張國會

(天津大學仁愛學院,天津 301636)

從結(jié)構(gòu)的整個生命周期來看,平均風險概率最高的時間區(qū)段并不是在正常使用階段,而是在建造施工階段和老化階段[1]。大跨空間鋼結(jié)構(gòu)體型龐大、體系復雜,在施工中選擇相應的監(jiān)控手段對確保施工安全和提高施工質(zhì)量是十分有效的,通過監(jiān)測獲得結(jié)構(gòu)施工過程中大量有價值的數(shù)據(jù),對總結(jié)施工過程中內(nèi)力重分配和時空最大值,以及施工過程對結(jié)構(gòu)最終受力的影響都具有十分重要的意義[2，3]。本文針對某火車站臺既有雨棚改造工程,以鋼結(jié)構(gòu)的滑移法施工為研究對象,對其滑移施工段進行全過程監(jiān)控,并通過監(jiān)測獲得結(jié)構(gòu)施工過程中的應力應變等重要數(shù)據(jù),以確保工程的安全施工,保證施工質(zhì)量。

1 工程背景

某火車站原基本站臺凈寬為10.5 m,因無法滿足現(xiàn)有客流量的使用要求,基本站臺凈寬度需擴寬至17.2 m,所以需要擴大既有雨棚的跨度,對原雨棚桁架進行改造,使雨棚主桁架跨度由原來的64.6 m擴建至71.3 m[4]。該雨棚采取在桁架跨中位置對稱切割,13榀桁架整體半跨固定半跨滑移的施工方法,將桁架沿站房一側(cè)滑移6.7 m,改造后的站臺雨棚剖面如圖1所示。

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點及改造要求,該雨棚滑移的總體思路是將桁架從中部割斷,在主桁架下方搭設支撐架,同時在柱腳處布置液壓爬行器,將桁架沿站房一側(cè)滑移6.7 m。第一次滑移13榀桁架,滑移結(jié)束后,再滑移對稱的13榀桁架。桁架滑移步驟如圖2所示。為了評定其滑移過程中桁架結(jié)構(gòu)的安全性,使結(jié)構(gòu)在滑移過程中保持同步且不因應力過大產(chǎn)生過大的變形[5],滿足其后續(xù)施工和使用的要求,現(xiàn)對該桁架結(jié)構(gòu)整體滑移過程中的部分桿件應力應變進行現(xiàn)場監(jiān)測。

圖1 改造后雨棚剖面(單位：m)

圖2 桁架滑移步驟(單位：m)

2 監(jiān)測方案

2.1 測點布置

本次監(jiān)測的結(jié)構(gòu)為既有雨棚東側(cè)的13榀桁架,每級滑移行程結(jié)束后通過振弦頻率采集儀進行數(shù)據(jù)記錄,通過公式換算得到每級行程中不同測點的應變及應力水平,由此分析此滑移施工的同步性及安全性。本次應變監(jiān)測共選擇了6處測點安裝振弦式應變計,具體分布如圖3所示。

圖3 測點位置分布(軸測)

由于本次監(jiān)測目的在于判斷及評價滑移過程中各榀主桁架的同步性,因此選擇4個測點布置在側(cè)向連系三角桁架的下弦斜腹桿上(圖4a),便于監(jiān)測由于滑移不同步引起的剪力變化。同時選擇2榀主桁架上弦桿的梁柱交點布置了2個測點(圖4b),監(jiān)測由于滑移千斤頂在頂推過程中對主桁架的影響。

圖4 測點具體位置

在滑移過程中,數(shù)據(jù)的采集與滑移行程同步,每級滑移行程結(jié)束采集并記錄振弦式表面應變計的頻率值,同時初步計算桿件的應力值,避免由于過大的應力造成桿件變形或者破壞,影響后續(xù)施工和使用,保證整個滑移施工安全順利進行。

2.2 數(shù)據(jù)采集制度

滑移分為試滑移和正式滑移2個階段：0～10 cm為試滑移,10～670 cm為正式滑移。試滑移階段,分為多級小位移來調(diào)節(jié)滑移設備,檢查滑移能否正常工作。正式滑移階段,每30 cm為一級,逐級累加。根據(jù)上述滑移施工工序,監(jiān)測內(nèi)容分為4個部分,分別為滑移前、試滑移階段、正式滑移階段和滑移結(jié)束階段。

(1)滑移開始前,利用振弦頻率采集儀記錄各測點處振弦式表面應變計的初始頻率值。

(2)試滑移階段,由于每次滑移值很微小且滑移處于同步調(diào)整階段,桿件中的應力變化同樣較小,選擇性的采集頻率數(shù)據(jù)。

(3)正式滑移階段,在每級滑移結(jié)束后進行監(jiān)測,即每滑移30 cm進行一次頻率采集,測試各測點桿件的應力水平。

(4)滑移結(jié)束后,繼續(xù)監(jiān)測幾組數(shù)據(jù),保證得到的桿件應力已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

各級滑移過程中,各監(jiān)測點處桿件的應力應變,采用振弦式表面應變計測定。由于監(jiān)測點2處的應力應變值最大,以該監(jiān)測點為例測得每級滑移行程后的頻率值,根據(jù)表面應變計的參數(shù)表,通過相應公式換算得到滑移時的桿件應變及應力值,分析實驗設備采集到的數(shù)據(jù),如表1～表4所示。

表1 滑移開始前初始值

表2 正式滑移值

表3 滑移開始前初始值

表4 正式滑移值

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表可以得到桁架結(jié)構(gòu)各測點桿件應變及應力隨滑移級數(shù)的變化關(guān)系,分別如圖5、圖6所示。分析結(jié)構(gòu)在整個滑移過程中的應力水平及其變化規(guī)律,判斷滑移過程結(jié)構(gòu)整體安全性及對結(jié)構(gòu)變形的影響。

圖5 監(jiān)測點滑移-應變曲線

圖6 監(jiān)測點滑移-應力曲線

通過表1～表4、圖5和圖6分析可知：

(1)滑移施工的過程中桁架結(jié)構(gòu)的最大應變出現(xiàn)在24軸主桁架梁柱交點位置處(監(jiān)測點2),應變值為287.84 με,此時的應力值為59.30 MPa,可見主桁架上的應力水平遠小于桿件屈服應力,表明滑移施工中的外荷載對主桁架的影響較小；

(2)起連接作用的三角桁架上最大應變值為133.51 με,此時的應力值為27.50 MPa,發(fā)生在監(jiān)測點5處,可見連系三角桁架上的應力水平很低,表明滑移施工過程中的各榀主桁架的同步性很好。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場對13榀桁架整體滑移施工的監(jiān)測,以及后期對數(shù)據(jù)的分析處理,可以得出以下結(jié)論：

(1)每級滑移過程中,側(cè)向連系三角桁架應力水平較低,說明三角桁架承受的剪力較小,說明滑移施工中各榀桁架滑移同步性較好,桁架結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象；

(2)每級滑移過程中,所測兩榀主桁架的上弦桿應力水平較低,說明滑移施工中所施加的外荷載對結(jié)構(gòu)主體的影響很小；

(3)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果證明雨棚13榀桁架整體滑移施工過程安全合理,滑移后的桁架滿足正常使用要求。

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