浅谈监测-控制技术在大跨度拱形桁架结构整体累积提升施工中的应用

浅谈监测\控制技术在大跨度拱形桁架结构整体累积提升施工中的应用

摘要： 大跨度钢管桁架屋盖结构由大跨度的三角管桁架拱形结构组成，主结构选用的钢管截面相对较小，结构整体柔性较大，给提升施工的精度控制带来了巨大的难题。本文主要介绍在成都海洋馆累积提升施工中所采用的一些控制技术措施，以解决提升施工面临的难题。

关键词： 大跨度拱形结构累积提升同步性变形监测应力监测 Abstract: large span steel pipe truss roof structure consists of a large span pipe truss arch structure of the triangle, the main structure of the pipe section with relatively small, the whole structure flexibility, to improve the accuracy of construction control brings huge problems. This paper mainly introduces the marine museum in Chengdu cumulative promotion are employed in the construction of some control measures to solve, promote construction problems.

Key words: large span arch structure cumulative lifting synchronism deformation monitoring stress monitoring

2 整体累积提升施工工艺简述 成都新世纪环球中心.中央游艺区钢结构部分单元跨度为154.4m、143.3m、141.4m，主体高98米，具有跨度大、高度高、结构重量大、吊装难度大、施工场地空间小等特点，给现场的实际施工带来了巨大的困难，针对本工程的特点，浙江精工钢结构有限公司为确保本工程的顺利开展，结合以往大跨度结构的实际施工方式，提出了累积提升的施工概念。

根据整个大跨度屋盖结构的形式以及现场的作业情况，同时充分考虑履带吊的性能，在结构两侧设置对称的提升架，并将拱形的主桁架分成五段，屋盖通过两次提升形成合拢。以屋盖三为例介绍累积提升施工工艺。

（1）将结构整体分为5个施工分段，分别在地面整体安装就位，将提升设施安装就位； 图1 屋盖分区示意 （2）将中间分段整体提升，主拱第一次合拢；

图2 主拱第一次合拢示意 （3）将合拢后的分段再整体提升，主拱最终合拢完成。

图3主拱第二次合拢示意 由于结构是采用累积提升，大跨度弧形钢管桁架屋盖本身会产生较大变形，所以会产生结构在累积对接及高空合拢对接时拼装精度控制难的问题；在提升过程中整体稳定性的问题；弧形屋盖结构自身在提升过程中的强度安全问题等。这些问题的解决是大跨度弧形钢管桁架屋盖累积提升施工工艺是否可行的关键。

3 整体累积提升施工监测的意义 结构的施工是一个从局部到整体的动态过程，中间有结构形态的变化，不同施工阶段有不同的结构形态和受力状态，每个施工阶段结构的约束条件、荷载等都不同。施工方法与顺序不仅使施工阶段的结构受力变形发生变化，而且影响结构成型后的受力与变形情况，施工期间结构的受力状态与结构成型后有所不同，部分重要杆件在不同工况下发生了的变化且幅度较大，在累积提升施工过程中的每一个状态都必须有可靠的监测手段予以监测，否则结构将可能处于非常危险的不可控状态。因此为了保证施工过程结构的安全性，很有必要对结构施工过程进行应力和变形的监测。

4 整体累积提升施工技术控制措施 4.1同步性控制 大跨度管桁架结构在提升过程中由于每一轴线两侧的结构重量不一定完全相同，同时受提升架的影响，使得每一个提升点位的提升器所能释放出的提升张 力不一致，使得屋盖的各个轴线的单位形成内所上升的高度也不一致，最终形成了整个屋盖的不同步。不同步性一旦过大有可能引起提升塔架以及屋盖结构的变形。

本工程结合施工工艺及现场实际情况，采用了如下几种同步性控制措施： （1）、计算机同步控制 液压同步提升施工技术采用行程及位移传感监测和计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。操作人员可在中央控制室通过液压同步计算机控制系统人机界面进行液压提升过程及相关数据的观察和（或）控制指令的发布。

（2）激光测距仪控制 在找平的地面设置一台激光测距仪，在屋盖主桁架下弦杆的端部贴上反射片，每一个提升点位在提升之前应测量其静止状态的高度，作为原始的数据记录，当每提升到一定高度后再进行高度的测量，通过各点的数据对比，可以计算屋盖各个支撑点位的行程，也就可明显地得出各点的不同步值。

