一种超高空大悬挑钢平台端部挠度监测方法与流程

本发明涉及一种挠度监测方法，尤其是一种针对于超高空大悬挑钢平台端部挠度监测方法。

背景技术：

随着国民经济的发展，各式各样的高层、超高层建筑层出不穷，高空悬挑结构已不是个例。悬挑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着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。

以往有着类似悬挑的结构工程，其监测手段往往是利用水准仪或者全站仪，需要人前往钢平台端部树立标尺作为测量基准，同时楼层内也有一人树立另一标尺，将两标尺数值做差得到钢平台端部挠度。此方法受限于测量仪器的精度，同时需要人前往高空悬挑钢平台端部，具有一定的危险性，存在工程安全隐患。

技术实现要素：

发明目的：提供一种能够对高空超长悬挑钢平台挠度实时监测的方法。

技术方案：本发明所述的超高空大悬挑钢平台端部挠度监测方法，包括如下步骤：

步骤1，有限元模拟分析，按施工阶段对悬挑钢平台的施工过程进行划分，并利用有限元模拟分析各个阶段中悬挑钢平台的各个三角桁架悬挑端部的挠度，从而选出模拟挠度最大的重点监测三角桁架；

步骤2，安装监测设备，在重点监测三角桁架的上弦杆和下弦杆上间隔设置表面应变计，用于测量各个监测段的应变值；

步骤3，悬挑端部的挠度计算，利用各个监测段的应变值计算出悬挑钢平台在当前载荷下上弦杆和下弦杆的长度值，再结合原有的长度值计算出悬挑端部的挠度。

采用有限元模拟分析能够找出重点监测三角桁架，有效减少数据监测量，降低监测成本，提高监测效率；采用表面应变计监测不会对悬挑钢平台结构造成影响，也不用像常规方法那样需人工前往悬挑端部树立标尺，确保施工安全；采用分段监测应变值能够有效提高监测精度。

作为本发明的进一步限定方案，步骤1中，悬挑钢平台的施工过程共划分为三个阶段，分别为悬挑钢平台自身构件安装完成阶段、楼层钢结构完成阶段以及悬挑结构浇筑完成阶段。由于悬挑结构的施工是分为多个阶段，恒载、活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，所以将计算荷载分为三个阶段进行模拟。

作为本发明的进一步限定方案，步骤2中，表面应变计为振弦式表面应变计，测频范围为500～6000Hz，最小读数量程为0.1Hz。

作为本发明的进一步限定方案，步骤3中，悬挑端部的挠度计算具体步骤为：

步骤3.1，建立三角桁架的数学结构模型，即设定上弦杆的安装点为原点O1，下弦杆的安装点为原点O2，上弦杆的原始长度为R11，下弦杆的原始长度为R21，上弦杆的拉伸压缩后长度为R12，下弦杆的拉伸压缩后长度为R22，原点O1与原点O2的横坐标均为0，纵向距离为l；

步骤3.2，计算悬挑端部的拉伸压缩后坐标，悬挑端部即为上弦杆和下弦杆呈锐角对接的端点位置，由两圆交点坐标计算得出端点位置拉伸压缩后的横坐标和纵坐标分别为：

式中，l_i和l_i'分别为上弦杆和下弦杆各个监测段的长度，n为上弦杆上监测段数量，m为下弦杆上监测段数量，ε_i为上弦杆第i段监测的应变值，ε_i'为下弦杆第i段监测的应变值；

步骤3.3，计算悬挑端部的挠度，由于悬挑端部的原始坐标为(R₁₁,0)，则根据实时采集的应变值计算悬挑端部的挠度为：

本发明与现有技术相比，其有益效果是：(1)采用有限元模拟分析能够找出重点监测三角桁架，有效减少数据监测量，降低监测成本，提高监测效率；(2)采用表面应变计监测不会对悬挑钢平台结构造成影响，也不用像常规方法那样需人工前往悬挑端部树立标尺，确保施工安全；(3)采用分段监测应变值能够有效提高监测精度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的三角桁架的数学结构模型示意图；

图3为本发明的重点监测三角桁架结构示意图；

图4为本发明的上弦杆上若干监测点应力数值随时间变化图；

图5为本发明的下弦杆上若干监测点应力数值随时间变化图；

图6为本发明的端部竖向位移随时间变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明公开的一种超高空大悬挑钢平台端部挠度监测方法，包括如下步骤：

