施工階段時變結(jié)構(gòu)性能分析與監(jiān)控

2013-09-16結(jié)構(gòu)全壽命維護第3章施工階段時變結(jié)構(gòu)性能分析與監(jiān)控一、概述二、現(xiàn)場澆筑施工過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控六、思考題施工階段時變結(jié)構(gòu)性能分析與監(jiān)控一、概述

平均風(fēng)險率時間施工階段性能穩(wěn)定階段性能劣化階段結(jié)構(gòu)不完整材料性能不成熟荷載復(fù)雜施工階段的結(jié)構(gòu)安全性施工缺陷早期損傷施工偏差使用階段安全性、耐久性降低一、概述施工工法就地澆筑法預(yù)制安裝法一、概述施工工法平衡懸臂施工法平衡懸臂澆筑施工法采用掛籃澆筑施工平衡懸臂拼裝施工法采用架橋機安裝施工主梁在懸臂施工中受力是以受負(fù)彎矩為主；懸臂施工結(jié)束時，結(jié)構(gòu)從懸臂狀態(tài)過渡到連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，存在體系轉(zhuǎn)換；節(jié)段梁間混凝土齡期差別、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，將產(chǎn)生明顯的結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布。一、概述施工工法轉(zhuǎn)體施工法一、概述施工工法頂推施工法分段預(yù)制、逐段頂推、逐段接長、連續(xù)施工一、概述施工階段結(jié)構(gòu)的時變性結(jié)構(gòu)形態(tài)時變材料性能時變邊界條件時變荷載作用時變時空耦合的多維力學(xué)問題內(nèi)力不斷重分布結(jié)構(gòu)變形時變一、概述時變結(jié)構(gòu)力學(xué)快速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)——研究由于結(jié)構(gòu)本身的急劇變化而引起的劇烈振動的力學(xué)分析和控制。慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)——研究施工力學(xué)問題，將結(jié)構(gòu)的若干最不利工作狀態(tài)凍結(jié)，在每個狀態(tài)中按時不變結(jié)構(gòu)分析。超慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)——研究結(jié)構(gòu)整個服役期間的變化及其時變可靠性問題。時變結(jié)構(gòu)分析的主要問題一、概述時變材料剛度和強度、荷載、結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)分析及其對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響時變結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布及最不利工況的確定不同時段非穩(wěn)定性應(yīng)力場的疊加效應(yīng)或繼承性不完整結(jié)構(gòu)受環(huán)境及突發(fā)、災(zāi)害性載荷的安全度分析和風(fēng)險評估一、概述時變性能的分析與監(jiān)控施工方案時變性能分析方法時變結(jié)構(gòu)時變材料性能時變荷載時變抗力時變效應(yīng)時變性能預(yù)測時變性能監(jiān)測時變性能控制第1層支模第1層澆注第2層支模第2層澆注第3層澆注第3層支模拆底層支模第4層支模第4層澆注拆2層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理第一階段重點關(guān)注底層支撐的安全性第二階段重點關(guān)注底層結(jié)構(gòu)的安全性第1層支模第1層澆注第2層支模第2層澆注第3層澆注第3層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理荷載

結(jié)構(gòu)自重+模板、支撐自重

二、三層施工活荷載四層澆筑施工活荷載模板支撐與框架協(xié)同工作模型構(gòu)件剛度——對應(yīng)齡期彈性模量拆底層支模第4層支模第4層澆注拆2層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理荷載

結(jié)構(gòu)自重+二、三層模板、支撐自重

二、三層施工活荷載四層澆筑施工活荷載(鋼筋堆放、澆筑)模板支撐與框架協(xié)同工作模型構(gòu)件剛度——對應(yīng)齡期彈性模量構(gòu)件抗力——對應(yīng)齡期強度拆底層支模第4層支模第4層澆注拆2層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理荷載

結(jié)構(gòu)自重+二、三層模板、支撐自重

二、三層施工活荷載四層支撐施工活荷載(支撐堆放、搭設(shè))模板支撐與框架協(xié)同工作模型構(gòu)件剛度——對應(yīng)齡期彈性模量構(gòu)件抗力——對應(yīng)齡期強度拆底層支模第4層支模第4層澆注拆2層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理荷載

