蔣 小 青

(廣東廣基工程有限公司，廣東 廉江 524400)

基于仿真計算的變形及應(yīng)力監(jiān)測

蔣 小 青

(廣東廣基工程有限公司，廣東 廉江 524400)

通過有限元程序Midas/Gen 6.9.1仿真計算施工方案及程序組織施工，并將仿真結(jié)果與現(xiàn)場實際變形及應(yīng)力、裂縫監(jiān)測進(jìn)行對比，利用監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保了結(jié)構(gòu)的順利合龍。

仿真計算，變形，應(yīng)力，裂縫監(jiān)測，合龍

1 工程簡介

1.1 工程概況

廣東某大型圖書館為型鋼混凝土框架連體結(jié)構(gòu)，屬于特別復(fù)雜的高層建筑?？偨ㄖ娣e98 977 m2，建筑高度為50.0 m，地上10層(局部8層、9層)，設(shè)有地下室2層(其中地下1層設(shè)1層夾層)。該建筑主要特點為結(jié)構(gòu)整體傾斜，整體造型獨特，地上部分分為南、北區(qū)，各區(qū)平面呈半月形。南區(qū)墻柱向北傾斜，北區(qū)北面墻柱向北傾斜，北區(qū)南邊墻柱向南傾斜，局部和南區(qū)在頂層合龍。其中南塔框架呈7°～18°傾斜，北塔呈9°～11°傾斜。南北樓在(8層，9層，10層局部)位置設(shè)置連接鋼梁，其規(guī)格為□700×500×30×30和H950×500×40×40兩種。連接鋼梁通過36個萬向鉸與南北樓對稱的型鋼柱連接，將南北樓連接成一個共同作用的結(jié)構(gòu)體系。

為了確保結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定，根據(jù)設(shè)計單位及仿真分析單位對該建筑進(jìn)行了施工過程仿真分析計算結(jié)果，確定每層施工工期為20 d。

1.2 變形及預(yù)變形計算的目的與內(nèi)容

該建筑施工方案采用通過設(shè)計加固措施，主體結(jié)構(gòu)采用控制施工周期不加支撐、按照傾斜分層向上的施工方案。實際施工過程中，影響施工的不確定因素很多，如材料性能、施工荷載、施工條件與工藝、溫度變化等，這些因素都將對結(jié)構(gòu)施工各階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形產(chǎn)生一定的影響，并最終影響成形后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、裂縫與變形。變形及預(yù)變形計算的目的就是根據(jù)已完成的施工過程仿真分析計算結(jié)果，為施工過程提供結(jié)構(gòu)變形及預(yù)變形數(shù)據(jù)，在施工過程中加以控制，并根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整變形及預(yù)變形數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)后續(xù)施工。

1.3 施工監(jiān)測的目的與內(nèi)容

由于施工過程的結(jié)構(gòu)體系與最終結(jié)構(gòu)體系不同，施工、安裝和質(zhì)量的控制必須通過可靠的科學(xué)手段，為驗證施工仿真計算及預(yù)變形計算數(shù)據(jù)，控制施工安裝質(zhì)量，通過施工過程對整體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測、對構(gòu)件應(yīng)力、裂縫開展進(jìn)行監(jiān)測與控制，以達(dá)到如下目的：

1)達(dá)到了解施工期間結(jié)構(gòu)、構(gòu)件是否受到損傷，以及損傷程度，評價結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。

2)掌握施工過程結(jié)構(gòu)變形，依據(jù)監(jiān)測進(jìn)行調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)和幕墻的安裝質(zhì)量，控制對建筑外形不產(chǎn)生影響。

3)在工程竣工使用后一定時期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，以評價徐變、使用對結(jié)構(gòu)的影響。

4)通過施工過程及施工完畢后對建筑的監(jiān)測，驗證結(jié)構(gòu)的各種工作狀態(tài)滿足設(shè)計要求。

5)提供一套完整的、客觀真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握寶貴的第一手資料，為結(jié)構(gòu)建成運營后的健康監(jiān)測奠定良好的基礎(chǔ)。

2 變形及預(yù)變形計算

2.1 計算分析軟件

本項目變形及預(yù)變形計算分析采用軟件通用有限元程序Midas/Gen 6.9.1。該軟件是以Windows為開發(fā)平臺的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于辦公樓、住宅、商場、商住樓、陸地以及海上工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)分析中。

2.2 結(jié)構(gòu)模型的導(dǎo)入

根據(jù)設(shè)計方提供的真實模型信息(包括結(jié)構(gòu)尺寸、材料和連接等信息)，將該建筑在Etabs軟件中的有限元模型導(dǎo)入至Midas/Gen軟件中，其中梁與柱采用梁單元模擬，樓板與剪力墻采用板單元模擬。結(jié)構(gòu)整體模型(含各種臨時結(jié)構(gòu))共包含節(jié)點7 609個，梁單元13 874個，板單元5 193個。導(dǎo)入模型如圖1所示。

