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

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟的發(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)。對于后兩者結(jié)構(gòu)形式在其下方需要一個操作平臺用以搭設(shè)腳手架、高支模、綁扎鋼筋以及澆筑混凝土，同時兼顧安全防護。此平臺的可靠程度直接關(guān)系著其上懸挑結(jié)構(gòu)施工過程的安全，故需要實時掌握此平臺的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，做好監(jiān)測分析預(yù)警工作。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：提供一種能夠?qū)Ω呖粘L懸挑鋼平臺撓度實時監(jiān)測的方法。

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

步驟1，有限元模擬分析，按施工階段對懸挑鋼平臺的施工過程進行劃分，并利用有限元模擬分析各個階段中懸挑鋼平臺的各個三角桁架懸挑端部的撓度，從而選出模擬撓度最大的重點監(jiān)測三角桁架；

步驟2，安裝監(jiān)測設(shè)備，在重點監(jiān)測三角桁架的上弦桿和下弦桿上間隔設(shè)置表面應(yīng)變計，用于測量各個監(jiān)測段的應(yīng)變值；

步驟3，懸挑端部的撓度計算，利用各個監(jiān)測段的應(yīng)變值計算出懸挑鋼平臺在當前載荷下上弦桿和下弦桿的長度值，再結(jié)合原有的長度值計算出懸挑端部的撓度。

采用有限元模擬分析能夠找出重點監(jiān)測三角桁架，有效減少數(shù)據(jù)監(jiān)測量，降低監(jiān)測成本，提高監(jiān)測效率；采用表面應(yīng)變計監(jiān)測不會對懸挑鋼平臺結(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尺，確保施工安全；采用分段監(jiān)測應(yīng)變值能夠有效提高監(jiān)測精度。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，步驟1中，懸挑鋼平臺的施工過程共劃分為三個階段，分別為懸挑鋼平臺自身構(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，為達到模擬鋼平臺整個施工階段的響應(yīng)，所以將計算荷載分為三個階段進行模擬。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，步驟2中，表面應(yīng)變計為振弦式表面應(yīng)變計，測頻范圍為500～6000Hz，最小讀數(shù)量程為0.1Hz。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，步驟3中，懸挑端部的撓度計算具體步驟為：

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

步驟3.2，計算懸挑端部的拉伸壓縮后坐標，懸挑端部即為上弦桿和下弦桿呈銳角對接的端點位置，由兩圓交點坐標計算得出端點位置拉伸壓縮后的橫坐標和縱坐標分別為：

式中，l_i和l_i'分別為上弦桿和下弦桿各個監(jiān)測段的長度，n為上弦桿上監(jiān)測段數(shù)量，m為下弦桿上監(jiān)測段數(shù)量，ε_i為上弦桿第i段監(jiān)測的應(yīng)變值，ε_i'為下弦桿第i段監(jiān)測的應(yīng)變值；

步驟3.3，計算懸挑端部的撓度，由于懸挑端部的原始坐標為(R₁₁,0)，則根據(jù)實時采集的應(yīng)變值計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監(jiān)測三角桁架，有效減少數(shù)據(jù)監(jiān)測量，降低監(jiān)測成本，提高監(jiān)測效率；(2)采用表面應(yīng)變計監(jiān)測不會對懸挑鋼平臺結(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尺，確保施工安全；(3)采用分段監(jiān)測應(yīng)變值能夠有效提高監(jiān)測精度。

附圖說明

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)學結(jié)構(gòu)模型示意圖；

圖3為本發(fā)明的重點監(jiān)測三角桁架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的上弦桿上若干監(jiān)測點應(yīng)力數(shù)值隨時間變化圖；

圖5為本發(fā)明的下弦桿上若干監(jiān)測點應(yīng)力數(shù)值隨時間變化圖；

圖6為本發(fā)明的端部豎向位移隨時間變化圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。

實施例1：

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

步驟1，有限元模擬分析，按施工階段對懸挑鋼平臺的施工過程進行劃分，并利用有限元模擬分析各個階段中懸挑鋼平臺的各個三角桁架懸挑端部的撓度，從而選出模擬撓度最大的重點監(jiān)測三角桁架；

