袁文俊, 葉光榮, 丁 寧, 李家富, 李長江

(中國華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司,四川成都 610000)

0 引言

隨著社會的進步和發(fā)展,當(dāng)代建筑在保證使用功能的同時其結(jié)構(gòu)形式也越來越多樣化、復(fù)雜化,異性結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的外觀要求,這無疑對施工材料搭設(shè)和轉(zhuǎn)運提出了更高的設(shè)計和安全要求[1]。超長工具式型鋼懸挑卸料平臺無疑是解決該問的一種最優(yōu)解,該技術(shù)方法較為新穎投入工程的實例相對較少,對其使用的結(jié)構(gòu)狀態(tài)做出評估,保障超長工具式型鋼懸挑卸料平臺的使用安全,為后續(xù)在類似工程的實施提供可靠的數(shù)據(jù)支撐和工程經(jīng)驗。

1 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)參數(shù)信息及受力驗算

1.1 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)參數(shù)信息

超長懸挑卸料平臺,主梁采用9 m長的18#工字鋼作為主梁,其抗彎強度設(shè)計值為205 N/mm2,彈性模量E為206 000 N/mm2;2 m長的14#工字鋼作為次梁,其抗彎強度設(shè)計值為205 N/mm2,彈性模量E為206 000 N/mm2;平臺面板厚度為15 mm的沖壓鋼腳手板,拉索采用直徑為21.5 mm,型號為6×37的鋼絲繩。卸料平臺寬度為2 m,長度為6 m,與主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋U形鋼筋采用鋼絲繩連接,主梁間距為2 m,次梁間距為0.9 m,超長懸挑卸料平臺的設(shè)計規(guī)格參數(shù)如圖1、表1所示。

表1 超長型鋼懸挑卸料平臺設(shè)計參數(shù)

表2 超長懸挑卸料平臺荷載計算系數(shù)

表3 超長懸挑卸料平臺受力計算

圖1 超長懸挑卸料平臺模型

1.2 結(jié)構(gòu)受力驗算

卸料平臺的設(shè)計及受力驗算主要依據(jù)GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、GB50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB50205-2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ80-2016《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》、JGJ130-2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》和GB/T 20118-2017《鋼絲繩通用技術(shù)條件》,充分考慮規(guī)范要求及載荷結(jié)構(gòu)受力,保證施工過程安全可靠。

2 超長懸挑卸料平臺監(jiān)測系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是一個重要的領(lǐng)域,在保障結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性方面起著舉足輕重的作用。該領(lǐng)域研究的核心是對結(jié)構(gòu)的長期在線監(jiān)測,這有助于識別結(jié)構(gòu)中的潛在問題,及時采取措施來保證結(jié)構(gòu)的安全和可靠性。通過對風(fēng)力機長期的監(jiān)測來統(tǒng)計分析結(jié)構(gòu)在環(huán)境荷載作用下動力特性變化情況,了解結(jié)構(gòu)的危險運行狀態(tài),為后續(xù)相關(guān)研究奠定基礎(chǔ),進而對結(jié)構(gòu)健康評估和維護[2-4]。

2.1 傳感器布置與安裝

超長懸挑卸料平臺的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)4種類型設(shè)備(氣象站、溫度計、應(yīng)變計、激光位移計)共計12支傳感器和設(shè)備組成,建立了一套綜合全面的對超長懸挑卸料平臺結(jié)構(gòu)性能的全壽命監(jiān)控。各類型傳感器的位置如圖2所示,其中s氣象站、風(fēng)速儀安裝在卸料平臺外邊緣;拉力計安裝在鋼絲繩上;溫度傳感器與應(yīng)變計安裝在平臺邊緣。

圖2 測點布置

2.2 健康監(jiān)測系統(tǒng)模塊設(shè)計

超長懸挑式卸料平臺的SHM系統(tǒng)基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估、計算分析與軟件開發(fā)、信號傳輸與傳感器網(wǎng)絡(luò)等建立來的模塊化結(jié)構(gòu),該系共由6個子系統(tǒng)組成:用于結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)采集的傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、用于分析和管理的數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)、用于綜合處理的結(jié)構(gòu)健康評價系統(tǒng)、用于數(shù)據(jù)存儲備份和監(jiān)測預(yù)警的結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和檢查與維護系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 超長懸挑式卸料平臺SHM健康監(jiān)測系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)采集到的數(shù)字信號和模擬信號通過系統(tǒng)中的調(diào)解模塊處理,統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)。SHM系統(tǒng)中因傳感器集中程度不同,采用采集子站,采集子站與控制中心數(shù)字采集系統(tǒng)通過局域網(wǎng)實現(xiàn),同步上傳數(shù)據(jù)并存儲數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 信號傳輸系統(tǒng)框架

3 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析

3.1 超長懸挑卸料平臺使用環(huán)境監(jiān)測

表4為監(jiān)測期間溫度隨時間的關(guān)系圖,最高溫度為37.2 ℃,最低溫度為-7.4 ℃,最大溫差達到44.6 ℃,平均溫度為14.41 ℃。如表4所示監(jiān)測期間環(huán)境氣溫統(tǒng)計,其中一月份平均溫度最低為-5.47 ℃,8月份平均溫度最高,為22.09 ℃;12月至2月份平均溫度皆為負值,重點關(guān)注超長懸挑卸料平臺的鋼結(jié)構(gòu)部分可能發(fā)生的冷脆現(xiàn)像,加強對超長懸挑卸料平臺的監(jiān)測,提高人工檢測頻率,做到一天2次,保證結(jié)構(gòu)的安全性。表5為監(jiān)測期間風(fēng)速,超長懸挑卸料平臺使用期間最大的11.02 m/s,最小風(fēng)速0 m/s,其中3月、4月、10月、11月和1 2月期間的風(fēng)速相對較大,要時刻關(guān)注超長懸挑卸料平臺的使用狀態(tài),注意大風(fēng)天氣的影響,必要時可中斷、停止施工保障結(jié)構(gòu)安全。

