体育馆钢结构监测技术方案.docx

体育馆钢结构监测技术方案1编制依据1.1 招标文件1.2 主要标准、规程、规范(1)钢结构设计规范(GB50017-2003)：(2)钢结构工程施工旗量及验收规范(GB50205-2001)：(3)民用建筑可雒性签定标准GB5O292-1999)；(4) 4建筑结构检测技术标准GBT50344-2001.):(5)建筑抗震试验方法规程(JGJ101-96)；(6)钢结构检测评定及加固技术规范(YB9257-1995)；(7)工业厂房可靠性鉴定标准GBJ144-90):(8)钢铁工业建(构)筑物可靠性鉴定规程(YBJ219-89):(9)建筑变形测量规程(JGJ/T8-97)。1.3 设计资料体育馆钢结构施工图.北京建筑设计研究院。1.4 主要法规、文件2设计概况2.1 体育馆设计概况体育馆结构为地上6层(含1个夹层),地下1层，檐高高度37.3m,二层以下为现浇钢筋混凝土框架一剪力墙一钢支探结构，屋面采用双向正交空间钢桁架结构，覆盖面积1440Om2“2.2 钢结构设计概况体育馆钢屋面结构东西、南北跨度均为120m,由平面桁架双向正交构成，平面呈边长120m规则正方形，支投在四周20根矩形钢筋混凝土柱上“柱间支拴为斜卜字挣，水平方向间距24m,竖向高度18.51%屋面钢桁架间距为12m共有22榴：桁架截面共有7种形式，中间桁架高度从6.3m9.3m不等，边桁架为等截面，高度6.3m：桁架上、卜.弦和腹杆杆件翻面为箱形和H形。钢屋架和支撑材质均为Q345C。图2.2-2比事馆屋顶部分结构体系示面:图3对钢结构监测要求的理解与响应3.1 钢结构监测的必耍性体育馆是2008年奥运会比赛场培为重要的大型公共建筑,对于政治、国民经济影响较大。根据体育馆设计文件，体育馆钢屋面结构东西、南北跨度均为120m,由平面桁架双向正交构成，屋架跨度大，受力情况夏杂“根据有关部门统计.在钢结构的安全事故中，由于构造与连接不当而引起的各种破坏，如失稳以及过度应力集中，次应力所造成的破坏等占相当的比例，这是因为在任何情况下，构造的正确性与可靠性是钢结构构件正常承载能力的最重耍保证，一旦构造特别是中间构造）出现问题，便会直接危及结构构件的安全。因此，对体育馆屋架钢结构在施工阶段、使用阶段进行监测，掌握其各阶段的安全状况，对其进行安全评价非常IiI要”3.2 对钢结构监测要求的理解根据招标文件，本监测工程是对体育馆主体桁架在施工阶段、使用阶段，对安装施工偏差或温度等可能引起结构作用变化的情况进监测,监测具体项目为设计确定的截面各杆的应力及其变化、故而处的挠度（沉降）及其变化、翻面的温度及其变化。根据招标文件，监测工作按施工过程划分为施工阶段和使用阶段，具体为：（1）施工阶段.阶段一：主体桁架结构安装、滑移施工期间，钢结构开始施工至胎架拆卸前为施工第一监测阶段：阶段二：胎架拆卸过程的实时监控，从胎架拆卸开始至胎架拆卸完成为第二监测阶段：阶段三：局面结构、通风、照明、马道和人型显示屏等设备安装施工期间，从胎架拆卸完成后开始至工程竣工为第二监测阶段。（2）使用阶段。从结构竣工后2008年底时间为使用监测阶段，使用阶段进行针对高、低温，大风，大雪和比赛等工况的数据采集和结构安全评估。一般对于钢结构工程，施工阶段钢结构桁架受力影响因索多，对监测工作要求最高'，难度也最大。使用阶段由于钢结构已按设计就位，影响因索有限,监测工作相对简单。国内对于大跨度的钢结构安装施工一般有以卜.几种方法：（1）满堂支架，分段高空原位拼装：（2）主桁架楼面立拼，整榴提升安装：（3）跨端单根主桁架与柱组合平移安装：（4）跨端结构整体组合，逐间累积平移安装。其中跨端结构整体组合，逐间累积平移安装较为发杂.国内重庆江北机场航站楼巨型钢结构整体平移安装采用此方法,在施工前进行定量分析和计算，根掂施工顺序，对各个工况逐一进行了结构验算以及动力效应分析，搐测了内力、变形和反力的变化情况，特别是对单福主桁架平移过程中的平面外稔定作了计莫.并对采取的临时加强措施的有效性进行r分析。为验证设计，施r过程对桁架结构的负载分布及挠度位移等进行实时监测工作，达到了预期效果。3.3 对钢结构监测要求的响应经过对招标文件的认真分析及领会.我单位对本项目钢结构监测要求完全响应。-1监测内容、目标及实施对策4.1 监测内容、目标本项目监测项目为设计提出的截面各杆的应力及其变化、裁面处的挠度（沉降）及其变化、截面的温度及共变化监测“监测具体内容为：对HJ1、HJ2、HJ4、HJ6、HJ7进行监测,均各为2福。监测目标为：通过监测方案的实施，对体育馆屋架桁架在施工阶段、使用阶段的安全性进行及时、准确的评价.4.2 监测实施对策为达到上述监测目标，采用测试技术手段，通过在钢结构桁架各截面杆件上布设应力及其变化监测点、挠度（沉降）及其变化监测点、温度及其变化监测点，并严格按照监测周期进行监测,及时将相关监测成果反馈给设计单位进行分析，5监测方案及系统布设方案设计5.1 各项监测要求的控制指标各项监测项目的控制指标将在监测工作开始之前和设计方共同商定后确定.5.2 监测点布设本工程需对町1、HJ2、HJ4、HJ6、HJ7进行监测,均各位2相。