大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制技術(shù)分析

馬鵬輝

河北建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北保定071000

摘要 文章通過對大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工的理論闡述，說明了保證永久結(jié)構(gòu)與臨時支撐結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全與穩(wěn)定；保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的狀態(tài)在可控范圍，并最終達(dá)到設(shè)計要求的完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 大跨度；空間鋼結(jié)構(gòu)；控制技術(shù)

中圖分類號TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0096-02

1 概述

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工是指鋼構(gòu)件在工廠加工、制作、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，采用不同的施工工藝和施工方法將零散的鋼構(gòu)件拼裝成滿足設(shè)計要求的、具有使用功能的最終空間結(jié)構(gòu)的傘過程。施工過程是一個結(jié)構(gòu)從不完整狀態(tài)逐漸向完整狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。整個施工全過程一般都要經(jīng)歷永久支撐結(jié)構(gòu)的施工、臨時支撐系統(tǒng)的搭設(shè)、永久結(jié)構(gòu)的安裝、臨時支撐系統(tǒng)的拆除等階段直至形成可使用的結(jié)構(gòu)。

從力學(xué)角度來看，施工階段的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析不同于運(yùn)營結(jié)構(gòu)，施工過程是一個變結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)件不斷增多，結(jié)構(gòu)形狀不斷改變)、變荷載(施工荷載是不斷變化的、構(gòu)件自重逐漸增加)、變邊界(永久約束的不斷增多、臨時約束的設(shè)置與拆除)的過程。因此，在對施工過程的不完整結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，必須采用不同于以往的設(shè)計階段的分析方法。

施工過程中，結(jié)構(gòu)處于不完整狀態(tài)，剛度較低、穩(wěn)定性較差，必須依賴于臨時支撐系統(tǒng)的共同作用以保持足夠的剛度和穩(wěn)定性。而在永久結(jié)構(gòu)拼裝完成后，臨時支撐系統(tǒng)必須拆除。何時拆、如何拆?這是在施工階段必須解決的技術(shù)問題。合理的拆除方案才能保證永久結(jié)構(gòu)及臨時支撐系統(tǒng)安全與穩(wěn)定。

設(shè)計給出的設(shè)計圖紙都是結(jié)構(gòu)成形(完整狀態(tài))時的線形，施工中間過程不完整結(jié)構(gòu)的線形如何、內(nèi)力狀態(tài)如何，這些是施工階段必須明確的，否則，結(jié)構(gòu)完成時無法達(dá)到設(shè)計要求的狀態(tài)。因此，必須通過力學(xué)分析手段，確定施工中間階段結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)，以在施工過程中提前做出調(diào)整，最終達(dá)到設(shè)計要求的完整結(jié)構(gòu)。

理論計算畢竟是基于理想狀況下的假定，現(xiàn)場實際情況都或多或少與理論分析有一些差異，如施工荷載的大小和位置、結(jié)構(gòu)性能的假定(彈性模量、密度、截面特性)、構(gòu)件連接形式(剛接還是鉸接)、支座的約束形式等。這些差異決定了要準(zhǔn)備了解施工階段的中間結(jié)構(gòu)狀態(tài)。必須借助于監(jiān)測技術(shù)，對結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。要監(jiān)測哪些參數(shù)、采用什么方法進(jìn)行監(jiān)測、什么時候監(jiān)測，這些都是需要研究的。合理的監(jiān)測方案才能采集到真實、有效的數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

上述這些問題就是大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工控制的關(guān)鍵技術(shù)問題，解決這些問題的目的主要在兩個方面：1）保證永久結(jié)構(gòu)與臨時支撐結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全與穩(wěn)定；2）保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的狀態(tài)在可控范圍，并最終達(dá)到設(shè)計要求的完整結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

2 施工監(jiān)測技術(shù)

2.1現(xiàn)場監(jiān)測的必要性

施工監(jiān)控的目的是通過建立理論分析模型和測試系統(tǒng)，在施工過程中監(jiān)測已完成的工程狀態(tài)，收集控制參數(shù)，比較理論計算和實測結(jié)果，分析并調(diào)整施工中產(chǎn)生的誤差，預(yù)測后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形狀，提出后續(xù)施工過程應(yīng)采取的技術(shù)措施，調(diào)整必要的麓工工藝和技術(shù)方案，使建成后結(jié)構(gòu)的位置、變形和內(nèi)力處于有效的控制之中，并最大限度地符合設(shè)計的理想狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和工期，保證施工過程與運(yùn)營狀態(tài)的安全性。

