階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形產(chǎn)生一定的影響，并最終影響成形后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、裂縫與變形。變形及預(yù)變形計(jì)算的目的就是根據(jù)已完成的施工過(guò)程仿真分析計(jì)算結(jié)果，為施工過(guò)程提供結(jié)構(gòu)變形及預(yù)變形數(shù)據(jù)，在施工過(guò)程中加以控制，并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)調(diào)整變形及預(yù)變形數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)后續(xù)施工。

1.3 施工監(jiān)測(cè)的目的與內(nèi)容

由于施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)體系與最終結(jié)構(gòu)體系不同，施工、安裝和質(zhì)量的控制必須通過(guò)可靠的科學(xué)手段，為驗(yàn)證施工仿真計(jì)算及預(yù)變形計(jì)算數(shù)據(jù)，控制施工安裝質(zhì)量，通過(guò)施工過(guò)程對(duì)整體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)、對(duì)構(gòu)件應(yīng)力、裂縫開(kāi)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，以達(dá)到如下目的：

1)達(dá)到了解施工期間結(jié)構(gòu)、構(gòu)件是否受到損傷，以及損傷程度，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。

2)掌握施工過(guò)程結(jié)構(gòu)變形，依據(jù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)和幕墻的安裝質(zhì)量，控制對(duì)建筑外形不產(chǎn)生影響。

3)在工程竣工使用后一定時(shí)期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)價(jià)徐變、使用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

4)通過(guò)施工過(guò)程及施工完畢后對(duì)建筑的監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的各種工作狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

5)提供一套完整的、客觀真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掌握寶貴的第一手資料，為結(jié)構(gòu)建成運(yùn)營(yíng)后的健康監(jiān)測(cè)奠定良好的基礎(chǔ)。

2 變形及預(yù)變形計(jì)算

2.1 計(jì)算分析軟件

本項(xiàng)目變形及預(yù)變形計(jì)算分析采用軟件通用有限元程序Midas/Gen 6.9.1。該軟件是以Windows為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于辦公樓、住宅、商場(chǎng)、商住樓、陸地以及海上工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)分析中。

2.2 結(jié)構(gòu)模型的導(dǎo)入

根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的真實(shí)模型信息(包括結(jié)構(gòu)尺寸、材料和連接等信息)，將該建筑在Etabs軟件中的有限元模型導(dǎo)入至Midas/Gen軟件中，其中梁與柱采用梁?jiǎn)卧M，樓板與剪力墻采用板單元模擬。結(jié)構(gòu)整體模型(含各種臨時(shí)結(jié)構(gòu))共包含節(jié)點(diǎn)7 609個(gè)，梁?jiǎn)卧?3 874個(gè)，板單元5 193個(gè)。導(dǎo)入模型如圖1所示。

2.3 預(yù)變形數(shù)據(jù)計(jì)算

通過(guò)一定的方法，將設(shè)計(jì)方提供的在Etabs軟件平臺(tái)上的荷載模型，導(dǎo)入至Midas/Gen軟件中。恒載、風(fēng)載、施工荷載等全部的荷載均采用標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算出各軸、層柱預(yù)偏量(詳見(jiàn)表1)，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格按預(yù)變形量進(jìn)行控制。

表1 各軸、層柱預(yù)偏量計(jì)算結(jié)果表

3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案

1)由于該建筑有一定的傾斜角度，施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化與一般豎直結(jié)構(gòu)的有較大差異，該結(jié)構(gòu)南區(qū)框架柱的南北向彎矩較大，從安全的角度出發(fā)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

2)理論上，如果需要反映鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)力狀況，可以對(duì)構(gòu)件的混凝土或者鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。考慮到受拉側(cè)混凝土開(kāi)裂后，鋼筋的應(yīng)力水平將直接反映構(gòu)件的內(nèi)力狀況，因此選擇對(duì)鋼筋做應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

3)監(jiān)測(cè)對(duì)象及其監(jiān)測(cè)位置。

根據(jù)仿真分析的結(jié)果以及設(shè)計(jì)單位的建議，應(yīng)力監(jiān)測(cè)的對(duì)象及其監(jiān)測(cè)位置如表2及圖2所示。

表2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)的對(duì)象及其監(jiān)測(cè)位置

4)應(yīng)力監(jiān)測(cè)的傳感器及采集儀器。

為了保證應(yīng)力監(jiān)測(cè)的可靠性與精度，本項(xiàng)目應(yīng)力監(jiān)測(cè)所采用的傳感器及采集器分別如表3，表4所示。

表3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)振弦式傳感器 με

表4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)采集器

4 施工過(guò)程的裂縫監(jiān)測(cè)

1)由于本工程結(jié)構(gòu)的特殊性，考慮到裂縫對(duì)判斷結(jié)構(gòu)的受力狀況起著非常關(guān)鍵的作用，因此在施工過(guò)程中應(yīng)通過(guò)實(shí)測(cè)手段得到結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的裂縫值。

2)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及施工過(guò)程的特點(diǎn)，裂縫監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為框架柱和框架梁關(guān)鍵部位的裂縫監(jiān)測(cè)。

5 應(yīng)力及裂縫監(jiān)測(cè)時(shí)段與頻率

1)在施工全過(guò)程對(duì)確定的構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)段為：每向上施工完一層時(shí)(且不少于20 d)、8層南北樓之間的鋼連桿安裝前、主體結(jié)構(gòu)完成后、室內(nèi)砌體及內(nèi)外墻施工期間每45 d監(jiān)測(cè)一次、東西幕墻安裝前后各一次，內(nèi)裝修期間每60 d監(jiān)測(cè)一次。

2)工程全部竣工投入使用后第一年內(nèi)，對(duì)構(gòu)件應(yīng)力、裂縫、樓層變形每四個(gè)月進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。

3)工程全部竣工并投入使用后第二年，對(duì)樓層變形每半年監(jiān)測(cè)一次；以后每年監(jiān)測(cè)一次，竣工后三年變形基本穩(wěn)定后停止監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

1)廣東某大型圖書(shū)館作為特別復(fù)雜的高層建筑，結(jié)構(gòu)傾斜，結(jié)構(gòu)的安全很重要，施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)變形及預(yù)變形量控制、應(yīng)力及裂縫監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格按仿真計(jì)算確定施工方案、施工程序組織施工,并及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保南北樓主體結(jié)構(gòu)順利合龍，連接成一個(gè)共同作用的結(jié)構(gòu)體系。

2)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果表明南北樓結(jié)構(gòu)應(yīng)力及裂縫變更均在計(jì)算范圍內(nèi)，驗(yàn)證了變形及預(yù)變形計(jì)算及仿真計(jì)算確定施工方法、程序的正確性。

[1] 《施工監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)要求》及設(shè)計(jì)圖紙等有關(guān)資料[Z].

Simulation calculation of deformation and stress monitoring

Jiang Xiaoqing

(GuangdongGuangFoundationEngineeringCo.,Ltd,Lianjiang524400,China)

Simulation calculation the construction scheme and the procedures of construction with the finite element software of Midas/Gen 6.9.1, and compared the simulation results with the actual deformation and stress, crack monitoring. Using the monitoring results guiding the construction, to ensure that the structure of the successful closure.

simulation calculation, deformation, stress, crack monitoring, smooth closure

2015-04-10

蔣小青(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)17-0025-02

TU311

A