鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測-變形監(jiān)測（鋼結(jié)構(gòu)檢測）

BIM結(jié)合三維激光掃描技術(shù)在施工監(jiān)測中應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)又稱“實景復(fù)制技術(shù)”，它利用向被測對象發(fā)射激光束和接收由被測物體發(fā)射回來的激光信號獲取被測對象的空間坐標(biāo)信息。上述三維坐標(biāo)信息可導(dǎo)入ＡｕｔｏＣＡＤ、Ｓｋｅｔｃｈｕｐ、Ｒｅｖｉｔ等三維軟件進行后續(xù)工程設(shè)計。三維激光掃描儀作為一種可以快速獲取空間數(shù)據(jù)的新型技術(shù)，可重建三維模型，進行逆向建模實現(xiàn)可視化，越來越多地被應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域，它利用激光單元進行非接觸式全自動高精度測量，得到完整、連續(xù)的全景點三維坐標(biāo)。對于非接觸測量、柔性物體的測量問題、危險領(lǐng)域的測量問題以及文物測量，三維掃描技術(shù)能以不損傷物體的手段獲得文物的外形尺寸。技術(shù)介紹

某大橋主跨為450ｍ的上承式鋼管混凝土拱橋，橋梁左幅橋長1501ｍ；右幅橋長1486ｍ。橋型布置為9×40ｍ（預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)Ｔ梁）＋450ｍ鋼管混凝土拱橋＋16×40ｍ（預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)Ｔ梁）。大橋模型圖項目介紹三維激光掃描儀

采用的三維激光掃描儀是德國生產(chǎn)的Z+F

IMAGER

5010C，其水平視野為360°，垂直視野為320°，最大掃描速度高達(dá)101.6萬點/S，分辨率為0.1mm，掃描精度為0.2ｍｍ，三維激光掃描作業(yè)流程主要分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩大部分。其中外業(yè)處理包括：現(xiàn)場勘查即查看現(xiàn)場地形，確定監(jiān)測范圍，選定三維激光掃描儀的測站點，對于特殊、困難地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)加密設(shè)置測站點，以便從多個角度掃描，消除盲區(qū)。經(jīng)過外業(yè)掃描得到的三維點云數(shù)據(jù)量龐大，我們可以用手動刪除或數(shù)據(jù)濾波兩種方式對噪聲點（無用數(shù)據(jù)）進行處理，得到三維點云模型?，F(xiàn)場實測圖三維點云模型振動監(jiān)測結(jié)果

將三維建模軟件與三維點云模型通過Ｎ點對齊、最佳擬合對齊、基于特征對齊等方式進行對齊，對配準(zhǔn)后的２個模型進行對比分析，分析完成后，我們可以創(chuàng)建報告，根據(jù)報告我們可以很直觀地監(jiān)測鋼結(jié)構(gòu)的變形。掃描報告