結(jié)構(gòu)自重+二~四層模板、支撐自重

二~四層施工活荷載

五層澆筑施工活荷載(鋼筋堆放、澆筑)模板支撐與框架協(xié)同工作模型構(gòu)件剛度——對應(yīng)齡期彈性模量構(gòu)件抗力——對應(yīng)齡期強度拆底層支模第4層支模第4層澆注拆2層支模二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理荷載

結(jié)構(gòu)自重+三、四層模板、支撐自重

三、四層施工活荷載

二層拆模施工活荷載(模板、澆筑)模板支撐與框架協(xié)同工作模型構(gòu)件剛度——對應(yīng)齡期彈性模量構(gòu)件抗力——對應(yīng)齡期強度材料性能時變模型施工荷載概率模型時變結(jié)構(gòu)分析模型時變結(jié)構(gòu)性能二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析基本原理施工工藝支撐方案二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析工程實例上海某高層建筑工程質(zhì)量糾紛商廈十一層樓板開裂情況商廈十二層樓板開裂情況商廈十三層樓板開裂情況（圖中實線表示板面裂縫，虛線表示板底裂縫，陰影部分為樓板龜裂部位）二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析工程實例標(biāo)準(zhǔn)層的施工周期為5天，采用鋼管組合模板，支撐層數(shù)為三層，樓板平臺模板支撐鋼管的間距為1m，主梁模板支撐鋼管的間距為0.8m。

二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析工程實例支撐方案計算模型4d9d14d19d5d10d15d20d0d7d12d17d22d2d9d14d19d24d4d2d7d12d17d工程實例二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析1#板

8#板

計算結(jié)果工程實例二、現(xiàn)場澆筑過程建筑結(jié)構(gòu)性能分析三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析珍珠大橋，位于務(wù)川至彭水公路(貴州段)鋼筋混凝土箱型截面懸鏈線無鉸拱跨度120m、跨越垂直落差170m的洋岡河三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析立式澆筑狀態(tài)如何確定液壓爬模技術(shù)要求三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析半拱邊箱3.867m，重610t，旋轉(zhuǎn)72o立式澆筑狀態(tài)如何確定液壓爬模技術(shù)要求三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析抗傾覆驗算結(jié)構(gòu)在變化材料在變化荷載在變化

自重

施工荷載風(fēng)荷載懸臂柱模型立式澆筑狀態(tài)如何確定液壓爬模技術(shù)要求三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析抗傾覆驗算結(jié)構(gòu)在變化材料在變化荷載在變化

自重

施工荷載風(fēng)荷載強度和裂縫寬度驗算懸臂柱模型三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析兩鉸拱模型結(jié)構(gòu)自重臨時扣索拉力風(fēng)荷載牽引階段三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析兩鉸拱模型結(jié)構(gòu)自重牽引索拉力風(fēng)荷載牽引階段三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析21.45O的確定依據(jù)是什么？自重作用階段三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析拉桿拱模型自重風(fēng)荷載牽引階段三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析拉桿拱模型自重風(fēng)荷載為什么要換扣索？就位、合攏三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析拉桿拱模型自重施工荷載風(fēng)荷載模板支撐材料人員機械三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析無鉸拱模型自重施工荷載風(fēng)荷載軸力->彎矩->爬模施工階段自重作用階段拱合攏三、轉(zhuǎn)體施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析頂推過程中，梁體內(nèi)力不斷發(fā)生改變，梁段各截面在經(jīng)過支點時要承受負(fù)彎矩，在經(jīng)過跨中區(qū)段時產(chǎn)生正彎矩。導(dǎo)梁的長度、剛度、自重對施工內(nèi)力影響較大。施工階段的內(nèi)力狀態(tài)與使用階段的內(nèi)力狀態(tài)不一致；配筋必須滿足施工階段內(nèi)力包絡(luò)圖。每節(jié)施工周期7~10天，此時混凝土強度僅為28d強度的70%左右；每節(jié)齡期不同，相對剛度不同。四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析——導(dǎo)梁剛頂出支點外時施工中的最大正彎矩四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析——導(dǎo)梁接近前方支點或剛通過前方支點時，與導(dǎo)梁的剛度和重量有關(guān)。施工中的最大負(fù)彎矩四、頂推施工過程橋梁結(jié)構(gòu)性能分析頂推過程中在自重作用下的彎矩包絡(luò)圖五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控由于施工階段結(jié)構(gòu)的臨時性、時變性、特殊性和復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地實現(xiàn)施工階段結(jié)構(gòu)性能的計算分析非常困難。特別是對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如大跨度拱形結(jié)構(gòu)、大跨度拉索結(jié)構(gòu)、大跨度懸索橋、膜結(jié)構(gòu)、超高層建筑等。監(jiān)測和控制是復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工安全保障的技術(shù)措施。目的和意義結(jié)構(gòu)分析提供了施工每一階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的理論值，同時可通過監(jiān)測得到各施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測量值，從而可以跟蹤、掌握施工進程和發(fā)展，校驗結(jié)構(gòu)分析模型，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題。五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容監(jiān)測對象監(jiān)測目的監(jiān)測頻率監(jiān)測周期幾何形態(tài)監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測地基變形監(jiān)測溫度響應(yīng)監(jiān)測預(yù)應(yīng)力監(jiān)測索力監(jiān)測1.幾何形態(tài)監(jiān)測目的--獲?。ㄗR別）已形成結(jié)構(gòu)的實際幾何形態(tài)內(nèi)容--高程、跨度、結(jié)構(gòu)或纜索線形、結(jié)構(gòu)變形

