凌佳韻

(西南交通大學(xué),四川 成都 614203)

1 建筑施工臨時設(shè)施安全現(xiàn)狀

基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要引擎,國內(nèi)近20年來,基礎(chǔ)建設(shè)得到蓬勃發(fā)展,規(guī)模及技術(shù)都得到國際廣泛贊譽(yù),不管是超高超限建筑、長大橋隧的數(shù)量,還是高鐵、城市軌道交通的通車?yán)锍痰染盐痪邮澜缜傲小?/p>

建筑行業(yè)施工現(xiàn)場由于參與人員密集,空間有限且立體交叉作業(yè),施工進(jìn)度急,全天候施工等諸多特點,使得施工安全更為重要。據(jù)統(tǒng)計,全球范圍發(fā)生的重大職業(yè)安全事故中,建筑施工現(xiàn)場的傷亡事故占總傷亡事故的17%,其中和建筑施工臨時設(shè)施相關(guān)的安全事故更是占到了1/3左右,由此也可見施工臨時設(shè)施安全防護(hù)的重要性。

施工臨時設(shè)施安全事故的發(fā)生主要由于其具有以下特點而誘發(fā):臨時性特點,導(dǎo)致安裝實施過程材料使用存在能省則省的心態(tài),架設(shè)組裝人員專業(yè)化程度不高;個性化差異明顯,現(xiàn)場臨時設(shè)施都是服務(wù)于某一個具體項目,形式千差萬別,相同形式的臨時設(shè)施在高度寬度等方面往往也會存在巨大差別;缺少系統(tǒng)監(jiān)督,缺少規(guī)律性的防范和統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn),臨時設(shè)施一般周期性比較短,隱蔽性較強(qiáng),且為主體建筑的輔助設(shè)施,受重視程度較低,導(dǎo)致對其安全性的重視度也相對較低;區(qū)別于主體結(jié)構(gòu)安全防護(hù)的規(guī)范性,臨時設(shè)施的安全主要靠現(xiàn)場技術(shù)人員,監(jiān)測手段主要靠目測或者其他單一的測量手段為主,不利于及時發(fā)現(xiàn)隱患[1-3]。

2 自動化監(jiān)測概要及優(yōu)勢

自動化監(jiān)測是近幾年新興的一種建筑行業(yè)安全防護(hù)手段,隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息化的高速發(fā)展,目前該手段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基建行業(yè)的主體結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控中,包括建筑、橋梁、隧道以及邊坡、大壩等,自動化監(jiān)測的主要特點是操作去人力,防護(hù)全周期[4-8]。其實施架構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知,自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主要是由傳感器單元完成,代替了現(xiàn)場技術(shù)人員,故其不受施工時空影響,可以全天候、全周期實現(xiàn)數(shù)據(jù)的觀測及采集,同時也減少了施工過程安全人員現(xiàn)場的參與度,保證了人員現(xiàn)場參與的安全。數(shù)據(jù)傳輸及處理則由傳輸單元和監(jiān)測平臺實現(xiàn),減少了人工數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計中人為因素特別是經(jīng)驗誤判的影響,數(shù)據(jù)統(tǒng)計的效率也因為數(shù)據(jù)平臺的處理得以大大提高,所以可以及時準(zhǔn)確的預(yù)判臨時設(shè)施的安全隱患。

3 自動化監(jiān)測在臨時施工安全防護(hù)中的應(yīng)用

某橋梁施工項目所用吊裝掛籃總重量190 t,最重吊裝節(jié)段梁寬W=41.4 m,梁高H=3.5 m,長度L=10.5 m,重量378.6 t,掛籃主材為Q355鋼材,彈性模量為2.06×105,容許應(yīng)力為282 MPa,屈服應(yīng)力為355 MPa。

本項目由于施工現(xiàn)場人員密集,且澆筑時間全部在夜間完成,現(xiàn)場安全人員觀測受限;另外主梁節(jié)段重量從101.2 t～378.6 t,澆筑主梁重量變化區(qū)間大,增加了施工過程的安全隱患;此外施工工況復(fù)雜,澆筑過程掛籃有縱移、平移工況存在,同時還涉及倒軌及配重設(shè)置環(huán)節(jié),現(xiàn)場驟時風(fēng)力較大等情況。故現(xiàn)場管理人員研究后決定采用自動化監(jiān)測手段,對掛籃各個工況的受力及變形進(jìn)行全天候施工過程監(jiān)控。

