一、概況

　　本項目為鋼結(jié)構(gòu)綜合展館，總建筑面積68599平方米，其中地下建筑面積31748平方米，車庫部分地下3層，典藏庫為地下1層；地上建筑面積36851平方米，共6層。展館鋼結(jié)構(gòu)主要包括地下室勁性鋼骨結(jié)構(gòu)、一至五層鋼框架結(jié)構(gòu)、六至屋面層懸挑鋼桁架結(jié)構(gòu)、月牙結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)為39.400米，鋼結(jié)構(gòu)約12650噸。施工內(nèi)容包括：鋼柱（十字柱、鋼管柱、箱型柱及異型柱）、柱間支撐、鋼梁(H型梁、箱型梁）、水平支撐、鋼桁架、月牙結(jié)構(gòu)、鋼筋桁架樓承板、預(yù)埋件等。其中鋼桁架為組合桁架，最大高度為8.800米，最大長度為128.600米，最大懸挑為58.450米，最大截面為1000*500*50*50。

　　二、監(jiān)測目的

　　本建筑結(jié)構(gòu)體系受力復(fù)雜，建造周期長，施工工況多，加上結(jié)構(gòu)本身的投資大，結(jié)構(gòu)的重要性極高。因此，對這樣一座重要性極高的建筑，非常有必要建立一個監(jiān)測系統(tǒng)，對施工過程進(jìn)行實(shí)時跟蹤監(jiān)測。其目的是為了保證施工過程的順利進(jìn)行，確保結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不至于在施工過程中出現(xiàn)過度的變形或破壞，使結(jié)構(gòu)在施工完畢后能夠達(dá)到設(shè)計要求。監(jiān)測的主要對象是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的應(yīng)力，并隨時根據(jù)對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，調(diào)整施工過程中的相關(guān)環(huán)節(jié)，具體目的如下：

　?。?）通過施工期間對結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，以保證結(jié)構(gòu)在施工期間的安全與施工質(zhì)量控制。

　?。?）依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面掌握結(jié)構(gòu)實(shí)際受力變形狀態(tài)與設(shè)計的符合情況，為結(jié)構(gòu)竣工驗收提供重要技術(shù)依據(jù)。

　　三、監(jiān)測依據(jù)

　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》GB 50205-2020；

　?。?）《建筑變形測量規(guī)范》JGJ 8-2016；

　?。?）《建筑與橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB 50982-2014；

　　（4）《結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》CECS 333：2012；

　?。?）委托方提供的設(shè)計圖紙、施工方案等技術(shù)資料。

　　四、監(jiān)測范圍和內(nèi)容

　　4.1監(jiān)測范圍

　　展館外懸挑鋼桁架，跨度約60m，且屬于超過1000KN以上整體提升施工工藝。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳《關(guān)于實(shí)施危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定有關(guān)問題的通知》（建辦質(zhì)[2018]31號）要求，此項為超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程。

　　本項目的監(jiān)測對象為展館外懸挑鋼桁架整體提升施工區(qū)域。

　　4.2監(jiān)測內(nèi)容

　　展館外桁架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

　　五、測點(diǎn)布置位置及數(shù)量

　　本次應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測主要布設(shè)在鋼桁架的關(guān)鍵位置、大跨度鋼梁的關(guān)鍵位置。

　　鋼桁架下弦桿共設(shè)置應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)30點(diǎn)。

　　六、監(jiān)測儀器設(shè)備

　　6.1應(yīng)變傳感器

　　本次應(yīng)變監(jiān)測采用BSIL-ST2振弦式應(yīng)變計。BSIL-ST2應(yīng)變計用于安裝在鋼結(jié)構(gòu)及其它建筑物表面，測量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。儀器與鋼結(jié)構(gòu)的溫度膨脹系數(shù)相同，與混凝土的溫度膨脹系數(shù)也非常接近。所以很少需要溫度修正。需要時，內(nèi)置的溫度傳感器可同時監(jiān)測安裝位置的溫度。該儀器為采用不銹鋼制造的振弦式應(yīng)變計，具有很高的精度和靈敏度、卓越的防水性能、耐腐蝕性和長期穩(wěn)定性。儀器由專用的四芯屏蔽電纜傳輸頻率和溫度電阻信號，頻率信號不受電纜長度的影響。儀器適合在惡劣的環(huán)境下長期監(jiān)測建（構(gòu)）筑物的應(yīng)變變化。