大懸挑懸掛混合結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測

懸掛結(jié)構(gòu)因具有占地面積小、底層空間大、造型新穎等特點，受到廣大業(yè)主及建筑師青睞。就結(jié)構(gòu)而言，通過細(xì)長吊柱代替常規(guī)鋼柱，可以充分發(fā)揮鋼材受拉及延展性能，同時由于外掛部分與核心筒部分存在較大的振型差異，其減震特性具有顯著優(yōu)勢。然而懸掛結(jié)構(gòu)在施工過程中具有顯著的時變因素，尤其是采用倒裝法時，卸載臨時支撐前后會發(fā)生一次重大的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變，受施工影響較大，因此對該結(jié)構(gòu)施工模擬分析不容忽視。太原市水上運動中心位于太原市小店區(qū)小店橋以南至10號線以北，汾河太原城區(qū)段治理美化三期景觀工程區(qū)域內(nèi)。終點計時塔主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土核心筒+鋼桁架懸掛結(jié)構(gòu)體系，底層架空，屋頂150t巨型鋼桁架，長24m，寬12m，懸挑于混凝土核心筒上，懸挑長度達(dá)16.02m;巨型桁架外圍傾斜73°懸掛14根300×25圓管鋼吊柱承擔(dān)下部樓板荷載。其中屋頂鋼桁架與位于核心筒中的4根勁性柱焊接連接，并將位于核心筒區(qū)域的桁架下弦澆筑混凝土，加強核心筒對屋頂桁架的邊界作用，建筑高度21.8m。外觀呈傾斜狀，平面布置如圖所示。項目介紹工況為:①工況1在主桁架下弦端部下方設(shè)置臨時支撐，規(guī)格為600mm×15mm圓鋼管，上下鉸接;②工況2將頂部桁架吊裝至設(shè)計標(biāo)高處，本階段桁架起重機撤出后，桁架下弦與混凝土勁性柱由于尚未焊接牢靠，節(jié)點定義為鉸接;③工況3安裝核心筒周圍吊柱，此時桁架下弦與混凝土勁性柱由于已焊接牢靠，節(jié)點定義為剛接;④工況4預(yù)計桁架下弦核心筒處混凝土已達(dá)設(shè)計強度，因此本階段拆除支撐柱;⑤工況5～6安裝剩余吊柱及2層樓面梁;⑥工況7逐層安裝樓面梁，直至安裝完成。監(jiān)測結(jié)果監(jiān)測結(jié)果

鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)測

人系桿拱橋是一種組合體系，具有梁橋和拱橋的大部分優(yōu)點。拱和梁通過傾斜的吊桿以鉸接的方式連接，通常被稱為尼爾森體系拱橋。尼爾森體系拱橋的傾斜吊桿可以提高橋梁的豎向剛度，降低拱肋和系梁的彎矩和剪力，在活載作用下具有較小的曉度，因此特別適合對剛度要求較高的高速鐵路橋梁。鋼管混凝土單跨系桿拱橋為外部靜定、內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)，較常見的施工方法為預(yù)應(yīng)力混凝土系梁采用滿堂支架，待澆筑完成并張拉預(yù)應(yīng)力筋后，在其上設(shè)支架安裝拱肋，泵送混凝土后拆除拱肋支架，安裝吊桿，最后拆除系梁支架。整個施工過程中內(nèi)部超靜定次數(shù)不斷變化，為了保證施工過程中的安全與穩(wěn)定，需要對施工過程進行受力分析并實施現(xiàn)場監(jiān)控。項目介紹監(jiān)測結(jié)果系梁應(yīng)力計算值與實測值對比拱肋應(yīng)力計算值與實測值對比

施工期間的變形監(jiān)測

變形監(jiān)測目的：

作為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，對構(gòu)件安裝精度都提出了更高的要求，因此，在施工期間對關(guān)鍵節(jié)點或構(gòu)件的變形進行監(jiān)測十分必要。變形監(jiān)測監(jiān)測目的

（1）可操作性和易維護性：整個監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)易于操作和維護，使現(xiàn)場工作人員容易掌握，避免因復(fù)雜操作帶來困難和失誤。大部分部件具有可維修和方便更換的特點，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、真實和可信。（2）可靠耐久性：施工現(xiàn)場及運營階段的惡劣環(huán)境和較長時間的監(jiān)測，要求整個監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件必須具有很好的可靠性和耐久性，并根據(jù)項目的實際情況，進行技術(shù)改造、升級和創(chuàng)新，達(dá)到可靠性和耐久性的要求，以滿足監(jiān)測目標(biāo)和功能的實現(xiàn)。（3）經(jīng)濟性：測點的布設(shè)理論上要在結(jié)構(gòu)的每個桿件布置測點,才能得到結(jié)構(gòu)比較完整的受力狀態(tài),但是這樣是不經(jīng)濟的,大部分部位的內(nèi)力變化較小,對結(jié)構(gòu)的影響較小,故沒必要全面的布置測點。所以要選擇結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件和關(guān)鍵部位進行監(jiān)測點布置。（4）科學(xué)性：監(jiān)測部位、測點布置、監(jiān)測內(nèi)容等的確定，必須具有代表性，監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠反映結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的全貌，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以對結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)和安全性進行定性和定量的判斷。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測原則