通过以上两种控制措施结合使用，施工中不同步性得到了很有效的控制，效果十分理想。

3.2结构变形控制 大跨度弧形屋盖结构在提升过程中由于提升的不同步性会造成结构各个轴线上的实际提升高度存在一定不同，而不同步数值的大小将直接影响到结构的变形，特别是由于整个屋盖结构本身柔性较大，结构的变形敏感度就大，结构一旦变形过大不仅影响到后续的主拱合拢工作，而且将关系到提升过程的安全性。

本工程结合施工工艺及现场实际情况，采用了如下几种变形监测控制措施： （1）主结构变形监测 在主拱分段上下弦管口中心及跨中中心分别安装反射片，每榀主拱桁架设置9个观测点，提升过程中实时测量数据，与理论数据进行对比，得出结构变形的相关数据，进行比对分析。

（2）提升架变形监测 由于整个大跨度弧形管桁架屋盖在提升前后的不确定性，以及在提升过程中不可避免得发生一定的变形，为了确保提升过程的顺利进行，故对提升过程中主要进行一个变形的监测，主要包括提升梁、提升器具、钢绞线的监测，提升塔架 架体顶部及立杆中部位置变形以及基础沉降监测、主结构主桁架位置监测。 ①、提升塔架监测：根据对提升过程的非线性分析，提升架最容易发生变形的点位主要在提升架的顶部以及提升架的中部位置，故对上述位置进行监测。

A、每个提升架上提升梁顶部对应提升架中立杆和内立杆中心位置焊接测量标示点（共3个点）位，在中心位置贴上反射片，且该标示点可以根据测量仪器的位置进行旋转，保证测量点始终在视线的正前方，在提升过程中使用全站仪进行全程测量，一旦发现前后测量数据相差过大及时发出预警。

图4 提升塔架监测点示意图 B、经结构的施工过程模拟分析，提升架在提升过程中除结构顶部外，提升架立杆腰部位置变形最易发生，应在提升架中部的内侧立杆位置贴上醒目的标记，在提升过程中，通过使用经纬仪进行上下扫视，观测腰部是否发生变形，变形量有多大，一旦变形过大及时汇报。

②、提升架基础在提升过程中，需要观测混凝土基础是否发生开裂，在提升架立杆1米的位置处设置沉降观测标识，通过水准仪来观测沉降变化。

（3）应力监测 由于提升架在进行提升过程中由于影响提升架体结构变形因素太多，无法准确得判断其受力情况是否符合要求，故在提升架主要受力的立杆上安装应力监测装置，通过信号采集器将各立杆上的应力应变值采集，及时传递到电脑控制器上，可以更好地与前期提升过程的模拟分析进行一个比较，也可对结构的整体稳定性做一个合理的判断。

为了监测结构的受力情况，特别是关键部位的受力变化，方便结构在施工过程进行调整，在屋盖结构的主桁架以及作为提升的重要结构的提升架上设置监测点

一次、二次提升架监测点布置主要为：一次监测选取东侧，西侧提升架6个，二次提升架监测选取东侧，西侧提升架6个，共选取24个监测点，

每个提升架选取南侧两根立柱底端为主要监测部位，每个部位设2个监测点。 通过成都新世纪环球中心·天堂岛海洋乐园中央游艺区钢结构施工中所采用的一系列提升监测、控制措施可以得出：

（1）、结构模拟计算数据和实际施工过程监测数据基本符合，符合施工过程的规律；

（2）、结构累积提升施工过程监测中，结构应变没有太大不合理的突变，结构体系稳定，结构受力合理。

（3）、结构累积提升施工过程中变形调节措施的应用，满足了结构拼装精度控制的需求，现场实际检测给结构变形调节提供了依据。

（4）、动态施工过程模拟计算和实际动态施工过程监测为同类工程的施工提供良好范例

4 结语 由于提升施工工艺和结构自身因素的影响，在提升施工过程中，结构变形、不同步性等均会存在并产生影响，这些影响如果不引起足够的重视，将可能造成重大的质量事故或者安全事故。故提升施工过程中的监测措施是非常重要且必须的。

本文通过介绍在成都新世纪环球中心·天堂岛海洋乐园中央游艺区钢结构施工中所采用的一些提升监测控制措施，总结经验，为同类型工程的施工提供参考。

参考文献 [1]中华人民共和国国家标准 GB50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范2001年

[2]上海市工程建设规范 DG/TJ08-2056-2009 重型结构（设备）整体提升技术规程 上海市建筑建材业市场管理总站 2009年

[3]中华人民共和国国家标准 GB50026-2007 工程测量规范2007年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。