136m高空悬挑钢平台有限元分析及监测技术应用
李清超，徐晓晖，陈刚，御先锋
（申建八局第三建设有限公司，江苏南京210046）
[摘要]为满足南京金融城4号楼148.95m以上悬挑结构的需要，在135.90m处安装以钢架为主要受力结构的高空悬挑钢平台作为临时操作平台.在施工中，根据工况进行有限元分析得出轴力、应力及悬挑端挠度，针对性地进行型钢平台桁架上下弦杆、腹杆的内力和平台端部位移实际监测.通过对模拟值、实测值以及“半实测半计算值”等多种数据的比较分析，验证了有限元模型，同时验证了端部位移“半实测半计算值”的合理性.
[关健调]钢桁架；监测；应变：位移控制：有限元分析
[中图分类号]TU974 [文献标识码]A
[文章编号〕1002-8498（2017)05-0137-04
TechnologyofHighSteel CantileverPlatformwith136mLength TheApplication ofFinite ElementAnalysis and Monitoring
Li Qingchao Xu Xiaohui Chen Gang Shao Xianfeng( The Thind Constraction Co. Lad. of Ching Comstruction Eighuh Engineering Dirision Nanjing Jiangi 210046 Chine)
Abstraet;High steel cantilever platform as temporary operating platform is installed in 135. 90m positionwhere steel truss is main force strueture in order to meet the requirement of cantilever structure on the topof 148. 95m high for Nanjing Financial City No. 4 building. The axial force stress and deflection a1bottom chord of section steel platform truss the intermal foree of web member and the displacement at cantilever end are achieved by finite element analysis according to condition in construetion the top-platferm end are monitored. Compared with simulation values measured values and measured-calculatedvalues finite element model is verified meanwhile the rationality of measured-calculated values of enddisplacement is verified.
Key words ;steel trusses ;monitoring; strain; displacement control; finite element analysis
得平台端部最大位移量，保证端部挠度在规定的范
0引言
随着国民经济的发展，各式各样的高层、超高围内确保施工安全.结构主要结构形式有钢结构、钢-混凝土组合结构和 预应力混凝土结构.对于后两者结构形式在其下方需要一个操作平台用以搭设脚手架、高支模、绑扎钢筋以及浇筑混凝土，同时兼顾安全防护.此平台的可靠程度直接关系其上悬挑结构施工过程的 安全，故需要实时掌握此平台的相关状态参数，做好监测分析预警工作.实践证明，通过施工前多种工况有限元的模拟分析确定平台各阶段薄弱环节，可以很好地指导施工过程中的监测工作，并结合实测上、下弦杆和腹杆应力数据及有限元分析结果求
层建筑层出不穷，高空悬挑结构已不是个例.悬挑1工程概况
南京金融城4号楼建筑分地下4层、地上46层，结构总高度199.70m.标高149.000m（结构35层）以上结构平面布置为矩形，以下呈梯形.在标高149.000m（35层）、标高165.800m（39层）、标高在-轴线间有局部区城为悬携结构，如图1 182.600m（43层）、标高199.700m（屋顶）范围内，所示.
为了满足悬挑结构的施工要求，采用悬挑锅平台作为上部悬携结构支模架的临时支撑结构，为确保施工过程中的安全，采用多榴悬挑三角钢桁架， 并在悬挑长度较大的三角桁架上设置Φ32HRB400级螺纹钢筋作为吊拉铜索，可减小三角钢析架内力
都是在高空作业完成，危险性较大.钢平台安装就位后在其上部架设12.85m的脚手架再支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土，使平台承受很大的恒荷载和活荷载，这对平台桁架应力水平和挠度控制要求较时流速会明显加大，在高空这一效应更为明显[]， 高.另外，平台处于群楼之间，气流经过两楼之间进一步加大了钢平台的危险性.故需掌控钢桁架各阶段相应位置的荷载响应，尤其是上、下弦杆应力、应变分布和桁架端部最大位移.
图1结构平面布置Fig. 1 Plan layout of the strueture
3钢平台有限元分析
且起到二道防线的作用；在2福三角钢桁架的上弦杆之间设置连系钢梁，形成承载平面，同时增加了平面内刚度，最后在其上铺设花纹钢板作为操作面，钢平台如图2所示.
3.1有限元模型
运用有限元软件SAP2000，分工况建模并加载运算，模拟出整个施工阶段平台各构件的内力和平台端部位移，根据设计图纸和现场实际，建立有限 元模型如图3所示.其中，与柱相连的桁架节点采用刚接，与梁相连的采用铰接.钢材屈服强度与弹性模量根据材性试验结果分别为365MPa和2.05 × 10°MPa.
