某懸挑結構應力監(jiān)測方案

1、11監(jiān)測方案11.1 監(jiān)測監(jiān)控的目的因為凱旋門主體施工過程中結構體系將隨施工階段不同而變化，現(xiàn)場施工荷載條件也是不斷變化的，因此凱旋門懸挑結構的實際內(nèi)力與設計內(nèi)力值之間及結構的實際變位與設計變位值必然存在差異。因此施工過程中必須對內(nèi)力及變位進行監(jiān)測，及時掌握結構實際狀態(tài)，對施工步驟及條件做出調(diào)整，防止施工中的誤差積累，保證結構安全。監(jiān)控計算的目的在于按照確定好的結構施工方法和施工步驟根據(jù)實際的恒載及臨時荷載進行計算分析，提供每一施工步驟的理論內(nèi)力以及結構的變形。同時施工現(xiàn)場根據(jù)監(jiān)控計算提供的結果，隨時反饋結構安裝情況，形成一個施工監(jiān)控循環(huán)階段，最后順利建成并達到設計要求。11.2 監(jiān)測監(jiān)控的內(nèi)

2、容11.2.1 位移的監(jiān)測通過測量結構在不同狀態(tài)下各控制點空間三維坐標（或豎向坐標）的差異，實現(xiàn)位移監(jiān)測。位移監(jiān)測旨在防止在鋼結構吊裝過程中出現(xiàn)的變形危及即成體系的結構安全，并保證抬升裙樓結構施工完成后，各控制點的坐標（標高）要滿足設計要求。測量結果與計算結果進行對比，分析得出吊裝過程中可能出現(xiàn)的施工誤差及原因，提交監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析成果，并采取針對性措施進行施工保障。11.2.2 應變的監(jiān)測根據(jù)凱旋門結構主體結構特點，隨著鋼結構桁架施工以及上層混凝土結構荷載增加后，本次監(jiān)測工作將合理地布置應變測點，重要的部位可布設互相驗證的測試元件，使觀測成果能反映結構應力分布及最大應力的大小和方向，以便和計算

3、結果進行對比，同時綜合其他監(jiān)測信息進行分析，從而為施工過程安全與結構工作狀態(tài)的評估提供參考。構件測量部位應變傳感器的數(shù)量和布置方向應根據(jù)應力狀態(tài)而定?？臻g應力狀態(tài)宜布置79向應變傳感器，平面應力狀態(tài)宜布置45向應變傳感器，主應力方向明確的部位可布置單向或兩向應變傳感器。本次監(jiān)測的主要位置集中于懸挑鋼桁架的弦桿，腹桿端部等一些內(nèi)力較大的截面，通過對這些部位的應變監(jiān)測來掌握結構吊裝過程中及吊裝之后的工作狀態(tài)、受力性能，是否能保證結構安全，是否能吻合理論分析結果。11.2.3 裂縫的監(jiān)測監(jiān)測裂縫目的：因為懸挑結構中L42-L50層采用了混凝土梁柱及樓板施工的施工工藝，而懸挑結構中彎矩負荷較大，為保證

4、安全以及建筑施工使用功能，對樓板裂縫進行監(jiān)測。裂縫的測量主要有三種方式：刻度放大鏡：布置高倍率帶有刻度的放大鏡，通過直接觀察刻度的變化，來觀察裂縫的變化情況，在混凝土裂縫的觀測中普遍常用；裂縫刻度尺：一般適用較大裂縫的直觀測量，但精度較低；應變計：通過布置在裂縫兩側的門釘，在門釘上拉設特殊的應變傳感器，另一端與隨身攜帶的電腦連接，通過相應軟件的處理，可以直接在顯示屏上直觀的讀取裂縫的寬度變化值。 圖10.2.3-1 刻度放大鏡以及裂縫刻度尺讀數(shù)圖10.2.3-2 應變計監(jiān)測裂縫本次裂縫監(jiān)測按梁截面類型、荷載類型、荷載作用點的分布等分類選擇，以施工樓層荷載增加的變化為主線，當對樓層梁板進行裂縫的

