某火车站站台雨棚钢结构整体滑移施工监测分析

张国会

(天津大学仁爱学院,天津 301636)

从结构的整个生命周期来看,平均风险概率最高的时间区段并不是在正常使用阶段,而是在建造施工阶段和老化阶段[1]。大跨空间钢结构体型庞大、体系复杂,在施工中选择相应的监控手段对确保施工安全和提高施工质量是十分有效的,通过监测获得结构施工过程中大量有价值的数据,对总结施工过程中内力重分配和时空最大值,以及施工过程对结构最终受力的影响都具有十分重要的意义[2，3]。本文针对某火车站台既有雨棚改造工程,以钢结构的滑移法施工为研究对象,对其滑移施工段进行全过程监控,并通过监测获得结构施工过程中的应力应变等重要数据,以确保工程的安全施工,保证施工质量。

1 工程背景

某火车站原基本站台净宽为10.5 m,因无法满足现有客流量的使用要求,基本站台净宽度需扩宽至17.2 m,所以需要扩大既有雨棚的跨度,对原雨棚桁架进行改造,使雨棚主桁架跨度由原来的64.6 m扩建至71.3 m[4]。该雨棚采取在桁架跨中位置对称切割,13榀桁架整体半跨固定半跨滑移的施工方法,将桁架沿站房一侧滑移6.7 m,改造后的站台雨棚剖面如图1所示。

根据本工程的结构特点及改造要求,该雨棚滑移的总体思路是将桁架从中部割断,在主桁架下方搭设支撑架,同时在柱脚处布置液压爬行器,将桁架沿站房一侧滑移6.7 m。第一次滑移13榀桁架,滑移结束后,再滑移对称的13榀桁架。桁架滑移步骤如图2所示。为了评定其滑移过程中桁架结构的安全性,使结构在滑移过程中保持同步且不因应力过大产生过大的变形[5],满足其后续施工和使用的要求,现对该桁架结构整体滑移过程中的部分杆件应力应变进行现场监测。

图1 改造后雨棚剖面(单位：m)

图2 桁架滑移步骤(单位：m)

2 监测方案

2.1 测点布置

本次监测的结构为既有雨棚东侧的13榀桁架,每级滑移行程结束后通过振弦频率采集仪进行数据记录,通过公式换算得到每级行程中不同测点的应变及应力水平,由此分析此滑移施工的同步性及安全性。本次应变监测共选择了6处测点安装振弦式应变计,具体分布如图3所示。

图3 测点位置分布(轴测)

由于本次监测目的在于判断及评价滑移过程中各榀主桁架的同步性,因此选择4个测点布置在侧向连系三角桁架的下弦斜腹杆上(图4a),便于监测由于滑移不同步引起的剪力变化。同时选择2榀主桁架上弦杆的梁柱交点布置了2个测点(图4b),监测由于滑移千斤顶在顶推过程中对主桁架的影响。

图4 测点具体位置

在滑移过程中,数据的采集与滑移行程同步,每级滑移行程结束采集并记录振弦式表面应变计的频率值,同时初步计算杆件的应力值,避免由于过大的应力造成杆件变形或者破坏,影响后续施工和使用,保证整个滑移施工安全顺利进行。

2.2 数据采集制度

滑移分为试滑移和正式滑移2个阶段：0～10 cm为试滑移,10～670 cm为正式滑移。试滑移阶段,分为多级小位移来调节滑移设备,检查滑移能否正常工作。正式滑移阶段,每30 cm为一级,逐级累加。根据上述滑移施工工序,监测内容分为4个部分,分别为滑移前、试滑移阶段、正式滑移阶段和滑移结束阶段。

(1)滑移开始前,利用振弦频率采集仪记录各测点处振弦式表面应变计的初始频率值。

(2)试滑移阶段,由于每次滑移值很微小且滑移处于同步调整阶段,杆件中的应力变化同样较小,选择性的采集频率数据。

(3)正式滑移阶段,在每级滑移结束后进行监测,即每滑移30 cm进行一次频率采集,测试各测点杆件的应力水平。

(4)滑移结束后,继续监测几组数据,保证得到的杆件应力已经处于稳定状态。

3 监测数据及结果分析

各级滑移过程中,各监测点处杆件的应力应变,采用振弦式表面应变计测定。由于监测点2处的应力应变值最大,以该监测点为例测得每级滑移行程后的频率值,根据表面应变计的参数表,通过相应公式换算得到滑移时的杆件应变及应力值,分析实验设备采集到的数据,如表1～表4所示。

表1 滑移开始前初始值

表2 正式滑移值

表3 滑移开始前初始值

表4 正式滑移值

通过监测数据表可以得到桁架结构各测点杆件应变及应力随滑移级数的变化关系,分别如图5、图6所示。分析结构在整个滑移过程中的应力水平及其变化规律,判断滑移过程结构整体安全性及对结构变形的影响。

图5 监测点滑移-应变曲线

图6 监测点滑移-应力曲线

通过表1～表4、图5和图6分析可知：

(1)滑移施工的过程中桁架结构的最大应变出现在24轴主桁架梁柱交点位置处(监测点2),应变值为287.84 με,此时的应力值为59.30 MPa,可见主桁架上的应力水平远小于杆件屈服应力,表明滑移施工中的外荷载对主桁架的影响较小；

(2)起连接作用的三角桁架上最大应变值为133.51 με,此时的应力值为27.50 MPa,发生在监测点5处,可见连系三角桁架上的应力水平很低,表明滑移施工过程中的各榀主桁架的同步性很好。

4 结论

通过现场对13榀桁架整体滑移施工的监测,以及后期对数据的分析处理,可以得出以下结论：

(1)每级滑移过程中,侧向连系三角桁架应力水平较低,说明三角桁架承受的剪力较小,说明滑移施工中各榀桁架滑移同步性较好,桁架结构未出现任何异常现象；

(2)每级滑移过程中,所测两榀主桁架的上弦杆应力水平较低,说明滑移施工中所施加的外荷载对结构主体的影响很小；

(3)现场监测结果证明雨棚13榀桁架整体滑移施工过程安全合理,滑移后的桁架满足正常使用要求。

[1] 刘西拉.结构工程学科的现状和展望[M].北京：人民交通出版社,1997.

[2] 孙旭光,翁来峰.基于光纤光栅传感技术的网壳滑移法施工监测[J].工程施工技术,2010(11)：105-108．

[3] 曹志远.土木工程分析的施工力学方法[J].工程力学,1996(S)．

[4] 孙旭光.网壳结构滑移施工全过程分析及监测[D].杭州：浙江大学,2005．

[5] 赵仁孝,宋根由.空间网架结构施工可靠性分析及其监控技术[J].工程力学,1996(S)．

[6] 武雷.大跨钢屋盖施工安装方法研究[D].南京：东南大学,2001．

[7] 李智.佳铁鞍形网壳结构施工可靠性及监控技术[D].哈尔滨：哈尔滨建筑大学,1999．

[8] 刘伟亮. 跨度钢桁架结构的滑移法施工[D].重庆：重庆大学,2001．

[9] 高凌,吴伟杰,毕庆槐,黄利顺. 多轨道不等高程同步滑移技术在北戴河火车站中的应用[J].施工技术,2011(8)：26-29．

[10] 王毅,遇瑞,罗永峰.某厂房钢屋盖整体滑移施工分析[J].结构工程师,2008(10)：141-144．