Fig. 3Finite element model for hanging steel platform 图3吊拉型钢平台有限元模型
3.2计算工况
悬挑结构的施工分为多个阶段，恒荷载、活荷载以及施工荷载不是一次性施加到最大值，为达到模拟钢平台整个施工阶段的响应，将计算荷载分为3个工况：①钢桁架、连梁、花纹钢板等自身构件安装完成并且脚手架和外架搭设完成后的荷载：②楼 层钢结构、模板和钢筋绑扎完成后的荷载：③悬挑结构浇筑完成后的荷载.
3.3有限元计算结果
通过有限元模拟得出各阶段各杆件的内力以及悬挑端部位的挠度.从结果可以看出，各计算工 况下平台杆件最大应力、应变值均小于杆件的容许值，同时整个平台最大挠度出现在最大悬挑端的端部，且挠度也在允许范围内（L/250）.混凝土浇筑完成后钢平台各杆件轴力和平台板应力、应变分布情 况如图4所示.
图2高空吊拉型钢平台布置Fig. 2 Layout of the high altitude hanging
steel piatform
4实施安全监测
4.1仪器设备
2钢平台危险性
选用YBJ-530振弦式表面应变计，其拉伸最大值为800μe，压缩最大值为1200μe.选用609A振弦
吊拉型钢平台安装在135.9m的高度，三角钢桁架安装完成后，之间连杆和上部铺设的花纹钢板
图4最大荷载时结构响应的模拟值Fig. 4 Simulation value of structural responseat the maximum load
程为0.1Hz.读数仪数显值单位为Hx，根据公式 额率读数仪，测频范围500~6000Hz，最小读数量μe=K（f-）b（T-T）得到测量区域内的应变值，其中μe为传感器产生的微应变；K为率定系数；f.为初始读数或零读数（Hz）：f为当前读数（℃）：T为初始温度（℃）.通常情况下，温度对振 （Hz）；b为传感器的温度修正系数；T为当前温度弦式传感器影响很小，故可不予修正.
图6应力与时间变化曲线Fig. 6 The stress-time curves
升，越接近端部应力越小.在混凝土浇筑过程中明
是受压，被监测的腹杆与模拟一致均为受力较大的压杆.随着施工推进，各测点的应力水平都在提显观测到应力值有所突变，在混凝土形成强度之前，杆件受力最大，必须重点监测.
平台端部度测量采用精度较高、适用较广的莱卡DNA03水准仪测量，定时、定位对平台端部进行监测.
4.2测点布置
5数据分析
根据有限元计算结果，最大挠度出现在最大悬挑端端部，同时考虑到对传感器的保护，将振弦式表面应变计安装在钢平台荷载较大部位，即H型钢 上翼缘下表面或下翼缘上表面.另外，为了得出最大跨端部位移，在SPCHJ-1上弦杆和下弦杆各节点之间均布置传感器，其余各福根据有限元计算结果在响应最大处布置传感器，如图5所示.
整个监测过程对端部挠度的监测消耗较多人力和时间，故本文仅通过布置在上、下弦杆传感器获得的实测数据计算得到端部挠度值，即“半实测半计算值”，以此来减少人力消耗方便监测.为得到计算公式做如下假设：①上、下弦杆节点之间杆 件变形均匀，即每段的变形值等于应变乘以该段的长度；②上、下弦杆只发生了轴向拉伸或压缩变形，无弯曲变形.
别为上、下弦杆的原始长度，R，R分别为上、下 计算模型如图7所示.0，为原点，R，R分弦杆的拉伸压缩后长度，0，与0的距离为1.“C"是以O，为图心、R为半径的圆，即x²y²=R."C是以O为圆心R为半径的圆，即x²（yl）²=R².J1为两圆的交点，其坐标通过计算得：
Fig.5 Layout of the sensors 图5传感器布置
4.3实测结果及分析
在高空吊拉钢平台搭设以及上部结构施工的不同阶段，对关键构件和端部挠度展开每天至少2次的测量，浇筑混凝土时会适当加大监测频率.SPGHJ-1上弦杆测点应力发展情况如图6a所示， SPGHJ-1下弦杆及腹杆测点应力发展情况如图6b所示，DPCHJ-1和DPGHJ-2测点应力发展情况如图6e所示，钢平台最大悬挑端部竖向位移变化情况如图6d所示.