5、觀測。11.3 位移的監(jiān)測為了滿足工程施工進度的需要和適應監(jiān)測工作環(huán)境差、監(jiān)測工作量大、測點的點位精度要求高等客觀因素和外部條件 結構變形監(jiān)測儀器與設備 11.3.1 全站儀近年來全站儀儀器制造的突出進展是帶伺服馬達的、可以自動識別和自動照準目標自動測量的全站儀，也稱為智能型全站儀或者測量機器人。通過儀器自動精確照準后測量的水平角、天頂距和距離，就可以快速獲得目標點相對于儀器中心的三維空間坐標。照準的目標可以是反射棱鏡，可以是反射膜片，也可以無合作目標(漫反射測量，一般200 米左右)。但最精確的距離測量還是需要使用反射棱鏡。而目前最精密的全站儀的距離測量可達到亞毫米，如LEICA 公司的TP

6、S5000 系列，測距精度為0.2mm。用LEICA TCA1800 在15 米距離所做的自動照準測量試驗表明，自動照準測量水平方向的測量精度可達到0.3 秒，這與用TC2002 人工觀測的精度是一致的。但前者觀測時間則大大降低了。隨著全站儀的發(fā)展普及，在工程變形監(jiān)測中應用越廣泛。本項目擬采用世界上精度最高的多功能全站儀LEICA TCA2003 全站儀，其技術參數(shù)見下表11.3.2 水準儀水準儀選用德國Zeiss Dini12 數(shù)字式精密自動安平電子水準儀。該儀器的性能指標見表2.3.2-1。表2.3.2-1 Zeiss Dini12 技術參數(shù)序號項目指標1 每公里往返測中誤差 0.3mm/

7、km， 2 最小顯示讀數(shù) 0.01mm 。3 測距范圍 1.5-100 米4 充電時間 1 小時5 連續(xù)使用時間 3 天6 工作溫度 -20+50 7 測量需讀取條碼尺范圍 30cm 8 快速測量時間 < 3 秒9 重量 3.5 公斤11.3.3 觀測墩由于施工現(xiàn)場環(huán)境比較復雜，為保證測量質(zhì)量，本項目中全站儀的測量必須配備觀測墩，觀測墩示意見圖8.3.3-1， 圖10.3.3-1 觀測墩安裝示意圖11.3.4 位移觀測點根據(jù)設計單位提出的監(jiān)測要求。結構變形監(jiān)測主要涵蓋三個方面的內(nèi)容：懸挑部關鍵構件的豎向相對變形；圖10.3.4-1 HJ-1變形觀測點圖10.3.4-2 HJ-2變形觀測點

8、11.3.5 監(jiān)測方法 （1） 當條件許可時，對懸挑構件測點優(yōu)先采用全站儀測量法，將全站儀架設在測站上，按極坐標法進行測量。圖10.3.5-1 全站儀直接測量外框監(jiān)測點3d 變形圖為保證監(jiān)測結果不受基準點可能存在位移和沉降的影響，必須定期對基準點的穩(wěn)定性進行監(jiān)控，即定期檢測基準點間的邊長、夾角、高差的變化情況，如果發(fā)生變化，則必須測量其變化值，重新計算基準點的各項初始值和監(jiān)測點的變形值。監(jiān)測基準點的穩(wěn)定性按一級水準和平面變形測量要求進行。當平面基準點和水準點埋設完畢并穩(wěn)定后連續(xù)對基礎導線網(wǎng)和水準網(wǎng)進行兩次觀測，取兩次觀測的平均值作為變形觀測的起算數(shù)據(jù)，基礎控制系統(tǒng)采用成都市城市坐標和高程系統(tǒng)。

9、基準點高程的引測：基準點穩(wěn)定后，選用每公里往返測高差中誤差為0.3mm 的蔡司電子水準儀從國家城市水準點，采用精密水準測量法，經(jīng)平差計算后的三個基準點高程數(shù)據(jù)作為本工程沉降觀測的基準點高程。基準點導線測量：本工程布設一條一級閉合導線，測量儀器采用TCA2003 全站儀，儀器精度指標：測角0.5，測距 1mm+1ppm。在將來長期架設儀器測量變形點的監(jiān)測站，平時用護欄模板圍閉保護。每隔三個月至半年宜將半永久性水準高程控制點與城市高程控制點進行校核，確?？刂泣c高程的準確性。（2） 水準儀測量水準儀測量由于懸挑桁架測點高度比較高，如果引測到地面，累積誤差太大，有可能失去實際意義，因此水準測量主要測量