或位移等儀器--測距儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、三維激光掃描、GPS等五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容2.結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力監(jiān)測作用--施工過程的安全預(yù)警系統(tǒng)，可以解決在某一時刻應(yīng)力值是否與分析值一致，是否處于安全范圍的問題監(jiān)測方法--應(yīng)力監(jiān)測是長時間連續(xù)量測過程，目前主

要采用電阻應(yīng)變儀法、鋼弦式傳感器法、光纖傳感器、智能骨料等五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容3.索力監(jiān)測方法（1）錨下壓力傳感器法：應(yīng)用應(yīng)力-應(yīng)變遠(yuǎn)離的測試方法；（2）頻率法：測試由環(huán)境激勵的索頻率，根據(jù)實測頻率推算索力。

監(jiān)測方法與內(nèi)容五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控上海楊浦大橋，斜拉橋結(jié)構(gòu)，主跨602m，1993年9月15日建成五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控ZPE型單根張拉千斤頂鋼絞線斜拉索安裝的結(jié)構(gòu)時變性五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控主塔變形量橋面變形量索的垂度斜拉索的安裝索力引起的變形StrandbystrandinstallationStrandforce1234567n最后一根鋼絞線

根據(jù)設(shè)計提供的相關(guān)的數(shù)據(jù)，如：橋面標(biāo)高、掛索的理論索力Fp理論、索重、臨時荷載等數(shù)據(jù)，計算出每根索安裝時各根鋼絞線的安裝索力。鋼絞線安裝時的張拉力KN五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容單根鋼絞線安裝后的索力Strandforce1234567n最后一根鋼絞線在所有的鋼絞線安裝完和做完拉力平均后對所有的鋼絞線索力進行均衡。如圖所示，最后得到的平均索力（紅色的線條，黑線為每根鋼絞線的安裝力）鋼絞線安裝時的張拉力KN五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控監(jiān)測方法與內(nèi)容五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控主要控制內(nèi)容結(jié)構(gòu)變形控制結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制2、采取糾偏終點控制：即在施工過程中，對產(chǎn)生主梁線形偏差的因素跟蹤控制，隨時糾偏，最終達到理想線形，這種方法常用Kalman濾波法和灰色理論等；

主要控制方法五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控1、在設(shè)計時給予主梁高程和內(nèi)力最大的寬容度，即容許誤差值，當(dāng)然對每一節(jié)的誤差也有限制。

3、應(yīng)用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制：即對施工過程中的高程和內(nèi)力的實測值與預(yù)計值進行比較，對基本參數(shù)進行識別，修正參數(shù)，實現(xiàn)控制目的。

五、施工階段時變結(jié)構(gòu)性能的監(jiān)控施工預(yù)測與監(jiān)控是一個循環(huán)工程：施工—量測—識別—修正—預(yù)