(1)
(2)
式中：R=R∑el；R=Re²（l 分别表示上、下弦杆各段的长度；e，e为与其对应的各段应变值）
从图6中可以看出，上弦杆都是受拉下弦杆都
最后得到端部的最终位移值：
表1压力实测值与模拟值比较
Table 1The parison of measured and simulated values
MPa桁架编号 编号 测点编号 实测值 工况1 模拟值 实测值 工况2 模拟值 实测值 工况3 模拟值S11 13.78 5.80 14.66 41.23 43.97 60.21 61.77S13 S15 2.11 6.09 2.55 18.56 13.21 19.98 15.07 30.15 18.61 32. 16 21.55SPGHJ-1 X13 X11 -6.82 4.13 -7.68 5.01 28.56 33. 65 35.20 30.65 36.05 63.51 67. 18 -42.20X15 10.06 -6.07 11. 20 6. 66 -11.85 -18.50 13.18 20.30 -14.07 27.76 21.16- X21 F1 -11.88 12.61 -42.80 -44.86 -83.82 34. 20 61. 76DPCHJ-2 X31 F2 20. 60 3.53 -22.02 4.00 32. 29 8.30 32.84 9. 59 -49. 98 20.59 45.85 -27.45
一思路推出的式（3）-（4）可以较好地与实际吻合. 工程实际中可避免工人前往悬挑钢平台端部立杆测量带来的危险，同时节省劳动力.
-R（3）
(4)
2）上弦杆、下弦杆、腹杆上各测点应力变化与实际工况一致，说明监测可以反映高空吊拉平台杆 件的实时受力情况.
3）实测值与模拟值基本吻合，趋势一致，说明钢平台的有限元模型合理，材料本构及支座连接方式正确.
参考文献：
[1]张建华，郭正兴，王水泉，106.05m高空悬挑混凝土构件模板支撑施工平台设计与施工[J]，施工技术，2015 44（8）：88-[2]丰艳琴，张凯华，马纯权，等，大跨度悬挑混凝土结构支撑体 91 101.系设计与施工[J].施工技术，2013 42（14）：90-93.[3]北京钢铁设计研究总院.钢结构设计规范：GB50017-2003 [S].北京：中国建筑工业出版社，2003.[4] 任华琼，沈兴东，高空大悬挑支撑架的设计与施工[J].建筑[5] 李海泳，张鹏，刘立鼎，等，高空大跨度悬挑结构施工技术 地工. 2008(4);275-276 279.[6]金格民，郭跃民，程国荣，高空大跨度悬挑结构施工技术 [J].施工技术，2015 44（11）：14-17.[J].建筑施工，2007(5）：338-339.
图7计算模型Fig.7 Calculation model
为探究有限元模型计算值与实测值的吻合度，同时为了验证根据式（3）~（4）得到的端部位移“半实测半计算值”的合理性，选取3种工况下若干点的理论值与实测值进行比较，表1表示应力实测值 与模拟值的比较结果，表2表示挠度的实测值与“半实测半计算值”的比较结果.
表2挠度实测值与计算值比较Table 2 The parison of measured and
工况1 calculated values 工况2 工况3 msD D D D D D 竖向位移 1.30 1.10 3.20 3.60 7. 10 7.70
港珠澳大桥最后一节巨型沉管安装成功
港珠澳大桥迎来重大节点，经过25h的浮运安装，海底隧道的最后一节巨型沉管E30成功安装.至此，港珠澳大桥海底隧道33节沉管全部安装完毕，已建隧道总长达5652m，距最终合龙仅差12m.
注：D表示实际测量值；D表示通过传感器获得应变值算出总变 形量再带人式（1）中算得的“半实测半计算值”
从表1中可以看出，各种工况下的2种数值均小于杆件的容许应力值，各点的实测值与模拟值吻合较好，且变化规律均与实际相符，说明该有限元 模型对工程实际具有一定的指导性，能够准确得出受力最大杆件.从表2可以看出，“半实测半计算值”与实测值吻合较好，说明式（3）～（4）合理可行.
型沉管对接安装而成，包括28节直线段沉管和5节 全长5664m的港珠澳大桥海底隧道由33节巨曲线段沉管，从东、西人工岛两端相对安装.E30沉管长171m，整体呈梯形，位于海底隧道合龙口的东侧，是保证港珠澳大桥海底隧道全线成功安装的最后一道关口，精度要求前所未有.
6结语
（摘自“中国桥梁网“2017-03-08）
1）根据杆件的轴向变形值得到端部的位移这
万方数据
