一种保证大尺寸及悬挑砼结构支撑体系安全施工的方法与流程

本发明涉及一种结构施工安全的监测方法，尤其涉及一种保证大尺寸及悬挑砼结构支撑体系安全施工的方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，公共建筑的规模越来越大，功能越来越讲究，对建筑的美观要求也越来越高，随着各种结构设计的增加，结构施工的难度逐渐增大。当所建造的建筑结构造型新颖，使用功能复杂多样，为满足建筑使用功能和美观造型，工程结构复杂程度会增高，施工技术难度也会增大。特别是对于超高、大尺寸悬挑混凝土结构，如采用传统的设计和施工方法，就会存在结构设计复杂、施工组织难度大、施工投入大，工期长，且安全风险高等显著缺点。

技术实现要素：

本发明涉及一种保证大尺寸及悬挑砼结构支撑体系安全施工的方法，要解决传统的施工方案施工超高、大尺寸悬挑混凝土结构时，支撑体系结构设计复杂、施工组织难度大，施工投入大，工期长，且安全风险高的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案。

一种保证大尺寸及悬挑砼结构支撑体系安全施工的方法，其特征在于，包括分别对预应力梁模架、三角托架和悬挑梁板模架的应力监测，统计分析，与设计预警值比较、判断监测结构是否安全、及时采取减负荷、加固措施的安全施工方法。

优选的，保证预应力梁模架安全施工的方法包括以下步骤：

步骤一：在施工现场安装监测仪器；

步骤二：在预应力梁与垂直方向主梁相交位置布置测点，测点个数根据预应力梁的尺寸确定，测点位于梁模架支架的立杆底部，在测点位置贴应变片；

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间；

步骤四：现场混凝土分层浇筑；

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果，根据监测结果计算各检测点的应力值；

步骤六：对梁模架各检测点的应力值进行统计分析；

步骤七：对梁模架监测应力值与理论计算的应力预警值进行比较，判定梁模架是否安全；

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施。

优选的，所述的保证预应力梁模架安全施工的方法，步骤五中的监测结果包括有混凝土浇筑过程中的梁模架各监测点的最大应力值、浇筑完成后各监测点的应力值和混凝土浇筑完成稳定一小时各监测点的应力值；

优选的，所述的保证预应力梁模架安全施工的方法，

步骤六中对梁模架各检测点的应力值进行统计分析，具体如下：在混凝土浇筑完成稳定一小时，对理论受力相同的检测点应力值进行计算，去掉最大值与最小值，其余取平均值；

步骤七中所述的比较、判断具体为：若所得的平均值与理论计算预警值相差10%，并且比理论计算预警值小，说明梁模架安全。

优选的，保证三角托架安全施工的方法，包括以下步骤：

步骤一：在施工现场安装监测仪器；

步骤二：选择进行监测的三角托架，并在每榀所选的三角托架上布置测点，在测点位置贴应变片；

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间；

步骤四：现场混凝土分层浇筑；

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果，根据监测结果计算各检测点的应力值；

步骤六：对三角托架各检测点的应力值进行统计分析；

步骤七：对三角托架监测应力值与理论计算的应力预警值进行比较，判定三角托架是否安全；

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施。

优选的，所述保证三角托架安全施工的方法，步骤五中监测结果包括有在每层悬挑梁板混凝土浇筑过程中悬挑梁板标高位置处的三角托架各监测点打灰前应力值、最大应力值以及打灰后的应力值。