　　BSIL-ST2應(yīng)變計在鋼結(jié)構(gòu)上安裝時，采用焊接安裝塊的方式。傳感器體不能通過焊接電流，否則將造成傳感器的損壞。因此，傳感器的安裝應(yīng)在焊接工作全部完成后進(jìn)行?？衫靡粋€根據(jù)儀器尺寸制作的安裝桿定位和焊接安裝塊（安裝桿可使用外徑φ12mm的鋼筋制作或車削，要求長度不低于160mm，外表通直光滑）。安裝塊是成對提供的，其中帶有錐尖固定螺釘，焊接表面應(yīng)清理干凈，焊接時應(yīng)避免過熱，不能焊接平直端面，否則將影響儀器的拆裝。焊接完成后，使用適當(dāng)方法對安裝塊降溫并去除焊渣，并檢查調(diào)整兩端塊是否同心。拆下安裝桿，安裝儀器。如圖所示，穿入應(yīng)變桿，套上線圈并固定卡箍。將線圈卡在應(yīng)變計中部，將卡箍套在線圈上擰緊。先將應(yīng)變計有V型槽的一端用螺釘固定，調(diào)節(jié)另一端使之達(dá)到預(yù)期的初始讀數(shù)，最后用螺絲固定。通過對鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測，可以隨時換算為鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。

　　6.2智能數(shù)據(jù)采集箱

　　監(jiān)測現(xiàn)場將所有的傳感器接入智能數(shù)據(jù)采集箱，可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)的自動監(jiān)測控制，如啟動或中止監(jiān)測，設(shè)置監(jiān)測頻率，將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器等。

　　智能數(shù)據(jù)采集箱的主要參數(shù)如下：

　　◆設(shè)備工作電壓：3.2～4.2V

　　◆設(shè)備充電電壓：7V～24V

　　◆設(shè)備充電電流：1.2～1.5A

　　◆傳感器采集輸出電流：500mA

　　◆設(shè)備待機(jī)電流（DTU開啟）：80～200mA，（DTU關(guān)閉）：4～5mA

　　◆設(shè)備休眠電流：5～10uA

　　◆通道數(shù)：16、32和48通道（根據(jù)需要定制）

　　◆儲存條數(shù)：4096

　　◆存儲空間：256KB

　　◆采集時間（視不同傳感器而定）：3秒◆采集間隔：60秒

　　◆待機(jī)時間（容量為32Ah一次性電池，采集頻率一天一次）：1年

　　◆工作環(huán)境：-15～55℃，5%～95%RH(無凝露)

　　七、自動化監(jiān)測系統(tǒng)平臺

　　本項目采用先進(jìn)的自動化監(jiān)測系統(tǒng)。

　　7.1監(jiān)測系統(tǒng)的架構(gòu)

　　自動化監(jiān)測系統(tǒng)，主要由四大部分組成：

　?。?）感知系統(tǒng)：即各類傳感器，主要包括環(huán)境監(jiān)測傳感器、變形監(jiān)測傳感

　　器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、荷載監(jiān)測傳感器等。

　?。?）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：即數(shù)據(jù)采集控制單元，有一定的內(nèi)存，并能安裝控制

　　軟件，對傳感器的工作方式進(jìn)行控制，接收云端遠(yuǎn)程控制信號。不同類別的傳感

　　器一般對應(yīng)不同型號的采集控制單元。

　?。?）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：通過無線或有線等各種傳輸方式，將采集到的監(jiān)測數(shù)

　　據(jù)上傳至云端服務(wù)器。

　?。?）控制分析系統(tǒng)：在云端服務(wù)器上，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、處理和

