大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架撓度變形監(jiān)測(cè)方法

1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架撓度變形監(jiān)測(cè)方法鐵道建筑railwayengineeringdecember,2006文章編號(hào):1003.1995(2006)12.0096.03大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架撓度變形監(jiān)測(cè)方法李錦城(廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院,廣州510000)摘要:介紹一種通過(guò)測(cè)量視線(xiàn)與水平視線(xiàn)高差的方法,精確測(cè)定大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架撓度變形.在監(jiān)測(cè)過(guò)程中采取一定的措施,使全站儀的測(cè)角精度2s時(shí),變形點(diǎn)的高差測(cè)量精度能達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量精度,能滿(mǎn)足建筑物變形測(cè)量規(guī)范中撓度變形監(jiān)測(cè)的精度要求.關(guān)鍵詞:屋蓋桁架撓度變形觀測(cè)精度中圖分類(lèi)號(hào):tui98.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b現(xiàn)代大跨度場(chǎng)館的屋蓋設(shè)計(jì)中,大都采用鋼結(jié)構(gòu)桁架,由于跨度

2、大,鋼結(jié)構(gòu)桁架將會(huì)產(chǎn)生不容忽視的撓度變形.因此,鋼結(jié)構(gòu)桁架在安裝及使用過(guò)程中,須及時(shí)監(jiān)測(cè)其撓度的變化情況,分析鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性,以便及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)采取有效補(bǔ)救措施,避免事故的發(fā)生.由于大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架結(jié)構(gòu)的特殊性.用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定其撓度,往往難以實(shí)現(xiàn),有的只好貼反射片.但反射片對(duì)油漆防銹施工有一定影響,還可能引起銹蝕,業(yè)主往往不同意貼反射片監(jiān)測(cè)的方法.本文通過(guò)工程實(shí)例,介紹一種通過(guò)測(cè)量視線(xiàn)與水平視線(xiàn)間的高差,精確測(cè)定大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架撓度變化的方法.實(shí)際應(yīng)用和理論分析證明,該方法能達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量精度,能滿(mǎn)足建筑物變形測(cè)量規(guī)范中撓度變形監(jiān)測(cè)的精度要求.l工程概況某大學(xué)體育中心體育館屋

3、蓋采用雙向正交平面桁架.工程按照國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范,規(guī)程,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工.體育館屋蓋耐火等級(jí)為一級(jí),采用薄型防火涂料,耐火極限為2.0h.工程抗震措施采用設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g;基本風(fēng)壓.=0.55km/m,地面粗糙度為b類(lèi);體育館屋蓋上弦恒載1.0kn/m,活荷載0.5kn/m.,下弦恒載為0.2kn/m.屋蓋雙向正交平面桁架跨度尺寸66.1mx66.1m,見(jiàn)圖1.依據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程(jgj791)要求,應(yīng)對(duì)體育館鋼屋架進(jìn)行撓度變形監(jiān)測(cè),測(cè)點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)圖1.2撓度變形監(jiān)測(cè)及精度分析2.1基準(zhǔn)控制網(wǎng)布設(shè)_/nr,看臺(tái)1的jzijz6點(diǎn)),使其構(gòu)

4、成基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)網(wǎng).如果看臺(tái)結(jié)構(gòu)物整體均勻下沉,對(duì)于撓度變形觀測(cè)來(lái)講不會(huì)產(chǎn)生影響.但是,若基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降,基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于變形點(diǎn)的高差將發(fā)生變化.因此,在每次撓度變形觀測(cè)前,先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行精密水準(zhǔn)測(cè)量,通過(guò)平差求得各基準(zhǔn)點(diǎn)的高程,以便利用這些基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確測(cè)得各變形點(diǎn)撓度的變形值.基準(zhǔn)點(diǎn)采用直徑約1cm,長(zhǎng)約10cm的不銹鋼條且頂部刻有十字,沖擊鉆打孔后用環(huán)氧樹(shù)脂粘合于看臺(tái)上,確保其穩(wěn)固.2.2觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,在體育館屋蓋桁架3xc軸,4xe軸,5xd軸,6xf軸下弦交點(diǎn)處(屋蓋桁架底部梁2006年第l2期大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋架撓度變形監(jiān)測(cè)方法97上),布設(shè)4個(gè)撓度變形觀測(cè)點(diǎn)(如圖1中的1,2,

