鋼結構施工過程監(jiān)測分析研究

羅歡

摘 要： 本文分析了鋼結構施工過程監(jiān)測，包括施工過程監(jiān)測的基本原理，鋼結構施工過程模擬分析理論。

關鍵詞： 鋼結構；施工；監(jiān)測

施工監(jiān)測是大型鋼結構施工控制的基礎，這是因為大型鋼結構施工過程復雜，影響其施工順利完成的因素很多：如所用材料性能與設計取值之間的差異；先期形成結構（構件）的截面特性等與分析取值之間的誤差；施工荷載與計算取值之間的差異；結構模擬分析模型與實際情況之間的差別；施工測量存在的誤差；施工條件與工藝非理想化的影響以及結構設計參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)實測中存在的誤差等。

大型鋼結構的施工長期而又復雜，是一個結構體系不斷轉(zhuǎn)換的過程。不同施工階段，其受力分析模型以及受力狀態(tài)有很大的不同，合理的施工過程跟蹤分析計算分析是施工方案制定以及施工監(jiān)測（如測點布置和監(jiān)測分析等）等的基礎，更是保證施工能否正常完成的一個重要環(huán)節(jié).本章總結分析了鋼結構常用的各種施工監(jiān)測方法的原理和內(nèi)容，歸納了鋼結構施工過程跟蹤計算的方法。

1.鋼結構施工過程監(jiān)測的基本原理

在整個鋼結構施工過程中，監(jiān)測系統(tǒng)扮演著重要的角色，它主要是采用現(xiàn)代化的監(jiān)測設備，實時跟蹤結構施工過程中的關鍵部位的位移和應力變化，以及其他如振動、溫度等內(nèi)容記錄。通過實時收集到的信息，判斷判斷結構實際狀態(tài)與設計目標是否一致，以便及時調(diào)整，使結構施工的準確性和安全性得到保證。鋼結構施工過程監(jiān)測的基本原理是通過被安裝在結構上的傳感器系統(tǒng)來實時收集施工過程中結構特性的變化情況，通過分析與判斷對結構當前的運行情況，發(fā)現(xiàn)施工過程中的不準確性和不安全性因素，保證施工過程的順利完成。

1.1幾何變形監(jiān)測

施工過程幾何變形監(jiān)測是對被監(jiān)測對象或物體（簡稱變形體）的目標點進行測量，以確定其變形體的空間位置以及內(nèi)部形態(tài)隨時間的變化特征。變形監(jiān)測主要是通過測量儀器對建立基準數(shù)據(jù)的測量變形體在空間三維幾何形態(tài)上的變化情況進行監(jiān)測，常見的常規(guī)測量儀器有水準儀、經(jīng)緯儀、激光測距儀、全站儀和攝影測量設備等，這些常規(guī)的地面測量方法技術比較成熟，通用性好，精度也能滿足常規(guī)監(jiān)測需求，能夠監(jiān)測變形體的變形信息和趨勢；但是缺點也是非常明顯，如野外作業(yè)工作量大，易受施工作業(yè)面干擾，且不能滿足動態(tài)、連續(xù)、遠程監(jiān)測的要求。隨著電子技術、自動控制技術、激光技術、空間定位技術和遠程通信技術的發(fā)展，以GPS技術、激光三維掃描儀、測量智能機器人等為代表的現(xiàn)代儀器結合現(xiàn)在通信網(wǎng)絡，組成全天候連續(xù)自動實時監(jiān)測系統(tǒng)，在變形監(jiān)測中發(fā)揮著舉足輕重的作用，同時也代表著變形監(jiān)測的發(fā)展趨勢，從而大大的提高了監(jiān)測效率和外部變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取能力。

1.2應力監(jiān)測

結構構件截面的應力監(jiān)測是施工監(jiān)測的主要內(nèi)容之一，無論是何種鋼結構，結構某指定點的應力也同其幾何位置一樣，隨著施工的推進，其值是不斷變化的。在某一時刻的應力值是否和理論分析值一樣，是否處于安全范圍是施工監(jiān)測關心的問題核心.而解決的辦法就是進行施工過程的應力監(jiān)測，一旦監(jiān)測發(fā)生異常情況，就立即停止施工，查找原因并及時進行處理。在現(xiàn)代大型鋼結構工程中，需要對永久結構的下列點位進行監(jiān)測：①最大應力點；②應力變化較大點；⑨施工關鍵點；④體現(xiàn)環(huán)境影響特征點。