优选的，所述保证三角托架安全施工的方法，

步骤六中对三角托架各检测点的应力值进行统计分析，具体如下：对同一层中理论受力情况相同的三角托架分为一组，并对同一组三角托架上相对应的监测点进行统计分析比较；

步骤七中所述的比较、判断具体为：

通过计算三角托架预警值，经过比较，监测三角托架应力没有超过预警值，三角托架安全；

实测值和理论计算值相差大，说明监测点在焊缝较为集中位置，应力复杂。

优选的，保证悬挑梁板模架安全施工的方法，包括以下步骤：

步骤一：在施工现场安装监测仪器；

步骤二：根据悬挑梁板的尺寸确定要布置的测点数目，在悬挑梁板位置布置测点；测点位于悬挑梁板模架的支撑立杆底部，在测点位置安装压力传感器；

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间；

步骤四：现场混凝土分层浇筑；

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果；

步骤六：对支撑立杆各检测点的轴力值进行统计分析；

步骤七：对支撑立杆监测轴力值与理论计算的轴力预警值进行比较，判定悬挑梁模架是否安全；

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施。

优选的，所述保证悬挑梁板模架安全施工的方法，步骤五中监测结果包括有每层混凝土在浇筑过程中，各监测点的轴力。

优选的，所述保证悬挑梁板模架安全施工的方法，步骤六中对支撑立杆各检测点的轴力值进行统计分析，具体方法为：将理论受力情况相同的监测点分为一组，提取同一组中的监测点在每层混凝土浇筑完后的监测数值进行轴力分析；

步骤七中所述的比较、判断具体为：对支撑立杆监测轴力值与理论计算的轴力预警值进行比较，监测数值最大轴力值没有超过预警值，支撑立杆安全。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、本发明充分采用监测技术，包括预应力梁模架、高大悬挑板模架及三角托架的监测。在对预应力梁模架、高大悬挑板模架及三角托架的监测时精确的选取监测点及检测时间，采用合理的数据分析，这样极大的提高了监测结果的准确性，为施工的安全性带来保障。

2、本发明中的混凝土分层浇筑，分层监测，这样在施工过程中及时发现问题，并对出现的问题及时采取措施，不仅降低施工安全的风险性，而且排除了由于不及时采取措施而带来的工期延误以及成本的增加的问题。

3、本发明中的预应力梁模架、高大悬挑板模架及三角托架能够根据监测结果对承载力不足的监测位置采取加固措施，解决了传统的施工方案施工超高、大尺寸悬挑混凝土结构时采取的支撑体系结构设计复杂、施工组织难度大以及施工投入大的技术问题。

4、大尺寸悬挑结构在公共建筑的越来越普遍，而超高悬挑混凝土结构的模板施工难度大，安全风险高，本发明对悬挑结构采用三角托架支撑体系，安全经济，节约工期，具有很好的推广价值。

5、本发明的方法可用于大尺寸悬挑混凝土结构施工中，解决了传统的施工方案施工超高、大尺寸悬挑混凝土结构时，支撑体系结构设计复杂、施工组织难度大，施工投入大，工期长，且安全风险高的技术问题。

附图说明

图1梁模架支撑架上的监测点布置平面图。

图1-1为图1中a点的放大图。

图2梁模架支撑架上的监测点布置断面图。

图2-1为图2中b点的放大图。

图3三角托架监测点的平面图。

图3-1为图3中c点的放大图。

图4三角托架监测点的断面图。

图5悬挑托架监测点布置平面图。

图5-1为图5中d点的放大图。

图6悬挑托架监测点布置断面图。

图6-1为图6中e点的放大图。

具体实施方式

本实施例中，所监测的工程概况为险性较大的高大模架分部分项工程有：首层大堂大跨结构和九层十层的悬挑板结构。其中首层大堂结构施工最大实际支撑高度23.35米；九层十层的悬挑板结构，北侧悬挑板外挑3.65米，西侧悬挑板外挑3.60米。

四层型钢预应力梁模架体系为十字盘脚手架，监测仪器为TST3822静态信号测试分析系统及相应的控制分析软件；三角托架监测为TST3822静态信号测试分析系统及相应的控制分析软件；九层、十层悬挑板监测仪器为压力传感器，包含：柱式称重模块、多路数据采集系统和M400数据采集管理软件。

