大跨度空間結構施工監(jiān)測與分析.pdf

1、現(xiàn)代大跨度空間結構的發(fā)展雖然起步較晚，但由于其特殊的優(yōu)越性和挑戰(zhàn)性，在世界各國發(fā)展十分迅速。進入二十一世紀后，我國大跨度空間結構建設在數(shù)量、跨度、型式等方面都有了較大的進展。伴隨著我國基礎設施建設正進入一個新的發(fā)展高潮的同時，也對大跨度空間結構的建設水平提出了更高的要求。 大跨度空間結構施工監(jiān)測與分析是連接設計與施工的橋梁，它不僅是建設中的一個關鍵環(huán)節(jié)，而且也是建設中實施難度較大的一個環(huán)節(jié)。大跨度空間結構施工監(jiān)測與分析屬于大地測

2、量學與防災減災工程學交叉的邊緣課題，提高施工監(jiān)測與分析的技術水平將會產(chǎn)生巨大的工程價值與經(jīng)濟效益。 本文的研究對象為大跨度空間結構，主要工作是大跨度空間結構變形監(jiān)測精度指標確定和施工過程監(jiān)測監(jiān)控相關理論與核心技術的研究，包括： 1．變形監(jiān)測精度指標確定 變形監(jiān)測精度指標的合理確定是變形監(jiān)測的核心問題之一。論文系統(tǒng)地探討了變形監(jiān)測現(xiàn)行的主要指標和精度要求；首次針對大跨度空間結構范疇，對三個重要定義(允許變形值、臨界

3、變形值、安全度)進行了擴充；在總結歸納了確定變形監(jiān)測精度指標的方法基礎上，通過相關實例的研究分析與對比，獲得了大跨度空間結構變形監(jiān)測精度指標確定的方法，并提出了新的觀點，進一步完善了變形監(jiān)測精度指標確定的方法。 2．大跨度空間結構監(jiān)測技術 大跨度空間結構監(jiān)測技術研究是本文研究的核心內容之一。本文首次系統(tǒng)地探討、整合了在大跨度空間結構施工監(jiān)測監(jiān)控過程中外部變形測量、內部應力測量及索力測量相關技術和方法。在外部變形測量方面，

4、本文提出并驗證了一套利用常規(guī)地面監(jiān)測技術監(jiān)測大跨度空間結構幾何變形的實用方案及一種簡化的差分極坐標測量方法；在應力測量方面，本文提出了一種適用于大型混凝土三角剛架應力監(jiān)測的新方法，研究了混凝土的收縮徐變對應力測量的影響，并在此基礎上建立了一套由振弦式傳感器的測試數(shù)據(jù)推算混凝土結構應力的流程；在索力測量方面，本文探討了頻率法測量索力的原理及實用測量技術。 3．有限元法 有限元法在大跨度空間結構模擬分析的應用研究是本文的重要

5、理論基礎之一。詳細地探討了本文新光大橋和廣州會展中心屋蓋結構模擬分析中用到的空間桿單元、空間梁單元、板/殼單元和塊體單元四種有限單元。然后分別介紹了用這四種單元模擬的結構應具有的幾何和受力特征，以及空間桿單元、空間梁單元的位移模式和單元剛度矩陣，薄板理論和20結點六面體單元的形狀函數(shù)和單元列式。 4．廣州新光大橋施工控制的結構分析與監(jiān)測 作為理論和技術研究的工程應用實例，論文介紹了新光大橋的施工過程和重要施工工況，系統(tǒng)地

6、研究了新光大橋結構有限元模型的建立和模擬計算，并依據(jù)計算結果合理地確定了監(jiān)測斷面和監(jiān)測點，在采集儀的監(jiān)測模塊平臺上研究開發(fā)了網(wǎng)絡化、遠程化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)實時采集與實時處理，通過實測值與理論計算值兩者之間的對比分析，從而有利于科學地評判新光大橋各大節(jié)段在提升過程中的實時狀況和安全度。系統(tǒng)地研究了施工監(jiān)測監(jiān)控控制網(wǎng)的建立，拱肋線形指標的有關控制及提高測量精度的措施，從而準確地得到了拱肋線性變化的特性和規(guī)律。系統(tǒng)地研究外界溫度變

7、化對施工監(jiān)控的影響，找出了拱肋變化的線性規(guī)律和函數(shù)式，選擇出最佳合龍時機，保證了拱肋的合龍精度和線形要求；測試了大量溫度與應力對應關系的實驗數(shù)據(jù)，采用最小二乘擬合推估法，推導出溫度修正后的應變計算公式，從而提高了應力測試數(shù)據(jù)的準確性。在新光大橋的工程實踐中，最終實現(xiàn)了新光大橋的高精度合攏，線形、索力和應力均高標準滿足了設計要求，經(jīng)濟效益良好。 5．廣州會展中心屋頂張弦桁架施工監(jiān)測與分析 作為理論和技術研究的工程應用又一個

8、實例，論文系統(tǒng)地提出了適合目前我國最大跨度張弦桁架這種新型結構相關監(jiān)測的內容與方案，驗證了張弦桁架的鋼管在冷彎加工后，弦桿剛度有較大的衰退，證明了利用現(xiàn)代大地測量儀器和技術、貼電阻式應變片方式可以滿足大跨度張弦桁架監(jiān)測的精度要求，得到了大跨度張弦桁架在不同施工階段的幾何變形規(guī)律和特性。在工程實踐中，通過理論分析及與實測值的對比，找出了一種合理的施工張拉方案，保證了施工的順利進行，同時得到了結構總體剛度有衰減的特性。最終實現(xiàn)了廣州會展中心