大悬挑车辐式索承网格结构体系提升、张拉过程监测

大悬挑车辐式索承网格结构体系提升、张拉过程监测

方振凯温孝祥张良王巨腾

中国建筑土木建设有限公司北京市100068

【摘要】本文主要介绍东西湖体育中心建设项目中体育场大悬挑车辐式索承网格结构体系提升、张拉施工过程中过程监测方面的经验总结。通过本文的介绍，为大悬挑车辐式索承网格结构体系的施工过程监测提供一些借鉴。

【关键词】预应力钢索工程大悬挑车辐式索承网格结构体系施工过程监测

为保证预应力钢索在提升、张拉过程中的安全性、准确性、稳定性，本工程应用有限元计算理论、BIM技术作为过程监测的主要依据，采用索力监测与位移监测相结合的方法，严抓过程检测，及时纠偏，保障施工的顺利进行。

一、工程概况

东西湖体育中心建设项目，位于武汉市东西湖区，项目用地面积138341.32m2，总建筑面积144160m2。其中体育场建筑面积22292m2，整体结构呈“椭圆”形，椭圆屋盖长轴长为237.66米，短轴长为205.9米，结构顶标高为46.5米。上部结构有三大部分组成：1）赛场内区域看台罩棚，采用大开口车辐式索承网格结构；2）赛场外区域屋盖，采用张弦结构体系；3）屋盖立面采用平面桁架结构体系。钢索形式及规格：环索：6Ф110优质密封索；径向索：Ф75、Ф95高钒索。

二、本项目过程监测重、难点

1、相对于其他索结构项目，本工程的拓扑特征比较明显，且索承网格系部分整体刚度较小，随索的逐步张拉施工，结构刚度逐步增加，因此，施工过程的监测较为重要，本方案拟定施工过程中同时监控一些重要结构构件的“形”和“力”，并将现场监控数据及时提供各方，以指导索安装及张拉的施工。

2、通常预应力钢结构，是从确定的一个初始状态开始的，习惯上是根据建筑要求和经验使结构曲面具备一定的初始刚度。但是仅此而获得的结构刚度是不够的，这就必须对柔性的预应力钢索施加预应力，使结构进一步获得刚度，以便在荷载状态对各种不同的荷载条件下结构任何段钢拉杆的任一单元均满足强度要求及稳定条件。

3、本工程经计算可得，预应力钢索的张拉设计力值控制可变性因素多，故张拉施工过程中对结构“形”和“力”的控制极为重要。

三、监测布点原则

结合现场实际施工情况，为满足预应力施工过程的需要，施工监测布点时采取以下原则：

1、提升过程中以位移监测为主，索力监测为辅。

变形监测：以变形监测为主，保证结构提升步长与设计相符。

索力监测：以索力监测为辅，通过压力传感器监测提升过程中工装索的索力，来判断提升过程中的问题，

2、张拉过程中以索力监测为主，位移监测为辅，

索力监测：通过油压表监测张拉过程中钢索的索力。

变形监测：通过全站仪监测结构的位移变形。

四、监测方法

4.1索力监测

根据本工程特点，本方案拟采用三种方法进行提升和张拉过程中的索力监测，分别为压力传感器法、油表读数法和动力测试仪法。三种方法的特点和用途不一，施工过程中相互配合使用。

（1）油表读数法

油表读数法是利用油表读法直接读出张拉或提升过程中千斤顶油泵的读数，该方法的优点是成本低、读取方便，缺点是油泵读数不能实时反应索力的变化情况，只能读取张拉时刻的索力值，该方法主要用于张拉施工的索力读取。钢索结构通常使用液压千斤顶张拉，由于千斤顶张拉油缸的液压和张拉力有直接关系，所以，只要测定张拉油缸的压力就可以求得钢索索力。

（2）千斤顶配套压力传感器

本工程张拉设备上装配柱筒式压力传感器，施工时将提升及张拉的力值实时传递给数据中心，是本工程索力监测的主要方法，该方法的优点是准确、快速和传递数据方便快捷，缺点是成本较高，主要用于提升过程中的索力控制，是本工程索力监控的核心手段。

4.2位移监测

（1）全站仪法

全站仪法是通过在结构构件上预先粘贴专用反光片，然后采用全站仪读取监控点的空间坐标的方法，该方法操作方便、测量准确，本工程主要用于主要监测点的监测，如位形变化较大或可能会产生突变区域的监测。

（2）悬线法

悬线法是指在测点的正下方设置铅锤线，通过观测铅锤线的高度变化来计算测量点的高度变化方法，该方法操作方便、快捷，成本低，但是缺点是只能反应监测点的高度变化，不能直接读取监测点的坐标信息，主要用于张拉过程中高度变化显著的监测点，是张拉施工主要参考性数据，在每个环索索夹下部设置垂线，可以很直观的反映出张拉过程中的高度变化，也作为索结构验收的依据。

五、监测技术要点

1、提升是否同步：分步提升，通过力传感器和位移传感器，让每一步的力值和位移都能直观体现，最后进行汇总和处理，能直观看到不同步的点，便于迅速做出调整。

2：避免提升过程中碰撞风险：环索在提升过程中，尤其在脱胎瞬间，存在较大的位形变化，与胎架间发生碰撞的可能性较大。

3、提升步长及索力与计算值是否相符。

4、通过油压表监测张拉过程中钢索的索力及位移是否与计算值相符。

5、提升监控过程的实时性和准确性：力传感器的数据是通过集成控制系统汇总到计算机上，用计算机来施加命令让泵站按输出给油，索力基本是实时数据反应，关于位移监测部分，进场前给每个工人进行技术交底，以服从指挥为原则，选拔精英工人作为读数和汇报的人员，另外通过对讲机建立一个实时数据汇报中心，专人负责收集和汇总每步的位移数据。

6、结合本工程特点，遵从同时张拉、分级张拉、对称张拉、调控结合等原则。考虑第二批拉索张拉完成后，对第一批拉索索力的影响，对于这种情况，通过索力和变形监控，局部进行索力调整，直到每根径向拉索的索力达到设计要求状态。当张拉力值与变形监控结果不符时，张拉力值偏差在10%以内时，以控制变形为主，但超过10%时，应停止张拉查明原因再进行后续的张拉施工。

7、监查支座约束情况，考虑提升、张拉时结构状态是否与计算模型一致，以免引起安全事故；

8、如果结构变形及钢结构应力与仿真计算不符，超过20％以后，应立即停止提升，同时报请设计院，找出原因后并采取有效措施后，再重新进行预应力提升工作。

六、结束语

大悬挑车辐式索承网格结构体系提升、张拉过程施工难度大、安全风险较高，通过科学的、合理的、可行的过程监测，不仅仅控制住了安全风险，又保质保速的完成了提升、张拉工作。很大程度解决了提升、张拉过程中同步性不好，可能造成难安装难以就位、张拉难以成型的难题。其在类似工程中应用也将会越来越广泛，相信在以后的工程建设工程中,过程监测技术将越来越成熟。

【参考文献】

[1]《索结构技术规程》JGJ257-2012,中华人民共和国住房和城乡建设部,2012年

[2]《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）,中华人民共和国建设部,2013年

[3]《预应力钢结构技术规程》（CECS212-2006）,北京工业大学,2006年