鋼結構的施工是一個長期的過程，所以，應力監(jiān)測是一個長時間的量測過程.要實時、準確監(jiān)測結構的應力狀況，采用方便、可靠和耐用的傳感組件非常重要。目前應力監(jiān)測主要有直接法和間接法兩種。直接法是利用應力傳感器直接感知構件內(nèi)部應力的一種測量方法，間接法是指首先利用各種應變傳感器測量出構件的應變，再通過一定的換算方式轉(zhuǎn)換為構件應力的一種測量方法。目前應力監(jiān)測主要是采用電阻應變片傳感器，振弦式傳感器、光纖光柵應變傳感器等。電阻式應變片傳感器只能用于短暫的荷載增量下的應力測試，并且現(xiàn)場使用不便、耐久性差，所以，一般僅用于應力測試與校核。對于適合于現(xiàn)場復雜環(huán)境、持續(xù)時間較長且量測過程中始終要以初始零點作為起點的應力監(jiān)測，目前基本上均采用振弦武傳感器，主要原因是振弦式傳感器具有較好的穩(wěn)定性、使用方便、自然具有應變累計功能、抗干擾能力強以及數(shù)據(jù)采集方便等。光纖應變傳感器是一種更為方便、準確的結構應力監(jiān)測儀器，已經(jīng)從實驗室走向了工程應用，隨著技術的進一步發(fā)展成熟，今后光纖應變傳感器必將成為結構應力監(jiān)測的主要設備和手段。

1.3索力監(jiān)測

拉索作為一種高效地承受拉力的結構構件，正越來越廣泛的應用于實際工程當中，拉索能參與的結構類型很多，其中比較重要的有索桁架、索穹頂、張弦梁等。索力測試的準確與否直接關系到拉索結構施工的順利實施，是拉索結構能否成功修建的關鍵問題之一.在工程實際中，常用的索力測定方法有壓力表測定法、壓力傳感器測定法、頻率法以及磁通量發(fā)，前兩種方法一般僅適用于正在張拉拉索的索力測定，后兩種方法適合使用過程中的長期監(jiān)測。

2.鋼結構施工過程的模擬分析理論

近十年來，我國的大型鋼結構建筑得到了空前的發(fā)展，同時也給施工技術提出了很大的挑戰(zhàn)。施工過程中面臨著大量永久結構和臨時結構的強度、變形和穩(wěn)定等問題，而且這些問題和結構施工過程的安全和質(zhì)量都緊密相關，所以要對施工過程的結構進行計算和分析，同時也可以為施工監(jiān)測提供理論依據(jù)。

對于大型鋼結構，不僅要重視結構的最終設計狀態(tài)，而且也要關心結構的成型過程。大型鋼結構的成型過程是通過吊裝或滑移或提升或其他施工技術從一系列準結構逐漸形成最終結構的過程，在這個過程中結構可能失去平衡而傾覆、或由于結構或構建失去穩(wěn)定而倒塌、或由于局部構件和節(jié)點強度不足而破壞。因此，合理的施工方法選取、正確的施工過程驗算以及施工過程的監(jiān)測是施工過程順利進行的保障。

2.1施工過程的計算內(nèi)容

大型鋼結構的施工過程需要進行的分析和計算包括如下內(nèi)容：

1）施工全過程的結構內(nèi)力和位移計算；

2）臨時支撐的布置方案及拆撐過程計算；

3）結構整體提升過程的內(nèi)力和位移計算；

4）結構施工過程中，結構整體穩(wěn)定性計算；

5）大型構件吊裝過程中的內(nèi)力和位移計算；

6）結構施工過程中，風荷載、溫度荷載以及地震荷載等影響分析；

7）預應力張拉全過程跟蹤模擬計算及方法；

8）柔性結構的成型問題及計算。

另外，根據(jù)結構和施工工藝的不同，在實際的施工過程驗算中，應該根據(jù)實際情況進行計算分析。

2.2施工過程的計算方法

鋼結構的施工是一個多階段的動態(tài)過程，隨著施工過程的進行，結構體系在不斷地變化，構件在增添或刪減，約束條件在轉(zhuǎn)換，構件連接邊界在變化，結構自重、施工荷載也在變化；前一個施工階段的結構受力狀態(tài)對后一期施工的結構的受力性能乃至最終結構的工作狀態(tài)有著密切的聯(lián)系；即便是同樣的結構，若采用不同施工方法和施工順序，也將會得到不同的終態(tài)構型。對于大量施工過程的結構計算問題則是靜止狀態(tài)的結構分析，需要根據(jù)結構的實際情況，確定邊界和荷載條件，進行結構計算。

目前應用和研究較多的兩種施工力學實用分析方法為f281：生死單元法和施工多階段分析理論，相關研究的學者也很多.生死單元法是根據(jù)施工過程，選擇單元的“激活”與“殺死”，已經(jīng)安裝完成的單元設定為“激活”狀態(tài)（即設定為“活單元”），未安裝完成的單元設定為“殺死”狀態(tài)（即定為“死單元”），這樣結構分析時只考慮“活單元”參與工作；施工多階段分析理論則是各階段分析時只考慮已安裝部分的單元剛度矩陣和相應的節(jié)點力向量，按照擬定的施工方案邊重組分析模型邊求解，真實、精確地模擬了整個施工過程?！?/p>

參考文獻

[1]岳建平，方露，黎昵.變形監(jiān)測理論與技術研究進展[J].測繪通報，2007，7：1-4.

[2]顧安邦，張永水.橋梁施工監(jiān)測與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.