鋼結(jié)構(gòu)施工過程健康監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用

陳紅萍

鋼結(jié)構(gòu)施工過程健康監(jiān)測技術(shù)研究與應(yīng)用

陳紅萍

近年來，隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)在大型公共建筑中的應(yīng)用也越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)的體系較為新穎、形式較為復雜、規(guī)模較為龐大，因而成為當代建筑結(jié)構(gòu)中十分重要和活躍的領(lǐng)域。但是鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中的事故發(fā)生率也較高，鋼結(jié)構(gòu)施工過程中健康監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用是鋼結(jié)構(gòu)進行安全施工的可靠保障。本文對幾種常用的健康監(jiān)測技術(shù)以及其在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用進行了分析。

鋼結(jié)構(gòu)；施工過程；健康監(jiān)測；技術(shù)研究；應(yīng)用研究

國家對建筑行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的評價標準就是大型鋼結(jié)構(gòu)。近些年來，隨著我國建筑水平不斷趨于成熟，大型鋼結(jié)構(gòu)開始廣泛應(yīng)用于各種大型的劇院、大型體育館、大型機場候機樓、大型會議展覽中心等重要的標志性建筑。大形綱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展是現(xiàn)代文明的體現(xiàn)。為了彌補鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中頻繁出現(xiàn)安全事故的不足，需利用健康監(jiān)測技術(shù)對其施工過程進行監(jiān)測，從而更好的發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用效果。

1　加強鋼結(jié)構(gòu)施工過程健康監(jiān)測的目的和意義

由于大型鋼結(jié)構(gòu)主要在大型標志性建筑中應(yīng)用，國家政府對其投入了大量的人力、物力和財力，其施工過程和施工后的使用涉及范圍較廣，因而需加大其健康監(jiān)測力度。同時，由于施工過程中其結(jié)構(gòu)的受力較為復雜，與實際設(shè)計中力學的模型計算存在較大差異，健康監(jiān)測可以保證其結(jié)構(gòu)安全，可保障建筑結(jié)構(gòu)的后續(xù)的使用。健康監(jiān)測主要涉及了應(yīng)力、施工環(huán)境、位移和振動監(jiān)測四個方面的內(nèi)容。

①對大型鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進行監(jiān)測的意義在于體現(xiàn)國家政策所倡導和堅持的“以人為本”的方針。因為土木工程是一項事故多發(fā)工程，給施工人員和居民帶來了安全隱患，健康監(jiān)測能幫助我們及時了解隱患，并采取應(yīng)對措施，從而可有效減少人員傷亡。②有利于實時掌握工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)，了解其安全性，保障建筑工程的順利完成。③由于健康監(jiān)測是一種實時監(jiān)測，因而可提高施工水平與施工技術(shù)，為具體的施工提供依據(jù)。然后，對其設(shè)備與技術(shù)進行研究可以為其他行業(yè)提供借鑒。④可為施工階段完成后，對建筑結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測和使用壽命的評估提供依據(jù)。

2　鋼結(jié)構(gòu)施工過程監(jiān)測的重點內(nèi)容

對鋼結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測基本原理在于利用被安裝在建筑結(jié)構(gòu)上傳感器系統(tǒng)對施工過程中結(jié)構(gòu)特性的變化情況進行實時收集。然后通過收集的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對鋼結(jié)構(gòu)當前的運行情況進行分析與判斷，從而發(fā)現(xiàn)施工過程中一系列不穩(wěn)定因素、不準確性因素和不安全性因素，保證整個工程施工的順利完成。

2.1幾何變形監(jiān)測

鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，幾何變形監(jiān)測是對變形體的具體目標點進行測量。其目的在于對變形體的空間位置和變形體的內(nèi)部形態(tài)的變化情況和變化特征進行隨時監(jiān)測，觀察其隨時間的變化情況。變形監(jiān)測主要是利用專門的測量儀器監(jiān)測在空間三維集合體上，對建立了基準數(shù)據(jù)的測量變形體的變化情況進行監(jiān)測。當前，運用較為廣泛的測量儀器主要有經(jīng)緯儀、水準儀、全站儀、攝影測量設(shè)備和激光測距儀等。這些常規(guī)的測量方法由于測量技術(shù)較為成熟，具有以下方面的優(yōu)勢：①其通用型較好。②其精確度也較高，能夠滿足常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測要求。③其能夠監(jiān)測變形物體或者對象的變形信息和具體的變性趨勢。但是，這些通用的監(jiān)測方法也具有較為明顯的缺點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①由于野外作業(yè)的工作量較大，導致其易受工作面的干擾。②這些測量方法不能夠滿足對結(jié)構(gòu)進行連續(xù)、動態(tài)和遠程監(jiān)控。近些年來，隨著激光技術(shù)、電子技術(shù)、空間定位技術(shù)、自動控制技術(shù)和遠程通信技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，以測量智能機器人、激光三維掃描儀、GPS技術(shù)等為主要代表的現(xiàn)代儀器與現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，形成了一種能夠?qū)Y(jié)構(gòu)物體進行全天候自動監(jiān)測和連續(xù)監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)，并且已經(jīng)開始得到應(yīng)用。這種監(jiān)測系統(tǒng)對變形監(jiān)測具有重要作用，能夠快速有效的監(jiān)測出各種變形問題，使監(jiān)測效率得到了較大提高。

