青岛世园会C馆施工监测与模拟分析.pdf
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1、李发强等 : 青岛世园会 C馆施工监测与模拟分析 青岛世 园会 C馆施工监测与模拟分析 李发强 , 周 ( 1 青岛理工大学 土木工程学院 青岛2 6 6 0 3 3; 扬 , 张纪刚 2 青 岛市建筑 T程质量监 督站 青 岛2 6 6 0 71 ) 【 摘要】 鉴于青岛 2 0 1 4 年世园会植物馆 C馆网格结构为大跨度异形结构。施工复杂、 难度大且不易控 制。利用弦式应变计和静力水准仪对该网架采用无线监测, 监测该网架的竖向位移和杆件内力。同时采用了详 细的有限元数值分析。研究结果表明, 卸载时监测结果和有限元分析结果吻合较好, 表明青岛2 0 1 4年世园会植物 馆 c馆网格结构卸载
2、成功。 【 关键词】 监测 ; 大跨度网格结构; 数值分析; M I D A S ; 卸载; 应力应变无线监测系统 【 中图分类号】 T U 2 4 2 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 7 9 0 2 近年来, 随着土木工程技术水平迅速提高, 各种空间结 构向着大型化 、 复杂化的方 向发展, 大跨度空间结构的建造 及其采用的技术已成为衡量一个国家建筑技术水平的重要 标志 J 。青岛世园会植物馆网架为异型大跨结构, 外形规 划设计为树叶形状, 是亚洲最大的钢结构植物馆之一。结 构类型为: 地上钢结构, 地下混凝土
3、结构。植物馆工程地上 分 A、 B、 c、 D四个单体结构, C馆为温带植物展区, d 王 是四个 馆中最大的馆。四个单体结构形式相同, 均采用钢结构空 间网格结构 , 主要受力构件为拱形三角管桁架, 桁架之间采 用单层网壳结构连接 , 形成一个稳定的空间受力结构。其 中C馆最大规格杆件为 4 5 2 5 mm, 最小规格杆件为 8 9 x 5 m m; 最高处标高 3 0 0 0 m,南北向跨度为 1 2 4 6 5 m, 支座 铰接。如图 1 、 图2所示。植物馆是青岛世园会的最重要的 场馆之一 , 因此为了保障结构的安全性、 适用性与耐久性, 对该场馆进行模拟和监测就显得尤为必要的。 图
4、1 网架俯视图 图2 网架侧视 图 1 无线监测系统简介 采用国防科技大学 、 湘银河公司生产的弦式应变计、 8 支静力水准仪 , 其中弦式应变计测量杆件内力, 静力水准仪 测量网架内部节点竖向变形情况 , 还包括密封机箱、 无线传 输模块、 电源控制器、 自动采集箱、 主线和分线等, 建立青岛 2 0 1 4世园会植物馆 C馆网架结构的无线健康监测系统 ( 图3 ) 。可监测杆件内力、 网架位移和网架温度分布, 为该 大型复杂的网架的正常运营提供安全保障。 2监测元件 的安装 监测杆件的布置在在 自重荷载情况下受力最大的杆 件。网架结构内部的节点竖 向变形不能采用位移计, 因为 图3 集 中
5、数据采集和无线远程监控系统 位移计在空间网架结构中无法确定固定点, 故采用岩土地 基大坝经常采用的静力水准仪来测量竖向位移。为便于安 装 , 开发了网架结构专用静力水准仪的支架及其安装方法。 静力水准仪中一般情况下注入水, 但本工程春夏季施工容 易蒸发, 为长期监测故以汽车用防冻液代替水 , 另外在防冻 液液面上添加硅油 , 进一步防止防冻液挥发, 减少液体的损 失, 保证足够的液体流动。 3 实验结果与数值分析 现场采用 G P R S无线上网自动化数据采集系统软件, 采 用无线传输模块进行卸载应力和变形监测。总传感器数 目 为 1 0个, 无线传输模块 1个。该软件可以监测杆件应变和 竖向
6、变形, 还可以测量杆件的温度。测量杆件的温度就可 以对网架结构预防火灾等起到预警的作用, 见表 1 、 表 2 。 卸载时就可对网架结构的杆件变形 、 竖向变形监测为 施工提供依据 , 保证卸载的成功。表 3为静力水准仪数据汇 低温建筑技术 2 0 1 4 年第7期( 总第 1 9 3 期) 总表。卸载中发现, 卸载后 网架结构在自重作用下 的竖向 变形和杆件应变基本保持稳定状态。例如, 4 样 测点下降了 3 5 mm, 2天之后 达到稳定 3 6 9 m m。从表 3可看出卸载后 竖向最大的变形为4 9 m m。 表 1 监测杆件编号及坐标 杆件编号 下端坐标( , y , Z ) 上端坐
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