　　分析。監(jiān)測成果可以通過網(wǎng)頁、手機(jī)APP、短信等多種方式分發(fā)至指定客戶。

　　7.2監(jiān)測平臺的主要功能

　?。?）創(chuàng)建工程項目

　　對于每一個新項目，需要在平臺創(chuàng)建工程項目，即生成項目路徑，并填入項

　　目名稱、項目地址、監(jiān)測起止時間等基本信息。平臺可實(shí)時顯示相應(yīng)信息。

　　（2）配置傳感器

　　項目創(chuàng)建完成后，根據(jù)項目的實(shí)際采用傳感器的情況，配置具體的傳感器類

　　別、編號、型號等相關(guān)參數(shù)。

　　（3）測點(diǎn)管理

　　傳感器配置完畢后，可對傳感器進(jìn)行測點(diǎn)管理，將多個傳感器歸納到對應(yīng)的

　　測點(diǎn)分組內(nèi)，方便后期管理與查找。

　　（4）查看數(shù)據(jù)

　　可以查看后臺存儲的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)。并可以將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，生成圖表、報

　　表等。

　?。?）可視化展示

　　八、監(jiān)測頻率及現(xiàn)場監(jiān)測

　　由于本項目采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線實(shí)時監(jiān)測功能。

　　本次施工過程監(jiān)測頻率如下：

　　一般階段：1次/2小時

　　提升過程：1次/15分鐘

　　九、監(jiān)測報警值

　　十、主要施工節(jié)點(diǎn)

　　十一、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

　　11.1首次提升及靜置階段監(jiān)測

　　鋼桁架GHJ-1～GHJ-8在首次提升及靜置階段應(yīng)力變化曲線。

　　2022.1.12·11：00～2022.1.12·17：00為脫離胎架階段，2022.1.12·17：

　　00～2022.1.12·21：00為首次提升階段，2022.1.12·21：00～2022.1.13·07：

　　00為懸空靜置階段。

　　由圖可見，鋼結(jié)構(gòu)脫離胎架期間，由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力重新分布，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力緩慢

　　增大。提升期間隨著液壓油缸壓力的加大，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力也逐漸增大，直至鋼結(jié)構(gòu)

　　下底面完全脫離胎架后，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力基本達(dá)到穩(wěn)定值，應(yīng)力最大點(diǎn)為Y7，最大

　　應(yīng)力值25.8MPa（報警值為80MPa）。提升前期，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力處于可控狀態(tài)，無突變情況。此外，在首次提升后的靜置階段，由圖可見各監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力基本無變化，曲線非常平穩(wěn)。本階段現(xiàn)場施工進(jìn)展順利，巡視檢查鋼結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常情況。

　　11.2連續(xù)提升階段監(jiān)測

　　由圖中可以看出，曲線變化較為平緩，鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)提升期間，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力變

　　化非常小，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。在氣溫較高的中、下午時段，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力稍大，

　　其后又恢復(fù)至之前狀態(tài)。本階段應(yīng)力最大點(diǎn)Y7，最大應(yīng)力26.8MPa（報警值為

　　80MPa）。

　　本階段鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)提升，提升工作平穩(wěn)有序，巡視檢查鋼結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常情

　　況。

　　11.3.提升完成后焊接階段監(jiān)測

　　鋼桁架GHJ-1～GHJ-8在提升完成后的焊接階段應(yīng)力變化曲線。

　　從圖中可以看出，鋼結(jié)構(gòu)提升完成后焊接期間，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)力由于受結(jié)構(gòu)應(yīng)力重新分布、溫度影響等原因，局部出現(xiàn)波動但是波動幅度較小（約為5MPa）,整體未發(fā)生突變等異常情況。截至2022年1月19日8:00，應(yīng)力最大點(diǎn)為Y2，最

　　大應(yīng)力值為25.6MPa（報警值為80 MPa）。本階段為鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)、外桁架的對接焊接，現(xiàn)場各項工作進(jìn)展正常，巡視檢查

　　鋼結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常情況，整個施工過程進(jìn)展順利。

　　十二、結(jié)語

　　本次監(jiān)測過程中，我方按照委托方的要求，根據(jù)施工進(jìn)度需要，提前安裝了監(jiān)測設(shè)備，鋼結(jié)構(gòu)提升施工過程中現(xiàn)場提供了跟蹤式監(jiān)測服務(wù)。在整個監(jiān)測過程中，監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行正常，各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)均未達(dá)到監(jiān)測報警值，監(jiān)測過程未發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，施工過程進(jìn)展順利。本次監(jiān)測工作的開展得到了本工程建設(shè)單位、監(jiān)理、施工等各方現(xiàn)場人員的大力支持和積極配合，在此致以誠摯的謝意。