表4 使用期間溫度監(jiān)測 單位:℃

表5 使用期間風(fēng)速監(jiān)測 單位:m/s

3.2 超長懸挑卸料平臺變形監(jiān)測

為了預(yù)防卸料平臺產(chǎn)生變形對施工過程造成危險,造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡,因此需要在結(jié)構(gòu)的變形進行監(jiān)測,以保證結(jié)構(gòu)施工過程的安全,并為施工工序的合理安排提供可靠的依據(jù),也為后續(xù)在類似工程的實施提供可靠的數(shù)為了預(yù)防卸料平臺產(chǎn)生變形對施工過程造成危險

x

依據(jù)結(jié)構(gòu)特點,對空載下超長懸挑卸料平臺的整體狀態(tài)進行監(jiān)測,對正常使用過程中空載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進行統(tǒng)計分析,在使用中如圖5所示,為卸料平臺兩側(cè)應(yīng)變傳感器測量數(shù)據(jù),最大應(yīng)力為8.32 MPa,最小應(yīng)力為-2.32 MPa;如圖6所示,卸料平臺鋼絲繩的最大應(yīng)力為28.19 MPa,最小應(yīng)力為12.33 MPa。

圖5 空載下卸料平臺受力變化情況

圖6 空載下鋼絲繩受力變化情況

依據(jù)結(jié)構(gòu)特點,正常使用過程中在荷載作用下下超長懸挑卸料平臺的整體狀態(tài)進行監(jiān)測,在使用中如圖7所示,最大應(yīng)力為19.21 MPa,最小應(yīng)力為3.56 MPa,皆小于設(shè)計所能承受荷載,結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài);如圖8所示,最大應(yīng)力為54.66 MPa,最小應(yīng)力為17.38 MPa,皆小于鋼絲繩設(shè)計時所能承受荷載,卸料平臺整個使用過程中結(jié)構(gòu)出于安全狀態(tài),且整體受力值遠遠小于設(shè)計能承受荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

圖7 卸料平臺受力變化情況

圖8 鋼絲繩受力變化情況

在樓層與卸料憑條齊平位置安裝了激光位移計,監(jiān)測卸料平臺與樓層結(jié)構(gòu)之間相對位移的變化情況,進而分析卸料平臺的安全性、穩(wěn)固性和抵抗荷載的變形能力。如圖9(a)所示,通過固定在結(jié)構(gòu)上的激光位移計到超長懸挑式卸料平臺的前端的距離變化情況,卸料平臺前段的運動距離最大值的2.36 mm,最小值為0.12 mm,最大變化幅度為2.64 mm;如圖9(b)所示,在使用過程中結(jié)構(gòu)上的激光位移計到超長懸挑式卸料平臺的尾端的距離變化,其中最大值為4.91 mm,最小值為-4.64 mm,卸料平臺尾部變化范圍9.55 mm。其二者相對距離的變化范圍均在可允許范圍內(nèi),低于設(shè)計要求,在長期的使用過程中激光位移計的測量未出現(xiàn)突變,測量數(shù)據(jù)真實、穩(wěn)定、有效。

圖9 激光位移計測距

4 小結(jié)

通過對超長懸挑卸料平臺變形監(jiān)測施工過程情況進行了長期監(jiān)測。首先依據(jù)結(jié)構(gòu)特點,為保證施工效率和施工進度設(shè)計了超長懸挑式施工卸料平臺;其次,為保證超長懸挑卸料平臺符合現(xiàn)行規(guī)范和滿足使用過程中承載力的要求,對結(jié)構(gòu)受力性能進行了驗算;最后,針對現(xiàn)行超長懸挑式施工卸料平臺的使用設(shè)計了一套健康監(jiān)測系統(tǒng),實時關(guān)注結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),監(jiān)測施工使用期間的承載能力、運營狀態(tài)、耐久能力及剩余壽命進行預(yù)測和監(jiān)測[6],建立了一套完整的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。通過綜合分析得到幾點結(jié)論:

(1)超長懸挑式卸料平臺適應(yīng)能力強,可滿足不同結(jié)構(gòu)外形的建筑結(jié)構(gòu)施工,通過對結(jié)構(gòu)的整體受力計算,完全符合且滿足規(guī)范要求。

(2)依據(jù)超長懸挑式卸料平臺的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了建立了一套結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。通過對該卸料平臺的監(jiān)測,其在大風(fēng)天氣,低溫天氣下使用狀態(tài)良好;鋼絲繩所受的最大應(yīng)力54.66 MPa、卸料平臺的最大應(yīng)力為19.21 MPa均在設(shè)計允許范圍內(nèi),超長懸挑式卸料平臺的前段最大變形為2.64 mm,尾部最大變形為9.55 mm,均符合計算和設(shè)計要求。

(3)超長懸挑式卸料平臺在施工使用過程中,監(jiān)測數(shù)據(jù)平穩(wěn),未見異?；蛲蛔?監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實有效性的反應(yīng)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),為后續(xù)超長懸挑式卸料平臺在建筑施工中的的使用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。