變形監(jiān)測變形監(jiān)測：靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測設(shè)備

變形監(jiān)測工程案例

以杭州國際博覽中心城市客廳項目為例，球殼采用10個位移監(jiān)測點，如圖所示。變形監(jiān)測城市客廳-球殼變形監(jiān)測結(jié)果監(jiān)測點N25撓度變化監(jiān)測點N26撓度變化監(jiān)測點N27撓度變化監(jiān)測點N28撓度變化監(jiān)測點N29撓度變化監(jiān)測點N30撓度變化監(jiān)測點N31撓度變化監(jiān)測點N32撓度變化監(jiān)測點N33撓度變化監(jiān)測點N34撓度變化變形監(jiān)測

世博會英國館施工監(jiān)測

英國館位于世博園區(qū)C片區(qū)，整個英國館被設(shè)計成一個沒有屋頂?shù)拈_放式公園，由一個主展館和環(huán)繞基地周邊的裙房組成。英國館展示主要分為五大區(qū)域，游客先通過“綠色城市”通道進入“戶外城市”展示區(qū)，?然后進入英國館核心——“種子圣殿”?，最后通過“活力城市’?通道進入戶外的“開放公園”。項目介紹監(jiān)測內(nèi)容：1）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測；2）幾何變形監(jiān)測；3）結(jié)構(gòu)振動監(jiān)測?，F(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測系統(tǒng)的流程圖應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測設(shè)備應(yīng)變檢測采用的振弦式傳感器幾何變形監(jiān)測設(shè)備無線傳感監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果變形監(jiān)測結(jié)果振動監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測專項方案介紹

工況為:①工況1在主桁架下弦端部下方設(shè)置臨時支撐，規(guī)格為600mm×15mm圓鋼管，上下鉸接;②工況2將頂部桁架吊裝至設(shè)計標(biāo)高處，本階段桁架起重機撤出后，桁架下弦與混凝土勁性柱由于尚未焊接牢靠，節(jié)點定義為鉸接;③工況3安裝核心筒周圍吊柱，此時桁架下弦與混凝土勁性柱由于已焊接牢靠，節(jié)點定義為剛接;④工況4預(yù)計桁架下弦核心筒處混凝土已達(dá)設(shè)計強度，因此本階段拆除支撐柱;⑤工況5～6安裝剩余吊柱及2層樓面梁;⑥工況7逐層安裝樓面梁，直至安裝完成。

施工期間的變形監(jiān)測

變形監(jiān)測目的：

作為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)在使用期間的安全使用性、結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證、結(jié)構(gòu)模型校驗與修正、結(jié)構(gòu)損傷識別、結(jié)構(gòu)養(yǎng)護與維修以及新方法新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供技術(shù)支持，需進行使用期間的變形監(jiān)測。變形監(jiān)測監(jiān)測目的

使用期間監(jiān)測流程圖變形監(jiān)測變形監(jiān)測：靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測設(shè)備

變形監(jiān)測變形監(jiān)測

1、變形監(jiān)測可分為水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、三維位移監(jiān)測和其他位移監(jiān)測。

2、根據(jù)監(jiān)測儀器的種類，監(jiān)測方法可分為機械式測試儀器法、電測儀器法、光學(xué)儀器法及衛(wèi)星定位系統(tǒng)法。3、應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形特征確定監(jiān)測項目和監(jiān)測方法。

4、變形監(jiān)測應(yīng)建立基準(zhǔn)網(wǎng)，采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)可與施工采用的系統(tǒng)一致。局部相對變形測量可不建立基準(zhǔn)網(wǎng)，但應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)整體變形對監(jiān)測結(jié)果的影響。

5、變形基準(zhǔn)值監(jiān)測應(yīng)減少溫度等環(huán)境因素的影響。6、變形監(jiān)測的結(jié)果應(yīng)結(jié)合環(huán)境及效應(yīng)監(jiān)測的結(jié)果進行修正。工程案例