一种大跨钢结构支撑卸载监测方法技术

本发明专利技术公开了一种大跨钢结构支撑卸载监测方法。包括如下步骤：针对多个支撑点的大跨度钢结构采用有限元分析软件进行卸载方案施工模拟，根据施工模拟结果，选择大跨钢结构应力比及变形较小者为最终卸载方案；根据施工模拟结果采用的最终卸载方案，在大跨钢结构支撑体系以及结构中关键构件布置传感器；卸载监测实施：对大跨钢结构支撑卸载进行监测，对监测结果建立应力与变形时程曲线，并与最终卸载方案施工模拟理论计算值进行对比分析；建立预警机制并进行卸载施工预警。该方法能够准确、稳定、实时在线反应结构在卸载阶段的性能参数变化，能够及时预警异常及危及结构安全的情况，为工程安全的自动化测量及数据处理提供了极大方便和有力支持。

A Supporting Unloading Monitoring Method for Long Span Steel Structures

The invention discloses a monitoring method for unloading support of large-span steel structure. It includes the following steps: using finite element analysis software to simulate the construction of unloading schemes for long-span steel structures with multiple support points, choosing the ultimate unloading scheme for long-span steel structures with smaller stress ratio and deformation according to the construction simulation results; according to the ultimate unloading scheme adopted by the construction simulation results, arranging sensors for the support system and key components of large-span steel structures Unloading monitoring implementation: monitoring the unloading of long-span steel structure support, establishing stress and deformation time history curve of monitoring results, and comparing with the theoretical calculation value of the final unloading scheme construction simulation; establishing early warning mechanism and early warning of unloading construction. This method can accurately, stably and real-time reflect the change of performance parameters of structure in unloading stage. It can timely warn the abnormal situation and endanger the safety of structure. It provides great convenience and strong support for the automatic measurement and data processing of Engineering safety.

【技术实现步骤摘要】
一种大跨钢结构支撑卸载监测方法
本专利技术涉及一种监测方法，特别是一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，属于建筑监测

