CN108534927A - 一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法 - Google Patents

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蒋灵
徐凯
姜倩
张淼
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杜婷
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Abstract

本发明公开了一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其步骤是：1、确定整体受力情况；2、选取待监测的构件，并确定所待监测的关键截面，并确定待监测的关键截面的最大应力和最大变形量；3、确定待监测的构件连接节点，并确定待监测的构件连接节点的最大应力和最大变形量；4、确定预警阈值；5、设计监测方案，获得待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时受力、变形情况；6、对待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时受力、变形情况持续监测，周期性检查待监测的构件连接节点的施工质量，并进行失效性预警判断。该监测方法能对建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备的整体牢固性进行监测与评价。

Description

一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的 监测方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法。
背景技术
结构的可靠性监测，是工程建设和建筑使用维护过程中关注的要点。在实际使用过程中，结构面临着复杂的外部环境条件如日晒雨淋、长期的荷载作用和基础沉降等因素的影响，可能导致结构的实际承载能力或受力情况与设计阶段的构想发生较大偏离，为此，需要对结构可靠性进行实时监测与评估，以规避使用过程中可能出现的安全风险。
传统的结构可靠性监测方法以测量孤立构件关键截面的变形和偏移为主，常规手段有粘贴应变片、装设位移传感器等，这些方法的基本假设在于认为结构是一个连接可靠的整体，同时计算分析模型假定支座上的梁或柱等杆件及结构支座是可靠的。然而，近年来大量结构失效事故表明，结构可靠性缺陷通常并非由构件变形引起，而是由于构件之间的连接失效，致使其无法满足计算模型中支座可控的基本设计要求假设，造成结构整体牢固性不足，进而引发事故，如武汉市2012年的“9.13”事故，直接原因为施工升降机导轨架第66和67节标准节连接处的4个连接螺栓只有左侧两个螺栓有效连接，而右侧(受力边)两个螺栓的螺母脱落，无法受力。我国“5.12”汶川大地震的震害表明，建筑结构连接节点的损毁严重。
目前，建筑领域中暂无建筑结构、施工临时结构或施工设备整体牢固性的有效监测方法，故需要提出有效手段对结构整体牢固性进行监测。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提供了一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，该监测方法能对建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备的整体牢固性进行客观、持续、稳定的监测与评价。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，包括如下步骤：
1、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的设计图纸及结构计算书，确定建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况；
2、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况，结合管理需求(此处是指施工方、设备运营方、业主方等基于自身预算、硬件能力等基本条件及安全监测全面性的考量而对监测方案(主要是监测点位数量及非最不利截面是否需要监测)进行的调整。理论上来讲，监测对象越多，布设的点位越多，监测的可靠性就越高，，但是限于成本等因素，可能仅能在部分关键位置进行监测，单位的管理需求决定监测对象的数目)，选取建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备上需要监测的构件，并确定所需监测的构件的待监测的关键截面，然后结合相关设计规范和结构计算书，确定待监测的关键截面所能承受的最大应力和所容许的最大变形量；
3、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况，结合管理需求，确定建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备上待监测的构件连接节点，然后结合相关设计规范和结构计算书，确定待监测的构件连接节点所能承受的最大应力和所容许的最大变形量；
4、根据待监测的关键截面所能承受的最大应力和所容许的最大变形，以及待监测的构件连接节点所能承受的最大应力和所容许的最大变形，结合管理需求，确定待监测的关键截面以及待监测的构件连接节点应力、变形量的预警阈值；
5、根据待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的特点，设计监测方案，获得待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时受力、变形量；
6、对待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时应力、变形量持续监测，并周期性检查待监测的构件连接节点的施工质量，当检测到待监测的关键截面或待监测的构件连接节点实时应力、变形量超出预警阈值时，进行结构整体可靠性失效预警；当检测到待监测的构件连接节点的实时变形量大于与其相邻构件的待监测的关键截面的实时变形量，或检查到待监测的构件连接节点存在施工质量问题时，进行结构整体牢固性失效预警。
进一步，步骤1中的整体受力情况包括受弯情况、受扭情况和受剪情况。
进一步，步骤5中的监测方案包括传感器选型、传感器布设方法和传感器数目。
进一步，所述的传感器为应变片、振弦式应变计和/或开关传感器。
进一步，传感器布设方法为：
①检视所有待布设传感器的构件连接节点，选定存在构件连接节点形状不规则和连接不紧密问题导致无法正常粘贴传感器的构件连接节点；
②利用胶凝材料敷涂无法正常粘贴传感器的构件连接节点处，使其连接紧密；