这种保证大尺寸悬挑混凝土结构支撑体系安全施工的方法，包括分别对预应力梁模架、三角托架和悬挑梁板模架的应力监测，统计分析，与设计预警值比较、判断监测结构是否安全、及时采取减负荷、加固措施的安全施工方法。

本实施例中，保证预应力梁模架安全施工的方法有以下步骤：

在检测之前，先明确检查测目的：

（1）监测型钢预应力梁浇筑过程中的支撑架受力情况，并与理论计算做比较，为以后高大模架的设计施工积累经验。

（2）当混凝土浇筑过程中，支撑架杆件达到设计预警值时，及时采取措施，保证支撑架安全。

步骤一：在施工现场安装监测仪器；监测仪器为TST3822静态信号测试分析系统及相应的控制分析软件。

步骤二：在预应力梁与垂直方向主梁相交位置布置测点，测点个数根据预应力梁的尺寸确定，测点位于梁模架支架的立杆底部，在测点位置贴应变片。

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间。

步骤四：现场混凝土分层浇筑。

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果，根据监测结果计算各检测点的应力值。

步骤六：对梁模架各检测点的应力值进行统计分析。

步骤七：对梁模架监测应力值与理论计算的应力预警值进行比较，判定梁模架是否安全。

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施。

本实施例中，监测位置设计在9-10/G轴型钢预应力梁处。

如图1、1-1、2、2-1所示，本实施例中，首层大堂底板标高-0.75m，顶板标高18.6m（四层顶板）和23.35m（局部五层顶板），板厚150mm。9-10轴～G轴型钢预应力梁截面900×2200mm，梁模架支设高度16.40m，步骤二中预应力梁共布置8测点，每个测点位于梁模架支架的立杆底部，在测点位置贴应变片。

本实施例中，步骤三中的各阶段监测点的数据采样时间；型钢预应力梁部分有效监测共进行1次，监测时间为第四层混凝土浇筑时。监测过程中每30秒采集一次数据。

本实施例中，钢预应力梁共分四层进行浇筑。在混凝土浇筑时，首先浇筑第一层混凝土，高度约为500mm，然后浇筑远离梁端的顶板混凝土；在梁内混凝土终凝前浇筑第二层混凝土，高度约为500mm，再次浇筑顶板混凝土；如此类推。

本实施例中，步骤五中所述的监测结果包括有混凝土浇筑过程中的梁模架各监测点的最大应力值、浇筑完成后各监测点的应力值和混凝土浇筑完成稳定一小时各监测点的应力值。

劲性梁部分第一次监测：标高18.6m

表1型钢预应力梁混凝土浇筑过程中立杆应力值

本实施例中，梁模架应力值的理论计算如下

支撑体系采用十字盘脚手架，架体自重按照实际用量统计，具体详见表2、表3所示。

梁荷载按照素混凝土统计，钢筋重量不计算在内； 考虑钢骨架上部混凝土荷载均由钢骨架承受，不向下传递，则梁荷载减去钢骨架上部混凝土荷载为传递到支撑架的荷载。

表2预应力梁受力计算

表3钢骨架上部混凝土荷载

立杆采用直径48mm，壁厚3.25mm，Q345钢管，截面积A = 457 mm²；

总荷载：70.11-29.11=41KN，则单根立杆轴向力N = 20500 N；

则σ= N /A

=20500 N/ 457 mm²

=44.86N/ mm²

本实施例中，步骤六中对梁模架各检测点的应力值进行统计分析如下表4

混凝土浇筑完成稳定一小时后取测试值。

表4受力分析

结论分析，由于现场搭设有一定偏差，所以现场监测数据相差较大，将偏差最大两点3、4点去除。点1、7、5、6平均值40.25 N/mm²，2、8平均值44 N/mm²。理论值计算值为44.86 N/mm²。监测数据的平均值与与理论计算值相差约10%，较为接近，并且比理论计算预警值小，所以可认为计算方法可行，梁模架安全；此梁截面900*2200mm，梁的高宽体积值可能会对钢梁承载力有一定的影响。

