本發(fā)明涉及一種撓度監(jiān)測(cè)方法，尤其是一種針對(duì)于超高空大懸挑鋼平臺(tái)端部撓度監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各式各樣的高層、超高層建筑層出不窮，高空懸挑結(jié)構(gòu)已不是個(gè)例。懸挑結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式有鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)于后兩者結(jié)構(gòu)形式在其下方需要一個(gè)操作平臺(tái)用以搭設(shè)腳手架、高支模、綁扎鋼筋以及澆筑混凝土，同時(shí)兼顧安全防護(hù)。此平臺(tái)的可靠程度直接關(guān)系著其上懸挑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程的安全，故需要實(shí)時(shí)掌握此平臺(tái)的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，做好監(jiān)測(cè)分析預(yù)警工作。

以往有著類似懸挑的結(jié)構(gòu)工程，其監(jiān)測(cè)手段往往是利用水準(zhǔn)儀或者全站儀，需要人前往鋼平臺(tái)端部樹立標(biāo)尺作為測(cè)量基準(zhǔn)，同時(shí)樓層內(nèi)也有一人樹立另一標(biāo)尺，將兩標(biāo)尺數(shù)值做差得到鋼平臺(tái)端部撓度。此方法受限于測(cè)量?jī)x器的精度，同時(shí)需要人前往高空懸挑鋼平臺(tái)端部，具有一定的危險(xiǎn)性，存在工程安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：提供一種能夠?qū)Ω呖粘L(zhǎng)懸挑鋼平臺(tái)撓度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的超高空大懸挑鋼平臺(tái)端部撓度監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1，有限元模擬分析，按施工階段對(duì)懸挑鋼平臺(tái)的施工過(guò)程進(jìn)行劃分，并利用有限元模擬分析各個(gè)階段中懸挑鋼平臺(tái)的各個(gè)三角桁架懸挑端部的撓度，從而選出模擬撓度最大的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架；

步驟2，安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架的上弦桿和下弦桿上間隔設(shè)置表面應(yīng)變計(jì)，用于測(cè)量各個(gè)監(jiān)測(cè)段的應(yīng)變值；

步驟3，懸挑端部的撓度計(jì)算，利用各個(gè)監(jiān)測(cè)段的應(yīng)變值計(jì)算出懸挑鋼平臺(tái)在當(dāng)前載荷下上弦桿和下弦桿的長(zhǎng)度值，再結(jié)合原有的長(zhǎng)度值計(jì)算出懸挑端部的撓度。

采用有限元模擬分析能夠找出重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架，有效減少數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)量，降低監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)效率；采用表面應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)不會(huì)對(duì)懸挑鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成影響，也不用像常規(guī)方法那樣需人工前往懸挑端部樹立標(biāo)尺，確保施工安全；采用分段監(jiān)測(cè)應(yīng)變值能夠有效提高監(jiān)測(cè)精度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟1中，懸挑鋼平臺(tái)的施工過(guò)程共劃分為三個(gè)階段，分別為懸挑鋼平臺(tái)自身構(gòu)件安裝完成階段、樓層鋼結(jié)構(gòu)完成階段以及懸挑結(jié)構(gòu)澆筑完成階段。由于懸挑結(jié)構(gòu)的施工是分為多個(gè)階段，恒載、活載以及施工荷載不是一次性施加到最大值，為達(dá)到模擬鋼平臺(tái)整個(gè)施工階段的響應(yīng)，所以將計(jì)算荷載分為三個(gè)階段進(jìn)行模擬。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟2中，表面應(yīng)變計(jì)為振弦式表面應(yīng)變計(jì)，測(cè)頻范圍為500～6000Hz，最小讀數(shù)量程為0.1Hz。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，步驟3中，懸挑端部的撓度計(jì)算具體步驟為：

步驟3.1，建立三角桁架的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型，即設(shè)定上弦桿的安裝點(diǎn)為原點(diǎn)O1，下弦桿的安裝點(diǎn)為原點(diǎn)O2，上弦桿的原始長(zhǎng)度為R11，下弦桿的原始長(zhǎng)度為R21，上弦桿的拉伸壓縮后長(zhǎng)度為R12，下弦桿的拉伸壓縮后長(zhǎng)度為R22，原點(diǎn)O1與原點(diǎn)O2的橫坐標(biāo)均為0，縱向距離為l；