技术介绍
近几年，我国各地正在兴建大量的跨大量的跨大量的跨空间结构，这些大跨往能容纳几万甚至几十万人，如体育馆、航站楼火车站等。这种结构具有跨度大、外形美观轻盈等特点，但形式复杂多为柔性结构，施工工艺及过程复杂，施工过程中的应力与变形往往与设计的最终状态存在较大差异，导致施工过程中存在安全隐患，一旦发生事故，发生事故，将会造成巨大的人员伤亡、财产损失及恶劣的社会影响。施工过程中，在结构的关键部位布置传感器实施监测，可以对结构在施工过程中出现超规范的变形、应等情况发出预警，及时发现安全隐患，对保障结构及顺利施工具有重要意义，同时采集的参数也可以校核设计，检验新工艺、新材料、新方法，为后续的设计及新方法提供有力支撑，进一步推动大跨空间结构技术的发展与变革。国内外已经对一些大跨空间结构进行了健康监测，如奥运羽毛球馆预应力施工过程的径向拉杆和撑杆采用振弦应变计进行监测；国家体育馆采用锚索测力计和振弦应变计对的缆索索力和弦杆应力进行了监测；济南奥体中心体育馆采用光纤光栅传感器对网壳杆件的应力进行了监测，国外，Victor等人对弦支索穹顶受力性能进行了研究，Cruze等人对分部施工的结构非线性进行了全面分析。然而，国内外关于施工卸载监测的研究相对较少。
技术实现思路
为解决现有技术的上述不足，本专利技术提出了一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，采用了采用理论分析、数值模拟、现场实测与对比分析等方法，有效解决了大跨钢结构支撑卸载问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，包括如下步骤：步骤1：针对多个支撑点的大跨度钢结构采用有限元分析软件进行卸载方案施工模拟，根据施工模拟结果，选择大跨钢结构应力比及变形较小者为最终卸载方案；步骤2：根据施工模拟结果采用的最终卸载方案，在大跨钢结构支撑体系以及结构中关键构件布置传感器；步骤3：卸载监测实施：对大跨钢结构支撑卸载进行监测，对监测结果建立应力与变形时程曲线，并与最终卸载方案施工模拟理论计算值进行对比分析；步骤4：建立预警机制并进行卸载施工预警，其中，预警机制设置应依据步骤1中的施工模拟分析结果确定，并对步骤3中的卸载监测实施过程进行预警，即对步骤3中的对比分析结果所得到的应力和变形进行实时预警，预警采用分级和/或分区域预警机制。进一步地，所述步骤1中，施工模拟中需考虑如下因素：1)考虑同步分级卸载，和不同步卸载：同步分级卸载指多个支撑点同时进行分级卸载；不同步卸载指多个支撑点，逐个卸载，卸载可一次性或分级进行；施工模拟时不同步卸载按一次性卸载考虑，实际不同步卸载过程中采用分级卸载；2)考虑温度作用对钢结构应力的影响；温度作用应首先实测当地日大气最高气温和最低气温；实测结构表面最高气温和最低气温，温度作用以结构表面温度变化为输入值，即结构表面温度变化＝结构表面最高气温-结构表面最低气温。进一步地，所述步骤2中的支撑体系主要包括大跨钢结构屋架的临时支撑；所述结构中关键构件包括结构支座位置、主桁架跨中处、受力构件交接处、应力比较大的杆件、受力复杂的杆件。进一步地，所述步骤2中，传感器选型方法和原则如下：根据精度和采样频率兼顾监测周期内的稳定性，选择传感器类型，所述传感器包括电阻式、振弦式、光纤式传感器；传感器监测测点布置方式如下：1)测点间应可相互校核，对称构件间对称性布置测点以及构件周圈对称布置测点；2)考虑大跨钢结构节点应力复杂性，采用应变花布置方式；3)所述传感器可替换和便于安装维护；4)考虑信号稳定性，采用距离优先原则，满足采集条件下，尽可能缩短测点和传感器采集箱间的距离，不同测点尽可能等距；5)考虑系统的可靠性，测点应具备一定冗余度，施工期间冗余度不少于20％，使用期间冗余度不少于10％；6)考虑经济性，满足要求情况下测点最少选择。进一步地，所述步骤3中，同步分级卸载施工时，分为竖向卸载和水平卸载；首先进行竖向卸载，然后再进行水平卸载；竖向卸载采用同步等比例卸荷的方案，即在各卸载支点处设置千斤顶，并按照每次卸载的位移设置千斤顶的行程。进一步地，所述步骤3中，监测频率不低于卸载速度，监测频率最低60秒/次；监测过程中，应力监测与变形监测同步，其中，变形监测至少包含大跨钢结构顶部位移和结构中关键构件变形；监测周期为卸载后持续48小时。进一步地，所述步骤3中，变形监测测点处布置有棱镜，用于提高监测精度。进一步地，所述步骤3中，卸载监测实施时，还需建立相应的应急抢险机制和相应防护措施。进一步地，所述步骤4中，分级预警应根据影响安全的最大值为终极预警值，进行分级预警设定；分区域预警指将结构划分为若干部分，分别监测预警，分区域预警包括按照结构功能分区域、按照结构楼层分区域。进一步地，所述步骤4中，分级预警分为两级预警，分别为黄色和红色预警两级，当监测结果所得到的应力或变形超过施工模拟理论计算值的5％，且小于10％时，监控计算机屏幕显示为黄色；当监测结果所得到的应力或变形超过施工模拟理论计算值的10％时，监控计算机屏幕显示为红色。相对于现有技术，本专利技术具有如下技术效果：本专利技术首先通过数值模拟，分析对比了同步卸载与不同步卸载两种方案，并考虑了温度作用对钢结构的影响，确定了卸载方案及监测方案；监测前安装监测系统，对卸载阶段结构的应力、变形及温度进行实时监测，确保了施工卸载阶段的安全；该监测系统能够准确、稳定、实时在线反应结构在卸载阶段的性能参数变化，能够及时预警异常及危及结构安全的情况，可实现施工卸载阶段结构性能参数的自动测量、数据处理、图表制作、异常测值报警，能够判断施工过程中结构是否出现损伤以及损伤的程度，为工程安全的自动化测量及数据处理提供了极大方便和有力支持。附图说明图1为本专利技术区域划分方案；图2为考虑温度作用结构位移；图3为最不利卸载方案施工模拟；图4为卸载过程应力变化曲线；图5为钢结构屋顶构件应力理论值与实测值对比图；图6为应变-温度时程曲线。具体实施方式下面结合附图1-6对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。本实施例以一建筑场馆为例，如图1所示，为大跨钢结构，其支撑卸载监测方法具体如下：步骤1：针对多个支撑点的大跨度钢结构采用有限元分析软件SAP2000或ANSYS进行卸载方案施工模拟，根据施工模拟结果，选择大跨钢结构应力比及变形较小者为最终卸载方案，如图3所示。按照结构功能分区域，分为A、B、C、D、L1、L2、L3、L4、L5、L6共10各分区。施工模拟中需考虑如下因素：1)考虑同步分级卸载，和不同步卸载：同步分级卸载指多个支撑点同时进行分级卸载。不同步卸载指多个支撑点，逐个卸载，卸载可一次性或分级进行。施工模拟时不同步卸载按一次性卸载考虑，实际不同步卸载过程中采用分级卸载。2)考虑温度作用对钢结构应力的影响。温度作用应首先实测当地日大气最高气温和最低气温。实测结构表面最高气温和最低气温，温度作用以结构表面温度变化为输入值，即结构表面温度变化＝结构表面最高气温-结构表面最低气温。如图2所示。步骤2：根据施工模拟结果采用的最终卸载方案，在大跨钢结构支撑体系以及结构中关键构件布置传感器。步骤2中的支撑体系主要包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：针对多个支撑点的大跨度钢结构采用有限元分析软件进行卸载方案施工模拟，根据施工模拟结果，选择大跨钢结构应力比及变形较小者为最终卸载方案；步骤2：根据施工模拟结果采用的最终卸载方案，在大跨钢结构支撑体系以及结构中关键构件布置传感器；步骤3：卸载监测实施：对大跨钢结构支撑卸载进行监测，对监测结果建立应力与变形时程曲线，并与最终卸载方案施工模拟理论计算值进行对比分析；步骤4：建立预警机制并进行卸载施工预警，其中，预警机制设置应依据步骤1中的施工模拟分析结果确定，并对步骤3中的卸载监测实施过程进行预警，即对步骤3中的对比分析结果所得到的应力和变形进行实时预警，预警采用分级和/或分区域预警机制。