③待胶凝材料固结后，对胶凝材料的表面进行平整处理；
④在经平整的胶凝材料的表面粘贴传感器。
进一步，所述的凝胶材料为水泥、石膏和/或胶水。
进一步，所述的平整处理包括打磨和抛光。
进一步，步骤6中待监测的构件连接节点的施工质量包括螺栓紧固情况和焊缝施工质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、本发明基于建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性监测的理念，并提出建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备等结构整体牢固性的监测方法，即连接节点和/或跨界面监测，通过监测关键构件及构件连接节点(或跨界面)的受力及变形情况判断结构整体牢固性是否满足要求，在整体牢固性的变形阈值设置上，提出以连接节点(或跨界面)相应位置处的构件截面变形为标准。
2、相比于传统结构可靠性的监测方法，本发明更加紧密地结合了结构失效事故的发生规律，能够更加及时准确地发现传统结构可靠性监测理念和手段无法识别的一些安全隐患，从而提升结构保养维护的有效性和精准性，减少事故的发生。
附图说明
图1为实施例1中塔式起重机塔身在设计工况下的弯矩图。
图2为实施例1中待监测截面及构件连接节点示意图。
图3为实施例1中传感器布设点位示意图
其中，1-第一振弦式应变计、2-第二振弦式应变计、3-第三振弦式应变计、4-第四振弦式应变计、5-第五振弦式应变计、6-第六振弦式应变计、7-第七振弦式应变计、8-第八振弦式应变计、9-第九振弦式应变计、10-第一应变片、11-第二应变片、12-第三应变片、13-第四应变片、14-第五应变片、15-第六应变片、16-第七应变片、17-第八应变片、18-第九应变片、19-第十应变片、20-第十一应变片、21-第十二应变片、22-第十三应变片、23-第十四应变片、24-第十五应变片、25-第十六应变片、26-第十七应变片、27-第十八应变片、28-第一标准节、29-第二标准节、30-第三标准节、31-上部截面、32-跨中截面、33-下部截面、34-塔顶与第一标准节的连接节点、35-塔顶。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
以塔式起重机的整体牢固性监测为例，塔式起重机整体牢固性的监测方法为：
1、根据所选塔式起重机的设计工况和结构计算书，获取塔式起重机整体受力情况，并绘制塔式起重机在设计工况下的弯矩图，在该工况下，起重力矩为80t·m，平衡重14.4t，平衡臂重8.6t，臂长14.6m，起重臂重14.9t，臂长61.7m，起重塔身弯矩图如图1所示；
2、塔身构件应力随着构件距离塔顶35距离的增大而减小，通过监测受力情况相似构件中应力值最大的构件，即可判断同类构件是否存在可靠性或整体牢固性失效的情况。如图1所示，塔身构件从上往下依次为第一标准节28、第二标准节29、第三标准节30……第十八标准节，最上方的第一标准节顶部所受的应力最大186.65kN﹒m，最下方的第十八标准节所受的应力最小13.2kN﹒m，故在塔身上选取塔顶下部的第一标准节和第二节标准节作为待监测的构件。通过结构计算分析，如图2所示，选取第一标准节和第二标准节(图中以第一标准节为例)上部截面31、跨中截面32及下部截面33作为待监测的关键截面，然后根据塔身受弯情况、材料性能和相关设计规范(标准)(如《塔式起重机设计规范》GB/T13752-1992)，确定这些待监测的关键截面所能承受的最大应力和所容许的最大变形；
3、将塔顶与第一标准节的连接节点34、第一标准节和第二标准节的连接节点以及第二标准节和第三标准节的连接节点作为待监测的构件连接节点，根据《塔式起重机设计规范》GB/T13752-1992和结构计算书，确定这些待监测的构件连接节点的所能承受的最大应力和所容许的最大变形；
4、根据步骤2获取的上述的待监测的关键截面的最大应力和最大变形，以及步骤3获取的上述的待监测的构件连接节点的最大应力和最大变形，通过一定的安全系数(略小于1，本实施例中为0.95)折减后，得到上述的各待监测的关键截面和各待监测的构件连接节点的应力、变形量预警阈值；
5、选取18个应变片和9个振弦式应变计监测塔式起重机整体牢固性的传感器，18个应变片分别为第一应变片10、第二应变片11、第三应变片12、第四应变片13、第五应变片14、第六应变片15、第七应变片16、第八应变片17、第九应变片18、第十应变片19、第十一应变片20、第十二应变片21、第十三应变片22、第十四应变片23、第十五应变片24、第十六应变片25、第十七应变片26、第十八应变片27；9个振弦式应变计分别为第一振弦式应变计1、第二振弦式应变计2、第三振弦式应变计3、第四振弦式应变计4、第五振弦式应变计5、第六振弦式应变计6、第七振弦式应变计7、第八振弦式应变计8和第九振弦式应变计9。如图3所示，第一应变片10、第二应变片11、第三应变片12分别粘贴于第一标准节上上部截面所在位置处的其中三根立柱上，第四应变片13、第五应变片14、第六应变片15分别粘贴于第一标准节上跨中截面所在位置处的其中三根根立柱上，第七应变片16、第八应变片17、第九应变片18分别粘贴于第一标准节上下部截面所在位置处的其中三根立柱上，第十应变片19、第十一应变片20、第十二应变片21分别粘贴于第二标准节上上部截面所在位置处的其中三根立柱上，第十三应变片22、第十四应变片23、第十五应变片24分别粘贴于第二标准节上跨中截面所在位置处的其中三根立柱上，第十六应变片25、第十七应变片26、第十八应变片27分别粘贴于第二标准节上下部截面所在位置处的其中三根立柱上。第一振弦式应变计1、第二振弦式应变计2、第三振弦式应变计3分别粘贴于塔顶与第一标准节的连接节点的其中三个角上，第四振弦式应变计4、第五振弦式应变计5、第六振弦式应变计6分别粘贴于第一标准节与第二标准节的连接节点的其中三个角上，第七振弦式应变计7、第八振弦式应变计8、第九振弦式应变计9分别粘贴于第二标准节与第三标准节的连接节点的其中三个角上；
6、传感器布设完毕后，在塔式起重机吊载运行之前，先通过采集设备测定在无负荷状态下应变片的阻值和振弦式应变计的频率，随后在塔式起重机运行过程中定期监测，采集各应变片实时阻值和各振弦式应变计的实时频率，通过信号处理换算为各待监测的关键截面和待检测的构件连接节点的应力值、变形值，并由专员周期性检查前述各待监测的构件连接节点的螺栓紧固情况，随后将各待监测的关键截面和各待检测的构件连接节点测得的应力值、变形值与预警阈值进行对比，若某一待监测的关键截面和/或某一待检测的构件连接节点的应力值、变形值超出预警阈值，则进行结构整体可靠性失效预警；若某一待监测的构件连接节点应力值、变形值大于与其相邻的待监测的关键截面变形值、应力值，或检查到其存在螺栓未正确紧固，则进行结构整体牢固性失效预警。