本实施例中，保证三角托架安全施工的方法，包括以下步骤：

在进行三角托架监测之前先明确监测目的

（1）监测三角托架受力，通过测试各层混凝土浇筑过程中三角托架受力状态，分析混凝土随强度提高的承载能力，确定三角托架上施工荷载值。

（2）当混凝土浇筑过程中，三角托架杆件达到设计预警值时，及时采取措施，保证支撑架安全。

结构概况：九层北侧悬挑顶板，共五层，楼板外挑3.55m。第一层悬挑板顶标高：40.1m，支撑底部标高35.8m（三角托架）。各层层高均为4.3m，梁截面尺寸500x800mm和400x650mm，板厚150mm。

步骤一：在施工现场安装监测仪器；监测仪器用TST3822静态信号测试分析系统及相应的控制分析软件。

步骤二：选择进行监测的三角托架，并在每榀所选的三角托架上布置测点，在测点位置贴应变片；如图3、3-1所示，三角托架选8-9轴～H轴以北三角托架，选择4榀三角托架进行监测，如图4所示，第6榀及第12榀布置a、b、c三个监测点，第8榀及第10榀布置a一个监测点。

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间。

步骤四：现场混凝土分层浇筑；混凝土浇筑采用先浇筑非悬挑部位顶板梁，后浇筑悬挑部位顶板梁的顺序。

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果，根据监测结果计算各检测点的应力值。

步骤六：对三角托架各检测点的应力值进行统计分析。

步骤七：对三角托架监测应力值与理论计算的应力预警值进行比较，判定三角托架是否安全。

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施例如将卸荷钢丝绳间距加密、放慢混凝土浇筑速度，增加上一层混凝土浇筑时间间隔等等。

本实施例中，步骤二所述每榀所选的三角托架上布置测点位置是通过SAP2000软件建立力学模型，计算出结构应力最大值的位置。本实施例中，三角托架部分根据现场施工情况，整个监测分5次进行（上部每层楼板混凝土浇筑时），每次时间间隔约5天，监测过程中每30秒采集一次数据的频率进行记录，采样的总时间依据混凝土的浇筑量及浇筑速度来定。

本实施例中，步骤五所述混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果包括有：

三角托架第一层标高40.1位置处的各监测点，在三角托架第一次混凝土浇筑过程中的应力值包括打灰前读数、最大值和打灰后的读数。

三角托架第二层标高44.4位置处的各监测点在三角托架第二次混凝土浇筑过程中的应力值包括打灰前读数、最大值和打灰后的读数。

三角托架第三层标高48.7位置处的各监测点在三角托架第三次混凝土浇筑过程中的应力值包括打灰前读数、最大值和打灰后的读数。

三角托架第四层标高53.0位置处的各监测点在四角托架第三次混凝土浇筑过程中的应力值包括打灰前读数、最大值和打灰后的读数。

三角托架第五层标高57.15位置处的各监测点在五角托架第三次混凝土浇筑过程中的应力值包括打灰前读数、最大值和打灰后的读数。

本实施例中，步骤六中对三角托架各检测点的应力值进行统计分析；根据三角托架布置可知，三角托架6和三角托架12理论受力情况相同，三角托架8和三角托架12理论受力情况相同。将理论受力情况相同的测点分为一组，共分为2组，将浇筑完混凝土后的对应监测点的监测数值提取并进行比较。

第一组：三角托架6、12数据分析，绘出三角托架6、12上各个应力点的应力—混凝土浇筑层数的图。

第二组：三角托架8、10数据分析，绘出三角托架8、10上各个应力点的应力—混凝土浇筑层数的图。

对三角托架进行理论计算

三角托架计算采用sap2000进行计算分析；首先，模型建立的基本假定

（1）三角托架各杆件连接均为刚接。

（2）三角托架与结构连接设置为固定铰支座。

（3）托架计算按照最不利的风荷载考虑（风由结构内部向外吹）。

按照上述所假设荷载对三角托架6、12进行一层荷载分析、两层荷载分析,得出三角托架上的各个监测点分别在一层荷载时、二层荷载时的应力值；对三角托架8、10进行一层荷载分析、两层荷载分析，得出三角托架上的各个监测点分别在一层荷载时、二层荷载时的应力值。