10、懸臂和轉(zhuǎn)換結構相對根部的變形。11.3.6 監(jiān)測頻次計劃（1） 荷載變化期間：初始階段每施工一層監(jiān)測一次，施工期間因故暫停施工超過三個月，應在停工時及復工前進行觀測。（2）結構封頂至工程竣工結構變形且連續(xù)三個月內(nèi)平均變形值不超過1mm 時，每三個月觀測一次；連續(xù)二次每三個月平均變形值不超過2mm，每六個月觀測一次；外界發(fā)生劇烈變化時應及時觀測；交工前觀測一次。11.3.7 結構變形監(jiān)測中的技術措施每次變形觀測，堅持遵循可比性原則，最大限度地消除系統(tǒng)誤差，應符合下列要求：(1) 采用基本相同的觀測路線和觀測方法；(2) 使用相對固定的儀器和設備；(3) 相對固定的觀測人員；(4) 在大致相同觀測

11、條件下工作；(5) 采用同一平差計算方法、執(zhí)行現(xiàn)行國家標準規(guī)范規(guī)程的有關技術要求。測量儀器選用獲計量器具制造許可單位生產(chǎn)的產(chǎn)品，并提供出廠產(chǎn)品合格證。本項目使用的儀器標尺都應經(jīng)國家授權單位檢定合格，而且在有效期內(nèi)。11.3.8 測點保護各種測點在現(xiàn)場進行編號標志，標志醒目、統(tǒng)一、耐久、防水、美觀?，F(xiàn)場測點布設完畢后，及時繪制測點布設分布圖，詳細記錄各監(jiān)測點的布置位置和各相關尺寸，作為計算分析的一個依據(jù)。11.4 應變的監(jiān)測11.4.1 構件應力監(jiān)測要求 應力測量是結構施工監(jiān)測中很重要的內(nèi)容。了解應力沿構件的分布情況，特別是了解結構危險或關鍵截面處的應力分布及最大應力值，對于驗證設計是否合理，計

12、算方法是否正確，都有直接的意義。利用所測應力資料還可以直接了解結構的工作狀態(tài)和強度儲備，在結構應力達到預警值時及時發(fā)出警報，為進行結構處置提供準確依據(jù)。 設計單位要求對以下關鍵結構進行監(jiān)測，全部應力監(jiān)測點如下： 圖10.4.1-1 HJ-1應變監(jiān)測點布置圖10.4.1-2 HJ-2 應變監(jiān)測點布置11.4.2 構件監(jiān)測儀器與設備 直接測定出應力比較困難，目前還沒有較好的方法，能常是借助于測定應變值后通過材料的應力應變關系曲線或方程換算為應力值。例如鋼材的應力應變曲線在彈性階段基本呈線性，即：= E ，則鋼試件在彈性階段的應力可由測得的應變乘以鋼材的實際彈性模量計算得出?；炷恋膽冴P系曲線

13、是非線性的且隨不同強度等級和不同骨料而有差異，應測定現(xiàn)場所用混凝土的應力應變曲線或彈性模量，以根據(jù)測得應變值后換算出相應的應力值。所以應力測試通常是應變測試，再通過換算得到應力。 應變計的種類很多，各具特點，機械類有：機械式雙杠桿應變儀、接觸式千分表應變儀、杠桿式千分表應變儀；電測類有：電阻應變片、差動電阻應變計、弦式應變計、電感應變儀；光學類有：貼片光彈應變計、密柵云紋膜、衍射圖形應變計；光纖類：光纖光柵應變計。鑒于本工程的長期監(jiān)測的需要，建議采用振弦式應變計及相應的采集設備對結構應變進行監(jiān)測。 11.4.3 振弦式應變計一定長度的鋼弦張拉在兩端塊中，當端塊發(fā)生相對位移時，鋼弦中張力發(fā)生變化