步骤1，有限元模拟分析，按施工阶段对悬挑钢平台的施工过程进行划分，并利用有限元模拟分析各个阶段中悬挑钢平台的各个三角桁架悬挑端部的挠度，从而选出模拟挠度最大的重点监测三角桁架；

步骤2，安装监测设备，在重点监测三角桁架的上弦杆和下弦杆上间隔设置表面应变计，用于测量各个监测段的应变值，如图3所示，在上弦杆上共间隔设置有7个振弦式表面应变计，分别为S-11～S-17，在下弦杆上共间隔设置有7个振弦式表面应变计，分别为X-11～X-17，在上弦杆和下弦杆之间的斜撑杆上还设置有一个振弦式表面应变计，为F-1；

步骤3，悬挑端部的挠度计算，利用各个监测段的应变值计算出悬挑钢平台在当前载荷下上弦杆和下弦杆的长度值，再结合原有的长度值计算出悬挑端部的挠度，具体步骤为：

步骤3.1，建立三角桁架的数学结构模型，如图2所示，即设定上弦杆的安装点为原点O1，下弦杆的安装点为原点O2，上弦杆的原始长度为R11，下弦杆的原始长度为R21，上弦杆的拉伸压缩后长度为R12，下弦杆的拉伸压缩后长度为R22，原点O1与原点O2的横坐标均为0，纵向距离为l，C1是以O1为圆心R₁₂为半径的圆，即C2是以O2为圆心R₂₂为半径的圆，即

步骤3.2，计算悬挑端部的拉伸压缩后坐标，悬挑端部即为上弦杆和下弦杆呈锐角对接的端点位置，由两圆交点坐标计算得出端点位置拉伸压缩后的横坐标和纵坐标分别为：

式中，l_i和l_i'分别为上弦杆和下弦杆各个监测段的长度，n为上弦杆上监测段数量，即为图3中的S-11～S-17这7个，m为下弦杆上监测段数量，即为图3中的X-11～X-17这7个，ε_i为上弦杆第i段监测的应变值，ε_i'为下弦杆第i段监测的应变值；

步骤3.3，计算悬挑端部的挠度，由于悬挑端部的原始坐标为(R₁₁,0)，则根据实时采集的应变值计算悬挑端部的挠度为：

本发明在进行步骤3计算时，做了两个假设：(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。如图6所示，为通过监测结果计算出的端部位移与时间变化关系图。

为了达到模拟钢平台整个施工阶段的响应，步骤1中，所采用的有限元软件为SAP2000，根据设计图纸和现场实际，建立有限元模型，其中与柱相连的桁架节点采用固接，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2.05×106Mpa。

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，同时通过有限元模拟得出各阶段各杆件的内力以及悬挑端部的挠度，悬挑钢平台的施工过程共划分为三个阶段，分别为悬挑钢平台自身构件安装完成阶段、楼层钢结构完成阶段以及悬挑结构浇筑完成阶段，具体为：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阶段；2)楼层钢结构、模板和钢筋绑扎完成后的荷载阶段；3)悬挑结构浇筑完成后的荷载阶段。

通过有限元模拟得出各阶段各杆件的内力以及悬挑端部的挠度。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)，即确定了需要重点监测的那榀三角桁架。

步骤2中所采用的表面应变计配有无线发射装置的振弦式表面应变计，根据之前有限元计算分析的结果及后续运算法则的需要，在构件相应位置布置的振弦式表面应变计，该应变计配有无线发射装置，方便数据采集和自动汇总。这里所用的应变计选用YBJ-530振弦式表面应变计，其拉伸最大值为800με，压缩最大值为1200με。读数仪选用609A振弦频率读数仪，测频范围500～6000Hz，最小读数量程为0.1Hz。读数仪数显值单位为Hz，根据公式με＝K(fi2-fo2)+b(Ti-T0)得到测量区域内的应变值，式中，με为传感器产生的微应变；K为率定系数；fo为初始读数或零读数，单位Hz；fi为当前读数，单位Hz；b为传感器的温度修正系数；Ti为当前温度℃；T0为初始温度℃；通常情况下，温度对振弦式传感器影响很小，故可不予修正。如图4和5所示，分别为各个振弦式表面应变计的监测结果换算后的数值与时间的变化关系。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。