Claims (8)

1.一种建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于包括如下步骤：
1.1、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的设计图纸及结构计算书，确定建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况；
1.2、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况，结合管理需求，选取建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备上需要监测的构件，并确定所需监测的构件的待监测的关键截面，然后结合相关设计规范和结构计算书，确定待监测的关键截面所能承受的最大应力和所容许的最大变形量；
1.3、根据建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备的整体受力情况，结合管理需求，确定建筑结构、施工临时结构或建筑施工设备上待监测的构件连接节点，然后结合相关设计规范和结构计算书，确定待监测的构件连接节点所能承受的最大应力和所容许的最大变形量；
1.4、根据待监测的关键截面所能承受的最大应力和所容许的最大变形，以及待监测的构件连接节点所能承受的最大应力和所容许的最大变形，结合管理需求，确定待监测的关键截面以及待监测的构件连接节点应力、变形量的预警阈值；
1.5、根据待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的特点，设计监测方案，获得待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时受力、变形量；
1.6、对待监测的关键截面和待监测的构件连接节点的实时应力、变形量持续监测，并周期性检查待监测的构件连接节点的施工质量，当检测到待监测的关键截面或待监测的构件连接节点实时应力、变形量超出预警阈值时，进行结构整体可靠性失效预警；当检测到待监测的构件连接节点的实时变形量大于与其相邻构件的待监测的关键截面的实时变形量，或检查到待监测的构件连接节点存在施工质量问题时，进行结构整体牢固性失效预警。
2.根据权利要求1所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：步骤1.1中的整体受力情况包括受弯情况、受扭情况和受剪情况。
3.根据权利要求1所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：步骤1.5中的监测方案包括传感器选型、传感器布设方法和传感器数目。
4.根据权利要求3所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：所述的传感器为应变片、振弦式应变计和/或开关传感器。
5.根据权利要求4所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于传感器布设方法为：
①检视所有待布设传感器的构件连接节点，选定存在构件连接节点形状不规则和连接不紧密问题导致无法正常粘贴传感器的构件连接节点；
②利用胶凝材料敷涂无法正常粘贴传感器的构件连接节点处，使其连接紧密；
③待胶凝材料固结后，对胶凝材料的表面进行平整处理；
④在经平整的胶凝材料的表面粘贴传感器。
6.根据权利要求5所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：所述的凝胶材料为水泥、石膏和/或胶水。
7.根据权利要求5所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：所述的平整处理包括打磨和抛光。
8.根据权利要求1所述的建筑结构、施工临时结构及建筑施工设备整体牢固性的监测方法，其特征在于：步骤1.6中待监测的构件连接节点的施工质量包括螺栓紧固情况和焊缝施工质量。
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