5、3,4點(diǎn)).變形觀測(cè)點(diǎn)采用自制的邊長(zhǎng)14.1cm的正方形鋼板,沿對(duì)角線(xiàn)兩邊噴黑與白的油漆,使黑白分界線(xiàn)垂直地面焊接在梁上,讓每邊的三角形頂點(diǎn)(a,b,c)在上下方向的垂直距離為10cm(見(jiàn)圖2).圖2變形觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志圖2.3測(cè)量方法1)測(cè)量精度要求建筑物變形測(cè)量規(guī)范中要求變形點(diǎn)單程高差觀測(cè)中誤差m=0.7mm.2)基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量每次撓度變形觀測(cè)前,先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行精密水準(zhǔn)測(cè)量,再用高精度全站儀測(cè)量各基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)和兩點(diǎn)之間的距離,高差,經(jīng)平差后得出各點(diǎn)的高程和距離,確定基準(zhǔn)點(diǎn)的基本參數(shù)后,再進(jìn)行撓度變形觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè).每次用全站儀觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)高差變化,再用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行校核測(cè)量,檢驗(yàn)全站儀精度的變化及氣

6、象條件的改變對(duì)全站儀高差測(cè)量精度的影響,求出可能的修正值,確保全站儀高差測(cè)量的精度要求.3)撓度變形觀測(cè)的方法首次觀測(cè)時(shí),在變形點(diǎn)上精確安置反射鏡,在基準(zhǔn)點(diǎn)上用全站儀測(cè)定每一變形觀測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差和水平距離,經(jīng)平差解算出各點(diǎn)的高程和相對(duì)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離,作為以后每次變形觀測(cè)比較的依據(jù),以后要定期進(jìn)行檢測(cè).這種觀測(cè)精度要求較高,規(guī)范要求必須連續(xù)進(jìn)行兩次觀測(cè),互差小于限差時(shí)取其平均值作為最后結(jié)果.圖3撓度變形觀測(cè)方法示意圖撓度變形觀測(cè)時(shí),在一基準(zhǔn)點(diǎn)上安置全站儀,精確對(duì)中,嚴(yán)格整平,在另一基準(zhǔn)點(diǎn)上安置帶有對(duì)中桿的三腳架和反射棱鏡,精確對(duì)中和整平.首先觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))到鏡站點(diǎn)i(基準(zhǔn)點(diǎn))

7、的斜距.s.及豎直角a(見(jiàn)圖3),可按(1)式計(jì)算出鏡站水平視線(xiàn)相對(duì)于鏡站點(diǎn)地面標(biāo)志的高差.ah.=d.tana+(1一k)d/(2尺)+b(1)(1)式中a為視線(xiàn)i與水平線(xiàn)之間的豎直角,b為反射鏡高,為大氣折光系數(shù),尺為地球的平均曲率半徑,d.為測(cè)站,鏡站兩點(diǎn)間的水平距離,d.=s.cos0t.,然后,在測(cè)站(基準(zhǔn)點(diǎn))上觀測(cè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎直角,測(cè)定其相對(duì)于水平視線(xiàn)的豎直角a,(如圖3所示).由于其相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)的水平距離d,已知,則可計(jì)算出變形點(diǎn)相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)水平視線(xiàn)的高差為ah=dtana+(1一k)d/(2r)(2)(2)式中a,為測(cè)站點(diǎn)到變形點(diǎn)的視線(xiàn)與水平線(xiàn)之間的豎直角,其他符號(hào)與(1)式