【技术特征摘要】
1.一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：针对多个支撑点的大跨度钢结构采用有限元分析软件进行卸载方案施工模拟，根据施工模拟结果，选择大跨钢结构应力比及变形较小者为最终卸载方案；步骤2：根据施工模拟结果采用的最终卸载方案，在大跨钢结构支撑体系以及结构中关键构件布置传感器；步骤3：卸载监测实施：对大跨钢结构支撑卸载进行监测，对监测结果建立应力与变形时程曲线，并与最终卸载方案施工模拟理论计算值进行对比分析；步骤4：建立预警机制并进行卸载施工预警，其中，预警机制设置应依据步骤1中的施工模拟分析结果确定，并对步骤3中的卸载监测实施过程进行预警，即对步骤3中的对比分析结果所得到的应力和变形进行实时预警，预警采用分级和/或分区域预警机制。2.根据权利要求1所述的一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，其特征在于，所述步骤1中，施工模拟中需考虑如下因素：1)考虑同步分级卸载，和不同步卸载：同步分级卸载指多个支撑点同时进行分级卸载；不同步卸载指多个支撑点，逐个卸载，卸载可一次性或分级进行；施工模拟时不同步卸载按一次性卸载考虑，实际不同步卸载过程中采用分级卸载；2)考虑温度作用对钢结构应力的影响；温度作用应首先实测当地日大气最高气温和最低气温；实测结构表面最高气温和最低气温，温度作用以结构表面温度变化为输入值，即结构表面温度变化＝结构表面最高气温-结构表面最低气温。3.根据权利要求1所述的一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，其特征在于，所述步骤2中的支撑体系主要包括大跨钢结构屋架的临时支撑；所述结构中关键构件包括结构支座位置、主桁架跨中处、受力构件交接处、应力比较大的杆件、受力复杂的杆件。4.根据权利要求1所述的一种大跨钢结构支撑卸载监测方法，其特征在于，所述步骤2中，传感器选型方法和原则如下：根据精度和采样频率兼顾监测周期内的稳定性，选择传感器类型，所述传感器包括电阻式、振弦式、光纤式传感器；传感器监测测点布置方式如下：1)测点间应可相互校核，对称构件间对称性布置测点以及构件周圈对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：常乐，高海军，赵有山，撖利平，李志伟，
申请(专利权)人：中国建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11