2.2應(yīng)力監(jiān)測

施工監(jiān)測的主要內(nèi)容包括對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的應(yīng)力進行監(jiān)測。無論是哪種鋼結(jié)構(gòu)，其指定點的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)的幾何位置一樣，其應(yīng)力值也會隨著施工進度的變化而發(fā)生變化。因而在應(yīng)力值不斷變化的過程中，施工監(jiān)測所關(guān)心的核心問題是某一時刻的應(yīng)力值是否與理論分析值相同，某一時刻的應(yīng)力值是否處于安全范圍。而對于這兩個問題進行解決的方法就在于對施工過程的應(yīng)力進行監(jiān)測，當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)了相關(guān)問題，必須立即停止建筑結(jié)構(gòu)的施工，找到相關(guān)的原因并進行及時處理。大型鋼結(jié)構(gòu)中，通常需對施工關(guān)鍵點、最大應(yīng)力點、體現(xiàn)環(huán)境影響特征點和應(yīng)力變化較大點等點位進行監(jiān)測。常用應(yīng)力監(jiān)測方法主要有振弦式傳感器、電阻應(yīng)變片、光纖光柵式傳感器以及其他傳感器。表1是不同應(yīng)力監(jiān)測方法的比較情況。

2.3索力監(jiān)測

拉索是一種能夠承受較強拉力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，因而開始廣泛應(yīng)用于建筑工程中。拉索通常能夠參與多種結(jié)構(gòu)類型。例如：所彎頂、所析架、張弦梁等。索力測試的準確性與拉索結(jié)構(gòu)施工的順利實施關(guān)系密切。同時，索力測試也是拉索結(jié)構(gòu)是否能夠修建的關(guān)鍵所在。磁通量法、壓力傳感器測定法、壓力表測定法以及頻率法是常用的對索力進行測定的方法。其中，壓力傳感器和壓力表測定法是對正在張拉拉索的索力進行測定，頻率法和磁通量法主要對建筑使用過程中的長期監(jiān)測。

表1　各種應(yīng)力監(jiān)測方法比較

2.4施工環(huán)境監(jiān)測

通常，溫度、噪音、風壓、雨量、風速、適度是施工環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容。施工環(huán)境的良好對施工的順利完成具有重要作用。溫度和風速風壓是施工環(huán)境中對工程影響最為明顯的因素。

溫度對大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程的影響較為明顯。例如：溫度的升降會導致拉索長度的變化。鋼結(jié)構(gòu)施工中，電阻溫度計測溫法、輻射測溫法以及其他溫度傳感器是常見的結(jié)構(gòu)溫度測量方法。以“水立方”為例，其采用的是光纖光柵溫度傳感器，一方面可對應(yīng)變傳感器進行補償，另一方面可監(jiān)測水立方的溫度場信息。

對于大型鋼結(jié)構(gòu)而言，風速和風壓對其的影響也較為嚴重。上文已經(jīng)提到大型鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于大型建筑之中，而這些大型的、專業(yè)化建筑的空間造型較為復雜，因而對風相當敏感。同時，風洞試驗測量與建筑實體結(jié)構(gòu)的風荷載情況具有較大差異，這種差異是模型的縮尺效應(yīng)帶來雷諾效應(yīng)引起的。另外，由于對結(jié)構(gòu)的風振響應(yīng)分析方法具有較大局限。因此，對鋼結(jié)構(gòu)的施工階段和使用階段的風速和風壓進行監(jiān)測意義較為重大。“水立方”的平面尺寸較大，其結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)風速變化不大，因而相關(guān)施工單位對風速、風攻角和方向進行監(jiān)測，只在“水立方”結(jié)構(gòu)屋頂安裝了一個三維超聲風速儀。

3　結(jié)束語

根據(jù)以上分析，雖然鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用代表了我國建筑行業(yè)的發(fā)展水平，在當今大型建筑中得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中也存在諸多安全隱患，因而需對施工過程進行健康監(jiān)測。鋼結(jié)構(gòu)施工過程健康監(jiān)測是一個涉及了施工環(huán)境、應(yīng)力、變形、振動等多方面因素的實時監(jiān)測、判斷和分析的過程。由于每個因素都有多種監(jiān)測方法，因而需根據(jù)具體情況，恰當選擇方法進行監(jiān)測。

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TU758.11

A

1673-0038（2015）32-0153-02

2015-6-12

陳紅萍（1981-），女，助理工程師，大專，主要從事建筑工程管理工作。