CN104314175B - 基于预应力张拉监控的大跨钢桁架拱结构卸载控制技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于预应力张拉监控的大跨钢桁架拱结构卸载控制技术，通过整体的计算和监测，对卸载和预应力的张拉过程进行合理的控制，保证结构施工过程的安全和使用过程的质量。建立整体结构的有限元模型，对施工全过程进行仿真分析，以确定结构钢桁架、拱结构的应力值、沉降值，地拉梁的水平位移值；对施工过程进行实时监测，记录分析应力和位移值，结合理论值对下一阶段的卸载或预应力张拉进行调整。本发明采用全站仪、GPS、应力传感器对整个施工过程进行实时监控，提高了监测的完善性、精度和安全性。
Description
技术领域
本发明属于大跨度钢结构施工技术领域，涉及基于预应力张拉监控的大跨钢桁架拱结构卸载控制技术。
背景技术
预应力张拉时应力和位移的监控是大跨预应力张拉过程中的重要环节和关键技术，监测方案是否合理关系到施工过程的安全性和主体结构的质量，合理的监控方案有利于张拉过程的实时控制和结构的安全保障。
预应力的监测一般以预应力索的应力和预应力索两端承台的水平位移作为监控指标，其中承台的水平位移最为直观。现行的监测方法一般为：通过在预应力索上预先埋设应变计实时监控应力变化，在承台两侧布置千分表观察水平位移。
现有方法的不足之处：
1)忽略了钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁的共同作用，模型的计算结果和现场的测量结果可靠性均难以保证。
2)千分表难以测量：承台周边施工环境复杂，千分表的固定位置较难选择，造成现场实际操作不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供基于预应力张拉监控的大跨钢桁架拱结构卸载控制技术，解决了现有技术忽略了钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁的共同作用，模型的计算结果和现场的测量结果可靠性均难以保证的问题。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤1：通过有限元软件SAP2000对连接体钢结构进行整体的建模分析；
步骤2：在地拉梁两侧承台混凝土浇筑完毕，在承台各处分别布置测点；
步骤3：用Leica GDF111-1型号全站仪记录其坐标，待上部钢结构主体吊装完成，布置应力传感器和反光片，通过Leica GDF111-1型号全站仪测量反光片的初始位置和应力计的初始度数；
步骤4：对每次卸载和张拉后的应力、位移进行实时监测和记录；
步骤5：张拉预应力至0.16fptk，读取应力传感器和全站仪的读数，实时动态监测应力和空间位移的变化，并通过DPS仪器监测格构柱柱脚的应力变化，一旦测量应力值超过200MPa，应立即停止预应力张拉或者胎架的卸载，对施工方案进行及时调整，如果应力值未超过200MPa但波动明显或承台、主体结构位移偏离理论值过大，应对下一次的张拉值合理减小，实现张拉方案的优化和安全管理。
进一步，所述步骤1中对以下四种工况进行计算分析：
1)C1工况：浇筑承台至-5.0m，屋盖设有临时支撑；
2)C2工况：浇筑承台至-0.5m，屋盖设有临时支撑，格构柱柱脚为
刚接，混凝土桁架HJL1施工至-3.65m，预应力张拉至0.16fptk；
3)C3工况：拆除屋盖临时支撑，预应力张拉至0.26fptk；
4)C4工况：预应力张拉至0.42fptk。
本发明的有益效果是：能将钢桁架和地拉梁有机结合起来，从而考虑卸载对地拉梁的影响和预应力张拉对钢桁架的影响，弥补单独研究钢结构卸载或者预应力张拉的不全面性。
附图说明
图1是本发明钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁组合结构示意图；
图2是有限元钢结构模型示意图；
图3是钢桁架和拱结构应力监测测点布置图；
图4为连接体空间位移基准点和观测点的布设图；
图5为承台水平位移监测的全站仪和测点反光片墙线布置图；
图6为承台水平位移监测的全站仪和测点反光片布置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
针对钢桁架、拱结构以及预应力索共同作用形成的大跨度结构，在卸载过程中，通过动态应变测试仪器实时监测预应力索内的应力，结合全站仪监测桁架结构与拱结构的空间位移，实现对大跨钢桁架-拱结构卸载顺序的优化和卸载过程的控制。
模型分析：采用SAP2000软件建立连接体大跨度空间结构和地拉梁的整体模型，按照现场施工工况对模型进行计算分析，并得出理论分析结果。监测方案：依照施工工况，定期对上部结构的应力、挠度、地拉梁的应力、水平位移进行检测，并与理论成果进行对比。
