某钢结构廊桥施工吊装过程监测
罗尧治，王小波，杨鹏程，童若飞，沈雁彬
（董江大学建筑工程学院，道辽杭州310058）
[摘要】介绍基于无线传感的监测技术在钢结构廊桥施工吊装过程中的应用.该库桥工程采用吊装提升方法、由 于结构布置形式复杂、府度和自重大、吊装位量高等特点，两侧结构以及吊装部分结构的受力和变形均发生明显变化，与结构正常设计使用状态相比存在很大差异.为此，利用基于无线传感技术的应力和加速度监测系统以及会自动测录机器人对整个施工提升过程中结构的应力、振动和变形进行了实时监测，保证了整个吊装部分结构在趣 工提升过程中的安全.
[关键词]施工吊炭：应力监测；交形监测：振动监测：无线传感技术
[中届分类号】TU393.3 [文献标识码]A [文章编号〕1002-8498（2010）02-0010-04
Monitoring on the Lifting of a Steel Structure Gallery
(Collge ef Cinil Eginering ad Archiectr Zhjiong Uniiy Hngzhe Zhrjiang 310058 Chine) Luo Yaozhi Wang Xiaobo Yang Pengcheng. Tong Ruofei Shen Yanbin
Abstract ;The authors introduce application of monitoring technique which is based on the wireless senser un p[ e jo 9u o As the structure has a plex fom large spas heavy weigh: and high position the intemal force anddeformation of the adjacent strueturea and the part to be lifted would have an obvious change which ismonitoring aystem and the auto measuring robot system were carried out during the whole lifting prooes much diffent rom that designed. Therefore s real time monitoring using wirles stress and accelestinwhich ensured the safety of the structure.
Key words; lifting; stress monitoring; deformation menitoring: vibration monitoring: wireless sensorsnetrork
1工程概况
商务核心区，其主体采用钢结构，跨度71.5m，宽 宁波南部商务区核心区水街地块廊桥位于宁市13.5m，总高38.7m，钢结构总重约1300t.如图1.2所示，①轴与②轴、轴与0轴为4根箱形柱，②轴与②轴之间的结构由两编8根立柱支律，廊桥标高18.4m 以上两侧立面上下弦为箱形梁，上下弦通过垂直立杆和斜腹杆进行连接，垂直立杆为箱形，主斜腹杆为箱形，次斜腹杆为方管.①轴与③输之间标高18.4m以 下结构构件为箱形截面：18.4m以上结构、②轴与00轴之间结构以及③轴与9轴标高18.4m以上结构为层状，结构构件为H型钢，与两侧构件通过回管进行连接.箱形截面的柱和梁为刚性连接，支撑与主要构件 间的连接均为较接，支座和下部混凝土结构采用预理件刚性连接，柱脚铰接.结构楼面花纹钢板采用Q235B，其余构件均采用Q345B结构钢.
图1廊桥效果示意Fig.1 Eftect ef the gallery
2施工安装过程
2.1施工流程
本工程施工分3个区，如图3所示.廊桥安装的技术路线：A、B区构件散件安装，C区构件在地面整体 拼装后，用安装在A、B两区顶端的4台200t的液压千
万方数据
Fig.2 The gallery structure 图2底桥结构示意
斤顶进行整体提升，高空对接.
图3地工吊装示意Fig. 3 Lifting censtruction procedure
C区构件的吊装流程：制作拼装胎架→构件进场→构件拼装→结构两端加固→品装耳板焊接→提升支 架安装一结构提升一结构就位一对接端头穿接一对接接头焊接探伤（合格）一安装结构对接处斜股杆和内部层间构件一斜腹杆和内部层间构件焊接→拆除临时 加因构件.
2.2施工关键技术与难点
械在地下室顶部施工的结构安全问题：②吊装结构在 ①施工现场下部为地下室，如何保证大型吊装机道内部进行地面拼装，运输车辆和大型品装机械如何进人河道内部的问题：③廊桥整体提升结构跨度大、 提升重量大，吊装高度最大达到38.7m，吊装难度大的问题.
