大跨度空間結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測與分析.pdf

1、現(xiàn)代大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展雖然起步較晚，但由于其特殊的優(yōu)越性和挑戰(zhàn)性，在世界各國發(fā)展十分迅速。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，我國大跨度空間結(jié)構(gòu)建設(shè)在數(shù)量、跨度、型式等方面都有了較大的進(jìn)展。伴隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展高潮的同時(shí)，也對大跨度空間結(jié)構(gòu)的建設(shè)水平提出了更高的要求。 大跨度空間結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測與分析是連接設(shè)計(jì)與施工的橋梁，它不僅是建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且也是建設(shè)中實(shí)施難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。大跨度空間結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測與分析屬于大地測

2、量學(xué)與防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)交叉的邊緣課題，提高施工監(jiān)測與分析的技術(shù)水平將會(huì)產(chǎn)生巨大的工程價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。 本文的研究對象為大跨度空間結(jié)構(gòu)，主要工作是大跨度空間結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測精度指標(biāo)確定和施工過程監(jiān)測監(jiān)控相關(guān)理論與核心技術(shù)的研究，包括： 1．變形監(jiān)測精度指標(biāo)確定 變形監(jiān)測精度指標(biāo)的合理確定是變形監(jiān)測的核心問題之一。論文系統(tǒng)地探討了變形監(jiān)測現(xiàn)行的主要指標(biāo)和精度要求；首次針對大跨度空間結(jié)構(gòu)范疇，對三個(gè)重要定義(允許變形值、臨界

3、變形值、安全度)進(jìn)行了擴(kuò)充；在總結(jié)歸納了確定變形監(jiān)測精度指標(biāo)的方法基礎(chǔ)上，通過相關(guān)實(shí)例的研究分析與對比，獲得了大跨度空間結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測精度指標(biāo)確定的方法，并提出了新的觀點(diǎn)，進(jìn)一步完善了變形監(jiān)測精度指標(biāo)確定的方法。 2．大跨度空間結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù) 大跨度空間結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)研究是本文研究的核心內(nèi)容之一。本文首次系統(tǒng)地探討、整合了在大跨度空間結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測監(jiān)控過程中外部變形測量、內(nèi)部應(yīng)力測量及索力測量相關(guān)技術(shù)和方法。在外部變形測量方面，

4、本文提出并驗(yàn)證了一套利用常規(guī)地面監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測大跨度空間結(jié)構(gòu)幾何變形的實(shí)用方案及一種簡化的差分極坐標(biāo)測量方法；在應(yīng)力測量方面，本文提出了一種適用于大型混凝土三角剛架應(yīng)力監(jiān)測的新方法，研究了混凝土的收縮徐變對應(yīng)力測量的影響，并在此基礎(chǔ)上建立了一套由振弦式傳感器的測試數(shù)據(jù)推算混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力的流程；在索力測量方面，本文探討了頻率法測量索力的原理及實(shí)用測量技術(shù)。 3．有限元法 有限元法在大跨度空間結(jié)構(gòu)模擬分析的應(yīng)用研究是本文的重要

5、理論基礎(chǔ)之一。詳細(xì)地探討了本文新光大橋和廣州會(huì)展中心屋蓋結(jié)構(gòu)模擬分析中用到的空間桿單元、空間梁單元、板/殼單元和塊體單元四種有限單元。然后分別介紹了用這四種單元模擬的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的幾何和受力特征，以及空間桿單元、空間梁單元的位移模式和單元?jiǎng)偠染仃嚕“謇碚摵?0結(jié)點(diǎn)六面體單元的形狀函數(shù)和單元列式。 4．廣州新光大橋施工控制的結(jié)構(gòu)分析與監(jiān)測 作為理論和技術(shù)研究的工程應(yīng)用實(shí)例，論文介紹了新光大橋的施工過程和重要施工工況，系統(tǒng)地

6、研究了新光大橋結(jié)構(gòu)有限元模型的建立和模擬計(jì)算，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果合理地確定了監(jiān)測斷面和監(jiān)測點(diǎn)，在采集儀的監(jiān)測模塊平臺(tái)上研究開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與實(shí)時(shí)處理，通過實(shí)測值與理論計(jì)算值兩者之間的對比分析，從而有利于科學(xué)地評判新光大橋各大節(jié)段在提升過程中的實(shí)時(shí)狀況和安全度。系統(tǒng)地研究了施工監(jiān)測監(jiān)控控制網(wǎng)的建立，拱肋線形指標(biāo)的有關(guān)控制及提高測量精度的措施，從而準(zhǔn)確地得到了拱肋線性變化的特性和規(guī)律。系統(tǒng)地研究外界溫度變

7、化對施工監(jiān)控的影響，找出了拱肋變化的線性規(guī)律和函數(shù)式，選擇出最佳合龍時(shí)機(jī)，保證了拱肋的合龍精度和線形要求；測試了大量溫度與應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用最小二乘擬合推估法，推導(dǎo)出溫度修正后的應(yīng)變計(jì)算公式，從而提高了應(yīng)力測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在新光大橋的工程實(shí)踐中，最終實(shí)現(xiàn)了新光大橋的高精度合攏，線形、索力和應(yīng)力均高標(biāo)準(zhǔn)滿足了設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)效益良好。 5．廣州會(huì)展中心屋頂張弦桁架施工監(jiān)測與分析 作為理論和技術(shù)研究的工程應(yīng)用又一個(gè)

8、實(shí)例，論文系統(tǒng)地提出了適合目前我國最大跨度張弦桁架這種新型結(jié)構(gòu)相關(guān)監(jiān)測的內(nèi)容與方案，驗(yàn)證了張弦桁架的鋼管在冷彎加工后，弦桿剛度有較大的衰退，證明了利用現(xiàn)代大地測量儀器和技術(shù)、貼電阻式應(yīng)變片方式可以滿足大跨度張弦桁架監(jiān)測的精度要求，得到了大跨度張弦桁架在不同施工階段的幾何變形規(guī)律和特性。在工程實(shí)踐中，通過理論分析及與實(shí)測值的對比，找出了一種合理的施工張拉方案，保證了施工的順利進(jìn)行，同時(shí)得到了結(jié)構(gòu)總體剛度有衰減的特性。最終實(shí)現(xiàn)了廣州會(huì)展中心