14、，張力的變化使得鋼弦振動頻率發(fā)生變化，通過測量弦振頻率的變化，可換算得到應變變化值，其計算公式為 A = K1 × K2 × f 2 式中，A為應變值，單位為，f為振弦頻率，K為應變系數(shù)。 考慮混凝土中鋼弦線脹系數(shù)與混凝土不同，測量時應進行修正?；炷翜囟认禂?shù)為F；測量應變?yōu)?，單位為；測量溫度為T，初讀數(shù)時溫度為T0； 修正后應變?yōu)椋?M = (T T0) × (F F0) 其中：F0=12.2oC，為鋼弦溫度系數(shù)。 振弦式應變計在長期穩(wěn)定和靈敏度方面能滿足要求，另外它是通過振弦頻率變化轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的，從構造看鋼弦和外殼同樣是鋼質(zhì)，熱膨脹系數(shù)基本一致，因此對溫度變化不

15、敏感，對導線要求也不高。但振弦式元件目前還沒有統(tǒng)一標準，其中的關鍵是對鋼弦的處理如不到位，在長期測試中易于松弛，造成零點飄移，給數(shù)據(jù)分析帶來影響。 目前振弦式應變計外殼多用鋼管，有的鋼管壁厚，使用前應檢查應變計本身的剛度，如大于同截面混凝土剛度時，還要通過試驗找出兩者剛度比對測值進行修正。 圖10.4.3-1 HJ-1表貼式振弦傳感器 11.4.4 振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集儀JMZX-200X振弦檢測儀是一種智能型振弦頻率及溫度檢測儀器。配合JM系類各種振弦傳感器使用，可測量鋼筋混凝土構件的應力、應變、壓力、溫度、水位等物理量?？蓮V泛應用于水利、交通、鐵路、建筑等行業(yè)。產(chǎn)品特點如下： (1)根據(jù)傳

16、感器內(nèi)保存的標定參數(shù)，由檢測到的振弦頻率，直接自動計算出所需物理量，因而具有檢測速度快、精度高、顯示直觀、使用簡單、方便等特點，儀器體積小、重量輕，采用電池供電，使用攜帶極為方便。 大屏幕漢字顯示，人機對話操作，簡單易學。 儀器帶有日歷時鐘，能自動保存測試時間。 大容量存貯器保存每次測量結果，并可查詢或通過串口送計算機分析處理。 (5)儀器有一弦檢測儀，三弦檢測儀，六弦檢測儀。其中一弦檢測儀可檢測本公司生產(chǎn)的所有一弦傳感器，三弦檢測儀可檢測所有一至三弦傳感器，六弦檢測儀可檢測所有振弦傳感器，儀器兼容性強，降低了用戶成本。 配備LED背光，能在夜晚或光線暗淡的測試場所方便使用。 交直兩用。 弦檢

17、測儀技術參數(shù) 性能參數(shù)指標范圍振弦頻率 600Hz3000Hz 振弦溫度 -40125 頻率精度 0.1%±0.1Hz 溫度精度±1 存貯容量 2500 個測試點使用環(huán)境溫度 -1040 相對濕度小于等于90% 工作電流 80mA 充電時間 12 小時14 小時圖10.4.4-1振弦振弦檢測儀11.4.5 振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集箱自動集線箱由不銹鋼防潮機箱、主控制板、通道板與電源四部分組成。電路采用模塊化結構，每臺標準型號的集線箱分別有8、16、24、32或40、48、56、64通道，最多可接入32支或64支傳感器，幾乎所有類型的傳感器均可接入。例如：振弦式、差阻式、差動變壓