2.3 預(yù)變形數(shù)據(jù)計算

通過一定的方法，將設(shè)計方提供的在Etabs軟件平臺上的荷載模型，導(dǎo)入至Midas/Gen軟件中。恒載、風(fēng)載、施工荷載等全部的荷載均采用標(biāo)準(zhǔn)值，計算出各軸、層柱預(yù)偏量(詳見表1)，并在施工過程中嚴(yán)格按預(yù)變形量進(jìn)行控制。

表1 各軸、層柱預(yù)偏量計算結(jié)果表

3 應(yīng)力監(jiān)測方案

1)由于該建筑有一定的傾斜角度，施工過程的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化與一般豎直結(jié)構(gòu)的有較大差異，該結(jié)構(gòu)南區(qū)框架柱的南北向彎矩較大，從安全的角度出發(fā)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。

2)理論上，如果需要反映鋼筋混凝土構(gòu)件的內(nèi)力狀況，可以對構(gòu)件的混凝土或者鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測?？紤]到受拉側(cè)混凝土開裂后，鋼筋的應(yīng)力水平將直接反映構(gòu)件的內(nèi)力狀況，因此選擇對鋼筋做應(yīng)力監(jiān)測。

3)監(jiān)測對象及其監(jiān)測位置。

根據(jù)仿真分析的結(jié)果以及設(shè)計單位的建議，應(yīng)力監(jiān)測的對象及其監(jiān)測位置如表2及圖2所示。

表2 應(yīng)力監(jiān)測的對象及其監(jiān)測位置

4)應(yīng)力監(jiān)測的傳感器及采集儀器。

為了保證應(yīng)力監(jiān)測的可靠性與精度，本項目應(yīng)力監(jiān)測所采用的傳感器及采集器分別如表3，表4所示。

表3 應(yīng)力監(jiān)測振弦式傳感器 με

表4 應(yīng)力監(jiān)測采集器

4 施工過程的裂縫監(jiān)測

1)由于本工程結(jié)構(gòu)的特殊性，考慮到裂縫對判斷結(jié)構(gòu)的受力狀況起著非常關(guān)鍵的作用，因此在施工過程中應(yīng)通過實測手段得到結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的裂縫值。

2)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點以及施工過程的特點，裂縫監(jiān)測內(nèi)容主要為框架柱和框架梁關(guān)鍵部位的裂縫監(jiān)測。

5 應(yīng)力及裂縫監(jiān)測時段與頻率

1)在施工全過程對確定的構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測時段為：每向上施工完一層時(且不少于20 d)、8層南北樓之間的鋼連桿安裝前、主體結(jié)構(gòu)完成后、室內(nèi)砌體及內(nèi)外墻施工期間每45 d監(jiān)測一次、東西幕墻安裝前后各一次，內(nèi)裝修期間每60 d監(jiān)測一次。

2)工程全部竣工投入使用后第一年內(nèi)，對構(gòu)件應(yīng)力、裂縫、樓層變形每四個月進(jìn)行一次監(jiān)測。

3)工程全部竣工并投入使用后第二年，對樓層變形每半年監(jiān)測一次；以后每年監(jiān)測一次，竣工后三年變形基本穩(wěn)定后停止監(jiān)測。

6 結(jié)語

1)廣東某大型圖書館作為特別復(fù)雜的高層建筑，結(jié)構(gòu)傾斜，結(jié)構(gòu)的安全很重要，施工過程中通過對變形及預(yù)變形量控制、應(yīng)力及裂縫監(jiān)測，嚴(yán)格按仿真計算確定施工方案、施工程序組織施工,并及時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保南北樓主體結(jié)構(gòu)順利合龍，連接成一個共同作用的結(jié)構(gòu)體系。

2)實際監(jiān)測結(jié)果表明南北樓結(jié)構(gòu)應(yīng)力及裂縫變更均在計算范圍內(nèi)，驗證了變形及預(yù)變形計算及仿真計算確定施工方法、程序的正確性。

[1] 《施工監(jiān)測的設(shè)計要求》及設(shè)計圖紙等有關(guān)資料[Z].

Simulation calculation of deformation and stress monitoring

Jiang Xiaoqing

(GuangdongGuangFoundationEngineeringCo.,Ltd,Lianjiang524400,China)

Simulation calculation the construction scheme and the procedures of construction with the finite element software of Midas/Gen 6.9.1, and compared the simulation results with the actual deformation and stress, crack monitoring. Using the monitoring results guiding the construction, to ensure that the structure of the successful closure.

simulation calculation, deformation, stress, crack monitoring, smooth closure

2015-04-10

蔣小青(1980- )，女，工程師

1009-6825(2015)17-0025-02

TU311

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