8、含義相同.此時(shí),變形點(diǎn)相對(duì)于鏡站點(diǎn)的高差為ah=ahiah=djtana,一d.tana+(1一k)(d一d)/(2尺)+b(3)觀測(cè)時(shí),在每個(gè)測(cè)站分別觀測(cè)每個(gè)變形標(biāo)志(如)三角形三個(gè)頂點(diǎn)的豎直角,計(jì)算三角形標(biāo)志三個(gè)頂1.4mm時(shí),取均值為最后結(jié)果.對(duì)于撓度變形觀測(cè)來(lái)說(shuō),由于觀測(cè)目標(biāo)固定,反射鏡鏡高固定,測(cè)站固定,目標(biāo)的撓度變形是上下垂直位移,所以測(cè)站至目標(biāo)的水平距離是不變的.每次觀測(cè)時(shí)水平距離的變化主要是儀器對(duì)中誤差的影響.大氣折光對(duì)觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量高差值的影響,在變形量比較時(shí)可以互相抵消.因此,在進(jìn)行變形量比較的每次測(cè)量高差計(jì)算時(shí),(3)式的后兩項(xiàng)可以不參加計(jì)算,即ah=一ah;:djtan%一

9、d;tana(4)而某次觀測(cè)點(diǎn)的高程為,=h.+(5)其撓度變形量為(變形量)=(初次)一(本次)(6)2.4精度分析變形點(diǎn)與鏡站點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn))高差計(jì)算公式:ah=,一ah;=ssin%一s.sina.+b+(1一k)(d一d)/(2r)對(duì)其進(jìn)行全微分得dah=sinai+sjcosctj(1一k)irdsj+一sina;一s.cos2a.(1一k)/rds+sjcosaj/p一(1一)s2c0sl”,(腳)d+sic0sa./p+(1一k)s:c0sasina;,(邱)da.+db根據(jù)誤差傳播定律公式,高差測(cè)量中誤差m=|采ss采m,將豎直角和斜距觀測(cè)值,大氣折光系數(shù)k(取0.14)和地球平均

10、半徑r(取6371000m)及p(p=206265”)代人上式,并取測(cè)角中誤差m=0.5”,m=1mm,m=0.3mm.最弱點(diǎn)單程高差中誤差估量計(jì)算得m:0.587mm,達(dá)到建筑物變形測(cè)量規(guī)范中變形點(diǎn)單程高差觀測(cè)中誤差m=0.7mm的要求.高差測(cè)量較差可取1.4liltm.n次等精度觀測(cè)值的算術(shù)平均值中誤差為m/n.3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在本工程實(shí)例體育館屋蓋桁架兩次豎直角高程測(cè)量中觀測(cè)精度(用測(cè)角中誤差m=0.5”的徠卡tc2000全站儀)見(jiàn)表1.表1中所列各實(shí)測(cè)精度均能表1屋蓋桁架高程測(cè)量表mm觀測(cè)觀測(cè)目標(biāo)高差較差兩測(cè)站高變形量日期點(diǎn)號(hào)口,b問(wèn)b,c問(wèn)程互差1一o.7一o.51.12一o.3o.o一1

11、.304一o63o.4o.1o.84o.2o.61.41一o.2一o.4一o.83.52o.oo.2一o.55.2042o3o.6o.81.26.14一o.3o.5一o.94.2允許誤差1.o1.o1.4達(dá)到有關(guān)要求.4結(jié)論由上述分析可以看出,采用本方法監(jiān)測(cè)大型場(chǎng)館的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋桁架在建造過(guò)程中或使用過(guò)程中的撓度變形,測(cè)量精度完全可以達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求.根據(jù)理論分析和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),建議如下:1)在使用全站儀監(jiān)測(cè)時(shí),應(yīng)根據(jù)不同距離及儀器的精度指標(biāo)進(jìn)行精度估算,確定測(cè)距,測(cè)角的測(cè)回?cái)?shù),儀器的測(cè)角精度應(yīng)2s.2)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇盡可能的靠近觀測(cè)點(diǎn),且仰角不宜過(guò)大,以<25.為宜.基準(zhǔn)點(diǎn)間最好用精密水準(zhǔn)觀測(cè),提高觀測(cè)效率.3)觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的制作時(shí)應(yīng)能較長(zhǎng)時(shí)間保存,不易損壞,尤其結(jié)構(gòu)物在使用過(guò)程中要進(jìn)行觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的保護(hù).如