本实施例中，步骤7中对三角托架监测值与计算值对比分析对三角托架6、12监测值与计算值对比，以及对三角托架8、10监测值与计算值对比，计算结果与监测数据对比统计详见表5：

计算结果与监测数据对比统计详见

经对比后的得出三角托架监测结论分析：

本方法监测目的是监测三角托架是否安全，所以监测点设置在理论计算应力最大位置，通过计算可得三角托架预警值，通过计算可得三角托架预警值为：135.3N/mm²，经过监测三角托架应力没有超过预警值，三角托架安全。

实测值和理论计算值相差较大，原因在于测试点在焊缝较为集中位置，应力复杂。

如监测目的为验证受力模型和实际受力情况是否相符合，可选择应力简单位置进行监测，避开受力复杂区域。

本实施例中，保证悬挑梁板模架安全施工的方法，包括以下步骤：

在进行监测前，先明确监测目的，本实施例的监测目的为：

（1）监测三角托架上十字盘支撑架受力，通过测试各层混凝土浇筑过程中立杆受力，分析混凝土随强度提高的承载能力，确定支撑架立杆施工荷载值。

（2）当混凝土浇筑过程中，支撑架杆件达到设计预警值时，及时采取措施，保证支撑架安全。

本实施例中的结构概况：九层北侧悬挑顶板，共五层，楼板外挑3.65m。第一层悬挑板顶标高：40.1m，支撑底部标高35.8m（三角托架）。各层层高均为4.3m，梁截面尺寸500x800mm和400x650mm，板厚150mm。

步骤一：在施工现场安装监测仪器；所用的检测仪器为压力传感器，包含：柱式称重模块、多路数据采集系统和M400数据采集管理软件。

步骤二：根据悬挑梁板的尺寸确定要布置的测点数目，在悬挑梁板位置布置测点，共布置16个监测点位；如图5、5-1、6、6-1所示测点位于8-9轴～H轴以北悬挑梁板模架的支撑立杆底部，在测点位置安装压力传感器。

步骤三：设计各阶段监测点的数据采样时间。

步骤四：现场混凝土分层浇筑；混凝土浇筑采用先浇筑非悬挑部位顶板梁，后浇筑悬挑部位顶板梁的顺序。

步骤五：在浇筑同时进行现场监测，并收集混凝土浇筑过程中各阶段监测点的监测结果；

步骤六：对支撑立杆各检测点的轴力值进行统计分析。

步骤七：对支撑立杆监测轴力值与理论计算的轴力预警值进行比较，判定悬挑梁模架是否安全。

步骤八：超过应力预警值及时减荷、采取加固措施。

本实施例中，步骤二所述的所述的在悬挑梁板位置布置测点中布点位置选取的原则为选取荷载最大处的支撑作为荷载计算单元，计算时考虑承受上部两层的施工荷载取值计算，经计算单元二受力面积最大，单根立杆承受的荷载也最大。本实施例中，步骤三中所述的各阶段测点数据采样时间具体为：三角托架部分根据现场施工情况，整个监测分5次进行（上部每层楼板混凝土浇筑时），每次时间间隔约5天，监测过程中每30秒采集一次数据的频率进行记录，采样的总时间依据混凝土的浇筑量及浇筑速度来定。

本实施例中，步骤六中所述的对支撑立杆各检测点的轴力值进行统计分析如下：

1、对位于悬挑板第一层标高40.1m位置处的监测点进行分析，包括作出1-16通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线、作出17-32通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线。