顺利完成的重要环节. 园此，合理的施工吊装过程监测成为保证本工程
3施工安装过程监测
廊桥的整体提升部分结构即C区结构跨度和自重大，吊装高度高.根器计算分析可知：吊装过程中，C 区结构会产生较大变形和内力变化：提升千斤顶以A、B两区结构为支撑反力架，提升部分结构的重量将使影响吊装过程的就位和对接.因此，需要对整个吊装 A、B两区结构局部产生较大的内力变化与变形，从面过程的结构进行安全监测，以保证整体结构和现场惠
万方数据
工人员的安全以及整个吊装过程的顺利完成.施工吊装监测可对相关变量进行实时监控，坐迅速发现施工现场突发状况，并能及时做出判断，发出预警.
施工监测内容主要包括：吊装过程中关键构件与节点的受力状态、结构整体变形与振动情况、现场施工环境情况等.
3.1基于无线传感技术的应力、振动监测系统
本工程采用由项目组自主开发的基于无线传感技全.本系统可根整需要调整监测频率，在整个吊装过 术的应力与握动监测系统，监测更加方便、快提和安程中对目标对象进行持续的数据采集并无线传输，运速对数据做出判断，保证吊装过程安全.项目组自主 开发的现场无线远程监测系统结构如图4所示.
图4远程值测系统Fig.4Remote monltering system
1）应力监测方法
应力监测采用项目组自主开发的无线振弦式应力应变监测系统.操孩式传感器通过测量安装在传感器中钢弦的输出频率，根据输出频率与钢弦的应力以及 例弦与结构本身之间的变形协调关系，求得结构本身的应力.振弦式传感器可以同时测量测点附近的温度.
2）振动整测方法
振动监测采用项目组自主开发的一种低成本、低功耗的无线三轴加速皮芯片传感器.该传感器采用单极低通滤波，自动組补，测量最感度可根据需要在 （1.6~6）g内调节，既可测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态如速度（如重力加速度），可根据重力调零面无需辅助设备.其内含休眠模式，更加适 用于节能管理.
在实际监测过程中采用无线传感设备，整个监测样额率1Hz，加速度采样频率128Hz）：吊装就位后，根 从吊装前开始进行，不间断监测吊装提升过程（应力采据安装进度分时段进行监测，直至整个施工过程的完成.
3.2结构变形监测
吊装过程中，两侧反力架会产生变形，变形的大小是结构能否正常对接的关键；吊装部分结构的重量大
且不对称，品装过程中可能会产生较大浇度，甚至候斜.结构关键节点的位移监测按大地测量学原理，在 监测点上安装反射片，采用卡TPS1200全自动全站仪（测量机器人）进行三维坐标测量.测量机器人能踪、测角、测距和三维坐标测定，系统自动化程度高，测 连续或定时对多个目标测点进行自动识别、找准、跟量精度高，能全天候作业.
图6安装在结构上的无线监测装置Flg-6Wireless monitoring derices installed on the strecture
3.3测点布置
为了有效地获得现场吊装过程中结构的真实受力情况，在结构的关键构件和节点布设据弦式传感器.通过粘贴在两侧结构和中间提升部分结构上的反光片，监测吊装过程中两侧结构的垂直度和提升部分结 构的烧度.提升部分结构的振动情况由安装在其顶面横架节点上的无线三向加速度传感器获得.结构上布设应力监测点40个，变形监测点16个，振动监测点3 个，如图5所示.现场无线应力和振动测试仪器布置如图6所示.图中：CStr代表桂应力：WStr代表股杆应力：BStr代表梁应力；NSer代表节点应力；Di代表节点 位移；Aec代表三轴加速度；CStr-1（S）代表1号柱：南侧测点，依次类推：NStr-3（0）代表3号三向应力水平向测点，依次类推.
Flg.7 Member streas monitoriag results 图7构件应力监测结录
了合理的重分配，从到使正式提升过程中受力更加合理.由图7可知，在整个提升过程中，监测得到的大部分钢结构构件应力较小，不超过50MPa，少量杆件应力 达到了70MPa，均处于正常范围.提升初期，结构受力变化较大，中后期虽有少许波动，但是应力发展趋于稳定.