同時由于現(xiàn)場施工實際情況千變?nèi)f化，環(huán)境因素復(fù)雜，需要建立一套性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、適合于長期觀測的測量及測試系統(tǒng)。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的反饋，實時更改計算模型，進(jìn)行新的預(yù)測及分析，確保整個施工過程在可控的管理范圍之中。

總之，監(jiān)測的目的無外乎兩個方面：1）實時掌握結(jié)構(gòu)施工階段的性能狀態(tài)，保證施工過程中不完整結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定；2）監(jiān)測結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較，使施工階段的結(jié)構(gòu)按照可控的方向最終達(dá)到符合設(shè)計的理想狀態(tài)。

2.2現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容

1）監(jiān)測的參數(shù)。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場監(jiān)測的參數(shù)主要包括：結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力，拉索的于拉力以及構(gòu)件(包括拉索)的溫度；

2）監(jiān)測的原則。監(jiān)測的原則與結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、施工方案有關(guān)，但一般大跨度應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程的監(jiān)測必須遵循以下原則：

（1）實時性原則。監(jiān)測過程必須實時。施工過程不同于運(yùn)營過程，結(jié)構(gòu)形式、荷載條件、邊界條件隨著施工不斷變化，任一項變化都可能引起施工階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)的改變，必須及時、實時跟蹤監(jiān)測。否則就不能完整地、正確地把握結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，從而可能遺漏重要的信息，引起施工階段的結(jié)構(gòu)的不安全；

（2）全程性原則。監(jiān)測過程必須從結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝之初就開始，至達(dá)到設(shè)計要求的完整結(jié)構(gòu)為止(這里指施工監(jiān)測，如果結(jié)構(gòu)需進(jìn)行健康監(jiān)測，則監(jiān)測須一直延續(xù)下去)。

根據(jù)目前應(yīng)變監(jiān)測儀器的特點(diǎn)，一般只能監(jiān)測到應(yīng)變的增量，而無法監(jiān)測到結(jié)構(gòu)實際的應(yīng)變。因此，須在安裝之初，構(gòu)件無應(yīng)力狀態(tài)時安裝測試儀器全程監(jiān)測；

（3）全面性原則。監(jiān)測布點(diǎn)位置必須全面，這樣才能把握結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)；

（4）重點(diǎn)性原則。根據(jù)監(jiān)測布點(diǎn)的全面性原則，當(dāng)然是布點(diǎn)越多越好。但測點(diǎn)過多，就會增大現(xiàn)場監(jiān)測的工作量和工作難度，往往由于線路過多，影響現(xiàn)場施工，同時可操作性也差。因此，必須有重點(diǎn)監(jiān)測一些點(diǎn)位。

在監(jiān)測布點(diǎn)前，根據(jù)理論分析結(jié)果，選擇應(yīng)力較大、應(yīng)力變化較大，變形較大、變形變化較大，索力較大、索力變化較大的點(diǎn)位進(jìn)行監(jiān)測。

施工階段的卸載過程往往是力學(xué)轉(zhuǎn)換復(fù)雜的過程，也是施工事故多發(fā)的階段。這個階段是監(jiān)測的重點(diǎn)，除在永久結(jié)構(gòu)布置測點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力、變形的監(jiān)測外，在臨時支撐結(jié)構(gòu)上布置應(yīng)力測點(diǎn)是非常必要的。

3）監(jiān)測的時間。根據(jù)監(jiān)測的原則，監(jiān)測的總體時間應(yīng)該是從結(jié)構(gòu)開始施工到施工結(jié)束。具體時間而言，一般是施工工況改變前后均需進(jìn)行各項內(nèi)容的監(jiān)測，以收集到變化值與理論分析結(jié)果比較。

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)受溫度影響較大，往往需要：（1）通過監(jiān)測掌握溫度對結(jié)構(gòu)變形的影響；（2）剔除溫度對結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力的影響。因此，在監(jiān)測時通常采取以下措施：1）選取有代表性的幾天進(jìn)行全天24h溫度監(jiān)測，同時進(jìn)行應(yīng)力和變形的監(jiān)測，以掌握溫度對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響；2）在進(jìn)行工況監(jiān)測時，選取溫度變化較小的時間進(jìn)行監(jiān)測。

參考文獻(xiàn)

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