2、对位于悬挑板第二层标高44.4m位置处的监测点进行分析，包括作出1-16通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线、作出17-32通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线。

3、对位于悬挑板第三层标高48.7m位置处的监测点进行分析，包括作出1-16通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线、作出17-32通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线。

4、对位于悬挑板第四层标高53.0m位置处的监测点进行分析，包括作出1-16通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线、作出17-32通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线。

5、对位于悬挑板第五层标高57.15m位置处的监测点进行分析，包括作出1-16通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线、作出17-32通道的监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线。

根据各监测点在混凝土浇筑过程轴力时程曲线得出：

在第一层混凝土的浇筑时，立杆轴力时程曲线中，随着浇筑混凝土的进行，立杆轴力上升非常明显，轴力时程曲线呈阶梯状变化。第二层至第五层混凝土浇筑时，杆件的轴力时程曲线则较为光滑。

各层悬挑板混凝土浇筑后轴力数据统计分析，根据压力传感器布置可知，测点5、7、9和11理论受力情况相同，测点6、8、10和12理论受力情况相同，测点1和13，测点3和15，测点2和14，测点4和16理论受力情况分别相同。将理论受力情况相同的测点分为一组，共分为6组，将浇筑完混凝土后的监测数值提取并进行比较。在分析时，将同一组监测点的轴力数据进行对比，得出每组的分析结果。分析结果如下：

各测点数据均显示，第一层混凝土浇筑时架体轴力最大。5天后浇筑第二层混凝土时第一层楼板已具有一定的强度，因此具有一定的承载能力，已可承担部分自身荷载及上层楼板荷载，立杆轴力没有增加，反而减小。浇筑第三层混凝土后，第一组中测点7、11及第二组中测点8和测点12立杆轴力小幅度增大；其余立杆轴力均减小。浇筑第四层混凝土后，第二组全部测点、第五组测点14、第六组的测点16立杆轴力增大；第一组、第三组、第四组全部测点及第五组测点2、第六组测点4立杆轴力均减小。浇筑第五层混凝土后，第一组和第二组全部测点轴力减小，第三组、第四组、第五组和第六组测点轴力均增大。

本实施例中，对支撑立杆各检测点的轴力值理论计算与分析，如下：

第一层悬挑板支撑体系采用十字盘脚手架，架体自重按照实际用量统计；第二层悬挑板架体采用碗扣架，架体自重按照32.8kg/m³进行计算。如果按照两层荷载统计总荷载，钢筋混凝土自重、模板自重、脚手架自重均统计两层荷载，施工人员及设备按一层荷载统计。

对监测点位5、7、9、11受力计算包括以下内容：

浇筑第一层40.1m高度顶板及梁荷载统计；

浇筑第二层44.4m高度顶板及梁荷载统计。

对监测点位6、8、10、12受力计算，对监测点位1、13受力计算，对监测点位2、14受力计算，对监测点位3、15受力计算，对监测点位4、16受力计算包括的内容同上。

计算结果与监测数据对比统计详见表6

表6计算结果与监测数据对比统计表

本实施例中，对支撑立杆监测轴力值与理论计算的轴力预警值进行比较，分析结果如下：

各测点立杆轴力的变化趋势基本一致，说明了分析过程的正确性。浇筑第一层混凝土时，第一组、第二组、第四组测区内立杆轴力和的计算值和实际监测数据较为接近；第三组测区内计算值和实际监测数据相差较大（相差34.3%），产生此种现象的主要原因在于计算中并没有充分的考虑到施工现场模板支撑体系实际的搭设误差。因此在搭设架体时应严格控制架体搭设质量，在架体初步搭设完好后，应制定较为详细的架体检验方案。

混凝土在浇筑完成后，随着其凝结硬化程度的不断加深，结构自身承载能力不断增强，可承担部分荷载。

由于支撑体系在竖向荷载作用下的变形，引起其支撑的混凝土构件产生相应变形，导致荷载向混凝土构件的转移。