步驟3.2，計(jì)算懸挑端部的拉伸壓縮后坐標(biāo)，懸挑端部即為上弦桿和下弦桿呈銳角對(duì)接的端點(diǎn)位置，由兩圓交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得出端點(diǎn)位置拉伸壓縮后的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為：

式中，l_i和l_i'分別為上弦桿和下弦桿各個(gè)監(jiān)測(cè)段的長(zhǎng)度，n為上弦桿上監(jiān)測(cè)段數(shù)量，m為下弦桿上監(jiān)測(cè)段數(shù)量，ε_i為上弦桿第i段監(jiān)測(cè)的應(yīng)變值，ε_i'為下弦桿第i段監(jiān)測(cè)的應(yīng)變值；

步驟3.3，計(jì)算懸挑端部的撓度，由于懸挑端部的原始坐標(biāo)為(R₁₁,0)，則根據(jù)實(shí)時(shí)采集的應(yīng)變值計(jì)算懸挑端部的撓度為：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：(1)采用有限元模擬分析能夠找出重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架，有效減少數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)量，降低監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)效率；(2)采用表面應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)不會(huì)對(duì)懸挑鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)造成影響，也不用像常規(guī)方法那樣需人工前往懸挑端部樹立標(biāo)尺，確保施工安全；(3)采用分段監(jiān)測(cè)應(yīng)變值能夠有效提高監(jiān)測(cè)精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的三角桁架的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型示意圖；

圖3為本發(fā)明的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的上弦桿上若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力數(shù)值隨時(shí)間變化圖；

圖5為本發(fā)明的下弦桿上若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力數(shù)值隨時(shí)間變化圖；

圖6為本發(fā)明的端部豎向位移隨時(shí)間變化圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明公開的一種超高空大懸挑鋼平臺(tái)端部撓度監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1，有限元模擬分析，按施工階段對(duì)懸挑鋼平臺(tái)的施工過(guò)程進(jìn)行劃分，并利用有限元模擬分析各個(gè)階段中懸挑鋼平臺(tái)的各個(gè)三角桁架懸挑端部的撓度，從而選出模擬撓度最大的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架；

步驟2，安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，在重點(diǎn)監(jiān)測(cè)三角桁架的上弦桿和下弦桿上間隔設(shè)置表面應(yīng)變計(jì)，用于測(cè)量各個(gè)監(jiān)測(cè)段的應(yīng)變值，如圖3所示，在上弦桿上共間隔設(shè)置有7個(gè)振弦式表面應(yīng)變計(jì)，分別為S-11～S-17，在下弦桿上共間隔設(shè)置有7個(gè)振弦式表面應(yīng)變計(jì)，分別為X-11～X-17，在上弦桿和下弦桿之間的斜撐桿上還設(shè)置有一個(gè)振弦式表面應(yīng)變計(jì)，為F-1；

步驟3，懸挑端部的撓度計(jì)算，利用各個(gè)監(jiān)測(cè)段的應(yīng)變值計(jì)算出懸挑鋼平臺(tái)在當(dāng)前載荷下上弦桿和下弦桿的長(zhǎng)度值，再結(jié)合原有的長(zhǎng)度值計(jì)算出懸挑端部的撓度，具體步驟為：

步驟3.1，建立三角桁架的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，即設(shè)定上弦桿的安裝點(diǎn)為原點(diǎn)O1，下弦桿的安裝點(diǎn)為原點(diǎn)O2，上弦桿的原始長(zhǎng)度為R11，下弦桿的原始長(zhǎng)度為R21，上弦桿的拉伸壓縮后長(zhǎng)度為R12，下弦桿的拉伸壓縮后長(zhǎng)度為R22，原點(diǎn)O1與原點(diǎn)O2的橫坐標(biāo)均為0，縱向距離為l，C1是以O(shè)1為圓心R₁₂為半徑的圓，即C2是以O(shè)2為圓心R₂₂為半徑的圓，即

步驟3.2，計(jì)算懸挑端部的拉伸壓縮后坐標(biāo)，懸挑端部即為上弦桿和下弦桿呈銳角對(duì)接的端點(diǎn)位置，由兩圓交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得出端點(diǎn)位置拉伸壓縮后的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為：