图5测点布置示意Fig.5Arrangement of the meesuring points
2）由于试提升的作用，正式提升起始应力比试提升前的初始应力较大，尤其是B区削接结构部分，应力恢复较少：面A区1号顿接柱脚应力基本恢复，由于测 点位置在柱脚编上一点，因此实际测到的数据中存在少许弯矩，符合实际情况，结构受力状态正常.
4监测分析
正式提升前，进行试提升，提升高度约为30cm，检查提升设备、关键构件和节点的受力情况以及结构变形情况初步满足要求后，再重新从初始位置开始提升.
3）提升部分结构顶部梁构件处于受压状态，最大应力约13MPa：底部构件处于受拉状态，最大应力约 20MPe，结构受力状态正常.
4.1应力监测分析
提升阶段应力监测结果如图7所示，经过对关键节点和构件的应力监测分析得到以下结论.
4.2变形监测分析
1）由于先进行试提升，使结构受力以及变形得到
1）提升部分
万方数据
提升部分结构绕度变形情况通过对提升部分结构顶部和底部各3个反光片的位移监测获得，监测结果如表1所示.监测所得到的顶部捷度值约为6.5mm， 底部相对提度值为7mm，均略小于理论计算值，并且小于规范的施工要求（L/1500，且应≤25mm），结构变形情况处于安全正常状态.
图9Ace-2抵动情况Fig.9The vibration ef Acc-2
表1提升部分结构提度监测结果
Table 1Tbe monitoring results of the lifting's deflectlos
应力、加速度监测系统和卡TPS1200测量机器人对 某钢结构庵桥工程施工吊装过程进行了全面监测，得出以下一些结论和经验.
Dis-10 Dis-11 De-12 m初始高程 测点 1.339 9 1.6432 1.887 2款位后高程 20. 026 3 18.686 4 20.336 0 18.692 8 20.599 4 18.712 2理论汁算相对浇度值 相对挽度 - 二 0.006 5 0.007 9 -美点 12.984 1 Dis-13 13. 662 3 Dis-]4 15.562 0 Dis-15就位后商程码 8-H 31. 697 1 18.712 7 32.354 8 18.692 5 18.686 2 34.248 2现论计算相对绕度值 相对绕度 " 0.007 0 0.006 8 -
1）该离桥工程提升部分结构在吊装过程中关键节强度，施工过程处于弹性工作状态，说明结构吊装过程 点和构件的应力在70MPa以下，均远小于材料的感服对结构受力没有较大影响，结构处于安全受力范围内.
规范要求，说明结构设计刚度足以保证结构吊装施工 2）变形监测值与理论计算值基本一致，调足施工方案的联利实施.
3）最大吊装加速度值在0.5m/以下，整个吊装说明该工程所采用吊装方案及提升速度不会对结构造 过程中未出现较大的突变情况，结构未出现较大振动，成损伤，结构处于安全控制范围内.
2）两侧提升反力架部分
图8为节点位移监测结果，由图8可知：两侧结构4.3mm左右，B区最大侧向位移稳定在6.2mm左右， 的侧向位移变化较小，A区最大测向位移稳定在说明整个提升过程较稳定，没有出现较大扳动或异常情况.A、B两区位移值都比理论计算值小（Di-1最大 侧向位移为6.2mm，Di-5最大侧向位移为9.1mm）.且均满足规范中垂直度要求（H/1000，且应≤25mm）.
加速度监测系统工作相对稳定、操作方便、能及时快捷 4）本工程采用的基于无线传感技术的报弦应力和的得到施工过程中结构的工作状态.
参考文：
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图8节点位移值测结果Fig.8Node displecement monitoring results
4.3扳动监测分析
根据安装在提升部分结构中部振动情况较大的报动加速度测点Acc-2的监测结果可知（见图9）：结构采用4~6m/h的吊装速度，吊装过程相对平缓，水平向 （x、y向）最大加速度约为±0.25m/，竖向（r向）最大加速度约为±0.4m/，在吊装过程中提升部分结构未发生较大的指动，结构吊装过程指动状态正营.
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5语
本文利用项目组自主研发的基于无线传感技术的万方数据