步驟2，安裝監(jiān)測設(shè)備，在重點監(jiān)測三角桁架的上弦桿和下弦桿上間隔設(shè)置表面應(yīng)變計，用于測量各個監(jiān)測段的應(yīng)變值，如圖3所示，在上弦桿上共間隔設(shè)置有7個振弦式表面應(yīng)變計，分別為S-11～S-17，在下弦桿上共間隔設(shè)置有7個振弦式表面應(yīng)變計，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)置有一個振弦式表面應(yīng)變計，為F-1；

步驟3，懸挑端部的撓度計算，利用各個監(jiān)測段的應(yīng)變值計算出懸挑鋼平臺在當前載荷下上弦桿和下弦桿的長度值，再結(jié)合原有的長度值計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)學結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示，即設(shè)定上弦桿的安裝點為原點O1，下弦桿的安裝點為原點O2，上弦桿的原始長度為R11，下弦桿的原始長度為R21，上弦桿的拉伸壓縮后長度為R12，下弦桿的拉伸壓縮后長度為R22，原點O1與原點O2的橫坐標均為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，計算懸挑端部的拉伸壓縮后坐標，懸挑端部即為上弦桿和下弦桿呈銳角對接的端點位置，由兩圓交點坐標計算得出端點位置拉伸壓縮后的橫坐標和縱坐標分別為：

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

步驟3.3，計算懸挑端部的撓度，由于懸挑端部的原始坐標為(R₁₁,0)，則根據(jù)實時采集的應(yīng)變值計算懸挑端部的撓度為：

本發(fā)明在進行步驟3計算時，做了兩個假設(shè)：(1)上、下弦桿節(jié)點之間桿件變形均勻，即每段的變形值等于應(yīng)變乘以該段的長度。(2)上、下弦桿只發(fā)生了軸向拉伸或壓縮變形，無彎曲變形。如圖6所示，為通過監(jiān)測結(jié)果計算出的端部位移與時間變化關(guān)系圖。

為了達到模擬鋼平臺整個施工階段的響應(yīng)，步驟1中，所采用的有限元軟件為SAP2000，根據(jù)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場實際，建立有限元模型，其中與柱相連的桁架節(jié)點采用固接，與梁相連的采用鉸接，鋼材屈服強度與彈性模量根據(jù)材性試驗結(jié)果分別為365Mpa和2.05×106Mpa。

分工況建模并加載運算，模擬出整個施工階段平臺各構(gòu)件的內(nèi)力和平臺端部位移，同時通過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，懸挑鋼平臺的施工過程共劃分為三個階段，分別為懸挑鋼平臺自身構(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，各計算工況下平臺桿件最大應(yīng)力應(yīng)變值均小于桿件的容許值，同時整個平臺最大撓度出現(xiàn)在最大懸挑端的端部，且撓度也在允許范圍內(nèi)(l/250)，即確定了需要重點監(jiān)測的那榀三角桁架。

步驟2中所采用的表面應(yīng)變計配有無線發(fā)射裝置的振弦式表面應(yīng)變計，根據(jù)之前有限元計算分析的結(jié)果及后續(xù)運算法則的需要，在構(gòu)件相應(yīng)位置布置的振弦式表面應(yīng)變計，該應(yīng)變計配有無線發(fā)射裝置，方便數(shù)據(jù)采集和自動匯總。這里所用的應(yīng)變計選用YBJ-530振弦式表面應(yīng)變計，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為當前讀數(shù)，單位Hz；b為傳感器的溫度修正系數(shù)；Ti為當前溫度℃；T0為初始溫度℃；通常情況下，溫度對振弦式傳感器影響很小，故可不予修正。如圖4和5所示，分別為各個振弦式表面應(yīng)變計的監(jiān)測結(jié)果換算后的數(shù)值與時間的變化關(guān)系。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(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，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。