18、器式、電位器式、電流式、應變片式等25 芯制信號電纜的傳感器。集線箱可手動或自動控制，也可通過RS-485總線與BGK-408讀數(shù)儀實現(xiàn)無縫連接從而對振弦式傳感器進行數(shù)據(jù)的全自動采集存儲。將多臺集線箱通過RS485 總線并聯(lián)，由BGK-408讀數(shù)儀進行控制測量可實現(xiàn)振弦式傳感器數(shù)據(jù)的集中式自動采集。集線箱可選裝內(nèi)置UPS電源，在斷電時由內(nèi)置蓄電池（電池選配）供電，外接電源箱體采用抗腐蝕的不銹鋼材料，設有密封裝置，適應在各種惡劣環(huán)境下工作。自動集線箱技術參數(shù)見表JMZX-200X 振弦檢測儀技術參數(shù)性能參數(shù)指標范圍通道數(shù)量 8、16、24、32 40、48、56、64 控制方式手動、自動或有線程

19、控顯示方式 4 位LED 數(shù)碼管適用傳感器類型 5 芯電纜以下的傳感器均可自由接入每通道芯線數(shù) 5 芯通訊接口 RS-485A 供電電源 AC220V ，內(nèi)置UPS(電池選配) 機箱不銹鋼防潮機箱，防潮等級IP65 備用電池 6V 免維護鉛酸蓄電池（電池選配）功耗低于3W 箱體尺寸（寬×高×深）300mm×400mm×210mm 11.4.6 監(jiān)測周期（1） 荷載變化期間： 初始階段每施工一層監(jiān)測一次。 施工期間因故暫停施工超過三個月，應在停工時及復工前進行觀測。 （2） 結構封頂至工程竣工 每月一次，連續(xù)觀測三個月，若結構應力連續(xù)三個月內(nèi)平均變形值不超

20、過10 個單位，則每三個月觀測一次； 連續(xù)二次每三個月平均變形值不超過10個單位，則每六個月觀測一次；外界發(fā)生劇烈變化時應及時觀測。 11.4.7 構件應力監(jiān)測中的技術措施采用有限元分析軟件對施工過程進行仿真模擬，包括順序施工模擬計算分析和結構預變形；建立現(xiàn)場測量與理論計算結果對比反饋機制。通過施工模擬計算分析，優(yōu)化結構施工方案，可節(jié)省項目施工費用，節(jié)約工程施工成本；通過施工監(jiān)測與理論計算的對比，可優(yōu)化計算參數(shù)，提高計算效率；通過現(xiàn)場及時的信息反饋和調(diào)整施工方案或采取施工措施，保證的工程施工安全，提高工程施工效率；可促進施工技術的創(chuàng)新，加速成果的應用。 表面應變計在傳感器安裝調(diào)試完成后，加裝保

21、護裝置；對SRC柱內(nèi)的應變計，在澆注混凝土前將導線用保護套管保護，從模板中穿出。在施工期間，加強檢查，同時請各相關單位協(xié)助進行保護。 11.5 裂縫的監(jiān)測裂縫監(jiān)測的測點布置位于懸挑端樓板混凝土結構上，根據(jù)施工樓層頻率對樓板裂縫進行監(jiān)測。堆載區(qū)域的裂縫測點測頻定為每一層結構施工層進行一次，根據(jù)需求可適當增加測頻。由于裂縫在很多地方不是由一種作用而引起的，而是由多種因素的共同作用，因此裂縫數(shù)據(jù)將作為施工模擬變化中一項輔助性的反饋參數(shù)，供進行評估。11.6 數(shù)據(jù)采集及整理11.6.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析整理施工階段數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)實現(xiàn)對全部監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集預處理和儲存，以滿足對結構在施工階段完成健康監(jiān)測的要求，為監(jiān)測系統(tǒng)提供真實有效的數(shù)據(jù)。眾所周知，傳感器信號自傳感器產(chǎn)生開始，到進入最終的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換、采集以及處理等多個階段，在這個過程中不可避免地會受到各種外部噪聲、系統(tǒng)誤差等的影響，并且由于其他原因，傳感器本身有可能產(chǎn)生不正確的信號，因此，在這個過程中需要對數(shù)據(jù)進行各種必要的處理以保證最終數(shù)據(jù)的正確性。（1）信號異常數(shù)據(jù)判斷分析傳感器子系統(tǒng)在整個壽命過程中始終處于工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)