监测结构位置及各监测点的布置见图5.2-1.-1.三.2-5。6GI1)I、/15I13IJI4fbt14IJIHJ1、HJ2I13IJ2(f1tJ1If1rIfIr1I1IHJ6、HJ7图5.2THJ1.、HJ2、HJ6、HJ7桁架应力监测结构位置图5.2-2HJ1.和HJ2监测点裳X<x><×><×><×><x><×><×><×>席图5.2-3HJ6上监测点XXXXXXXXXXXXXXXXXXX卷图5.2-4HJ7监测点<<<¾aaa=>aa<<g¾¾R3ZOHJ4下弦布置仅H乂工FVJ仅HJ4下弦布M1CHJ4下弦6KM图5.2-5HJ4监测点布置平面图5. 3监测工作量表5.37监测工作址统计表你HJ号F弦杆件件测每个杆件传感器数上弦杆件及收计值测点每个杆件传惠器数at（个）Ef感器致Ift小计（个1HJ12*2二36,222>362HJ22*226,2Z2R363HJ4O三32,2>284HJ62,2>34,22285HJ72,2二32,2>22201285.4 监测周期和频率监测周期见表7.1T.监测频率施工前和设计方商定后确定.5.5 监测方法5.5.1绊杆的应力及其变化监泅5.5.1.1监测仪器因为本项目的监测工作不但包括施工阶段监测，还包括使用阶段的监测，这就要求传感器能适合长期监测工作的要求.我们拟采用光纤光栅传播器来进行该项目的监测工作，并建立相应的监测系统，以更好地完成监测工作,实现预期的监测目的。应力监测仪器主要包括布喇格光纤光栅（FBG）应力传感器（见图5.5.1.17）和光纤光栅传感解调系统（见图5.5.1.1-2）。它们与相应配套的软件系统、微机及各种附件一起组成了应力监测系统.图5.5.1.1-1光纤光栅应力传感器图5.5.1.1-2光纤光栅传感解调系统光纤光栅应力传感器相比其他的应力传感涔而言，它具有以下这些特点：（1）可强性好、抗干扰能力强：（2）测量精度高：（3）测量结果具有良好的重史性;（4）便于构成各种形式的光纤传感网络：（5）抗电磁干扰、抗解蚀、能在恶劣的化学环境下工作。5. 5.1.2工作原理如图如5.1.2T所示：外界待测出（应力或温度）加在传感器FBG上,由光源。包括负载信息的光出射的光在FBG中传输时.布吻格中心波长将会产生位移8.从而确定待测波FBG反射，经耦含器导入光漕分析仪,在分析仪中可检测出8匹配液图5.5.1.2T光纤光栅传感器工作原理5.5. 1.3检测方法及过程检测时首先将光纤光栅应力传感器焊接在刚杆上，再接好传输线（根据现场情况确定最为方便的线路）.测拉时将传输线另一头接至光纤光栅传感解调系统中，完成数据采集.把所采集的数据传至微机中,通过配套的软件系统进行数据分析处理，得到应力变化成果图及相关的检测结果。5.5.2战面处的挠度（沉降）及其变化监测5.5.2.1仪器组成被面处的挠度可采用光电挠度计来进行测量，其主要由测试头、控制器、制标（光学标志点）、标定器、聚焦镜头、三角架及电缆等附件组成.5.5.2.2测量原理及方法光电挠度计的测量原理和方法如卜丁在结构上安装制作三个光学标志点，其中一个标志点位于结构测点位置，另外两个标志点相对于结构测点对称分布，距离可根据设计要求来定。在远离测点的适当位置，安置检测仪器，调整其方位，使各光学标志点成像在检测头的成像面上。测量时各光学标志点的位置信息通过红外线传回检测头的成像面匕由专门设计的光学解析光路，将成像分解为竖直和水平两个方向的变化，分别成像在两个光电接收器件上：再由单片机将位移的二维信息传到笔记本微机之中记录卜来，计算出测点相对两侧的两个光学标志点的水平和竖直方向的位移，即可得到结构的二维挠曲度.如果只需要测结构竖直方向的挠度.则只需调整好测量头,把三个光学标志点同时W示在望远镜中，并让测点两侧的标志点位于同一水平位置，即可观测到测点相对于两侧标志点竖直方向的位移，从而得到结构在竖直方向的挠度（可做动态监测）。5.5.2.3仪器软件光电挠度计联机软件常用的有：岸态检测软件、动态检测软件、多点静态检测软件、绘图软件等.其中睁态检测软件用于静态检测和定标：动态检测软件用于收取测址仪器,通过井口电缆传入微机的动态数据；多点静态检测软件用于多点同时测量时的检测：绘图软件可从数据文件中读取数据及时间值，计和出相对位移值，并显示位移/时间曲线。5.5.3裁面的温度及其变化监测刚杆截面的温度采用布喇格光纤光栅（FBG）温度传感器和光纤光栅传感解调系统来进行测量。其测故原理和方法与应力监测的一致。温度传超器和应力传总器可以共用一个传感器.也可以分开各用一个传感器.如果是共用一个传感器，则需要区分应力和温度参嫉的不同影响。因为应力和