式中，l_i和l_i'分別為上弦桿和下弦桿各個(gè)監(jiān)測(cè)段的長(zhǎng)度，n為上弦桿上監(jiān)測(cè)段數(shù)量，即為圖3中的S-11～S-17這7個(gè)，m為下弦桿上監(jiān)測(cè)段數(shù)量，即為圖3中的X-11～X-17這7個(gè)，ε_i為上弦桿第i段監(jiān)測(cè)的應(yīng)變值，ε_i'為下弦桿第i段監(jiān)測(cè)的應(yīng)變值；

步驟3.3，計(jì)算懸挑端部的撓度，由于懸挑端部的原始坐標(biāo)為(R₁₁,0)，則根據(jù)實(shí)時(shí)采集的應(yīng)變值計(jì)算懸挑端部的撓度為：

本發(fā)明在進(jìn)行步驟3計(jì)算時(shí)，做了兩個(gè)假設(shè)：(1)上、下弦桿節(jié)點(diǎn)之間桿件變形均勻，即每段的變形值等于應(yīng)變乘以該段的長(zhǎng)度。(2)上、下弦桿只發(fā)生了軸向拉伸或壓縮變形，無(wú)彎曲變形。如圖6所示，為通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算出的端部位移與時(shí)間變化關(guān)系圖。

為了達(dá)到模擬鋼平臺(tái)整個(gè)施工階段的響應(yīng)，步驟1中，所采用的有限元軟件為SAP2000，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，建立有限元模型，其中與柱相連的桁架節(jié)點(diǎn)采用固接，與梁相連的采用鉸接，鋼材屈服強(qiáng)度與彈性模量根據(jù)材性試驗(yàn)結(jié)果分別為365Mpa和2.05×106Mpa。

分工況建模并加載運(yùn)算，模擬出整個(gè)施工階段平臺(tái)各構(gòu)件的內(nèi)力和平臺(tái)端部位移，同時(shí)通過(guò)有限元模擬得出各階段各桿件的內(nèi)力以及懸挑端部的撓度，懸挑鋼平臺(tái)的施工過(guò)程共劃分為三個(gè)階段，分別為懸挑鋼平臺(tái)自身構(gòu)件安裝完成階段、樓層鋼結(jié)構(gòu)完成階段以及懸挑結(jié)構(gòu)澆筑完成階段，具體為：1)鋼桁架、連梁、花紋鋼板等自身構(gòu)件安裝完成并且腳手架和外架搭設(shè)完成后的荷載階段；2)樓層鋼結(jié)構(gòu)、模板和鋼筋綁扎完成后的荷載階段；3)懸挑結(jié)構(gòu)澆筑完成后的荷載階段。

通過(guò)有限元模擬得出各階段各桿件的內(nèi)力以及懸挑端部的撓度。從結(jié)果可以看出，各計(jì)算工況下平臺(tái)桿件最大應(yīng)力應(yīng)變值均小于桿件的容許值，同時(shí)整個(gè)平臺(tái)最大撓度出現(xiàn)在最大懸挑端的端部，且撓度也在允許范圍內(nèi)(l/250)，即確定了需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的那榀三角桁架。

步驟2中所采用的表面應(yīng)變計(jì)配有無(wú)線發(fā)射裝置的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，根據(jù)之前有限元計(jì)算分析的結(jié)果及后續(xù)運(yùn)算法則的需要，在構(gòu)件相應(yīng)位置布置的振弦式表面應(yīng)變計(jì)，該應(yīng)變計(jì)配有無(wú)線發(fā)射裝置，方便數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)匯總。這里所用的應(yīng)變計(jì)選用YBJ-530振弦式表面應(yīng)變計(jì)，其拉伸最大值為800με，壓縮最大值為1200με。讀數(shù)儀選用609A振弦頻率讀數(shù)儀，測(cè)頻范圍500～6000Hz，最小讀數(shù)量程為0.1Hz。讀數(shù)儀數(shù)顯值單位為Hz，根據(jù)公式με＝K(fi2-fo2)+b(Ti-T0)得到測(cè)量區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變值，式中，με為傳感器產(chǎn)生的微應(yīng)變；K為率定系數(shù)；fo為初始讀數(shù)或零讀數(shù)，單位Hz；fi為當(dāng)前讀數(shù)，單位Hz；b為傳感器的溫度修正系數(shù)；Ti為當(dāng)前溫度℃；T0為初始溫度℃；通常情況下，溫度對(duì)振弦式傳感器影響很小，故可不予修正。如圖4和5所示，分別為各個(gè)振弦式表面應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果換算后的數(shù)值與時(shí)間的變化關(guān)系。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。