本发明如图1所示为钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁组合结构示意图，图中，最上面的拱结构最上方为钢桁架，预应力索置于桥底连接桥底两端。
1.通过有限元软件SAP2000对连接体钢结构进行整体的建模分析，图2是有限元钢结构模型示意图。对每次张拉前后的应力、变形进行计算，得变化数据，及时对模型进行调整。
根据施工步骤，主要对以下四种工况进行计算分析：
C1工况：浇筑承台至-5.0m，屋盖设有临时支撑。
C2工况：浇筑承台至-0.5m，屋盖设有临时支撑，格构柱柱脚为刚接，混凝土桁架HJL1施工至-3.65m，预应力张拉至0.16fptk。
C3工况：拆除屋盖临时支撑，预应力张拉至0.26fptk。
C4工况：预应力张拉至0.42fptk。
2.在地拉梁两侧承台混凝土浇筑完毕，在承台各处分别布置测点，图3是钢桁架和拱结构应力监测测点布置图。图4为连接体空间位移基准点和观测点的布设图。
3.用LeicaGDF111-1型号全站仪(该全站仪精度为0.1mm)记录其坐标；待上部钢结构主体吊装完成，布置应力传感器和反光片，图5、图6为承台水平位移监测的全站仪和测点反光片布置图。通过LeicaGDF111-1型号全站仪测量反光片的初始位置和应力计的初始度数。
4.张拉设备为YC50QX千斤顶和ZB4-500电动高压油泵，张拉对称进行。定期测量和记录数据，重点对每次卸载和张拉后的应力、位移进行实时监测和记录。
5.张拉预应力至0.16fptk，读取应力传感器和全站仪的读数，实时动态监测应力和空间位移的变化，并通过DPS仪器监测格构柱柱脚的应力变化。一旦测量应力值超过200MPa，应立即停止预应力张拉或者胎架的卸载，对施工方案进行及时调整。如果应力值未超过200MPa但波动明显或承台、主体结构位移偏离理论值过大，应对下一次的张拉值合理减小，实现张拉方案的优化和安全管理。
针对钢桁架、拱结构以及预应力共同作用形成的大跨度结构，在后续的卸载和预应力张拉过程中，通过动态应变测试仪器实时监测预应力索内的应力，结合全站仪监测桁架结构与拱结构的空间位移，并依照4中的方法进行调整，实现对大跨钢桁架-拱结构卸载顺序的优化和卸载过程的控制。
综上所述，本发明提供的钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁组合结构的监测方案弥补了以往单一分析钢桁架或者地拉梁的不足，可以更加精确的进行全过程的监控。同时，通过全过程仿真分析计算结构的应力和位移，计算值较准确，对卸载设备选取及方案确定具有重要参考作用。总之，本发明提供的钢桁架、拱结构以及预应力地拉梁组合结构的控制方案，可广泛应用于钢结构临时支撑卸载施工中，实时量测简便、精度高，能更好的保障安全。并且能将钢桁架和地拉梁有机结合起来，从而考虑卸载对地拉梁的影响和预应力张拉对钢桁架的影响，弥补单独研究钢结构卸载或者预应力张拉的不全面性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (1)
1.基于预应力张拉监控的大跨钢桁架拱结构卸载控制方法，其特征在于：按照以下步骤进行： 步骤1：通过有限元软件SAP2000对连接体钢结构进行整体的建模分析； 步骤2：在地拉梁两侧承台混凝土浇筑完毕，在承台各处分别布置测点； 步骤3：用Leica GDF111-1型号全站仪记录其坐标，待上部钢结构主体吊装完成，布置应力传感器和反光片，通过LeicaGDF111-1型号全站仪测量反光片的初始位置和应力计的初始度数； 步骤4：对每次卸载和张拉后的应力、位移进行实时监测和记录； 步骤5：张拉预应力至0.16fptk，读取应力传感器和全站仪的读数，实时动态监测应力和空间位移的变化，并通过DPS仪器监测格构柱柱脚的应力变化，一旦测量应力值超过200MPa，应立即停止预应力张拉或者胎架的卸载，对施工方案进行及时调整，如果应力值未超过200MPa但波动明显或承台、主体结构位移偏离理论值过大，应对下一次的张拉值合理减小，实现张拉方案的优化和安全管理； 所述步骤1中对以下四种工况进行计算分析： C1工况：浇筑承台至-5.0m，屋盖设有临时支撑； C2工况：浇筑承台至-0.5m，屋盖设有临时支撑，格构柱柱脚为刚接， 混凝土桁架HJL1施工至-3.65m，预应力张拉至0.16fptk； C3工况：拆除屋盖临时支撑，预应力张拉至0.26fptk； C4工况：预应力张拉至0.42fptk。
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