本項目采用知物云監(jiān)測平臺,系統(tǒng)在本項目監(jiān)測過程中,考慮性價比及監(jiān)測目的,監(jiān)測因素選取溫應(yīng)變、撓度兩種主要監(jiān)測因素,整個監(jiān)測系統(tǒng)由16支應(yīng)變傳感器、6支靜力水準(zhǔn)儀傳感器、2組數(shù)據(jù)采集模塊、4支數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。對掛籃的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行全程安全監(jiān)控。傳感器主要布置位置為:底籃前橫梁各吊帶處;前承重桁架懸臂端、豎腹桿處;后錨固橫梁處三處主要受力部位。監(jiān)控過程中除了實現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集外,平臺同步開啟了數(shù)據(jù)對比分析、告警信息推送等功能,因施工不規(guī)范或突發(fā)狀況引起數(shù)據(jù)變化,自動化監(jiān)測可第一時間發(fā)出預(yù)警,并且通知到管理人員,可保證現(xiàn)場第一時間采取安全防護(hù)措施。

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的對比

按照經(jīng)驗,結(jié)構(gòu)最不利受力狀態(tài)多為工作狀態(tài)及澆筑狀態(tài),故測點選取掛籃結(jié)構(gòu)前端主桁及中部豎向支撐主桁測點,工況選取吊裝工況,兩個點位在該工況下應(yīng)力及撓度的監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)如圖2所示。

由應(yīng)變的監(jiān)測結(jié)果可以看出,應(yīng)力較大發(fā)生在晚上吊裝時段,白天相對較小,符合實際施工情況。此處應(yīng)變單位為10-6,可知兩個測點實測最大主應(yīng)力:

σ1=ε×E=460×10-6×2.06×105=94.8 MPa。

σ2=ε×E=400×10-6×2.06×105=82.4 MPa。

由撓度監(jiān)測結(jié)果可知,吊裝主桁位移大于支撐主桁,二者變化趨勢大致同步,符合實際施工情況,實測最大豎向位移17.1 cm,滿足規(guī)范不大于20 cm的要求。

為了判斷監(jiān)測的準(zhǔn)確性,按照對應(yīng)工況,同步對掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論計算分析,建立的掛籃有限元模型如圖3所示。

為充分模擬計算掛籃的受力狀態(tài),理論計算全面考慮掛籃整個過程的施工工況:

1)澆筑狀態(tài)(考慮不同節(jié)段,同時考慮施工荷載、振搗荷載、模具荷載);2)走行狀態(tài);3)配重狀態(tài);4)導(dǎo)軌狀態(tài);5)非工作抗風(fēng)狀態(tài)共五種工況,得到的最大剛度及強(qiáng)度結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知,吊機(jī)豎向理論位移最大值為18.2 cm。理論最大拉應(yīng)力為100.7 MPa,最大壓應(yīng)力為77.3 MPa。

實測結(jié)果及理論計算結(jié)果對比如表1所示。

表1 實測與理論結(jié)果對比表

從上述監(jiān)測結(jié)果及理論計算結(jié)果對比可知,掛籃結(jié)構(gòu)最不利狀態(tài)發(fā)生在吊裝工況。

實測及理論結(jié)果也均滿足規(guī)范要求,對應(yīng)點位的實測結(jié)果小于理論計算結(jié)果,存在偏差的原因是因為理論計算結(jié)果荷載取值、計算系數(shù)取值較保守的原因?qū)е?兩者吻合范圍為4.17%～6.15%,吻合度較高,均說明了自動化監(jiān)測在該類臨時設(shè)施防護(hù)中的可行性和可靠性。

自動化監(jiān)測是全天候監(jiān)測,為線性數(shù)據(jù),區(qū)別于現(xiàn)場人員觀測的點狀數(shù)據(jù),可保證全過程的安全監(jiān)測無遺漏,所測結(jié)果涵蓋所有施工工況,可以得到整個施工過程的最不利包絡(luò)結(jié)果,同時線性數(shù)據(jù)可以對發(fā)展趨勢做出研判,使安全事故防患于未然。

3.2 掛籃非彈性位移監(jiān)測分析

大型橋梁施工過程,線形控制至關(guān)重要,成橋后的線形與設(shè)計成橋線形要滿足一定誤差要求。影響成橋線形的因素諸多,結(jié)構(gòu)自身的因素包括自重、預(yù)應(yīng)力控制以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化等,材料方面有混凝土的齡期、收縮徐變、溫度變化等,施工過程引起的線形誤差則主要因為模架的剛度變化也就是非彈性變形引起,若非彈性變形過大,對下一施工階段支模、澆筑等會造成較大影響,成橋線形也會和設(shè)計線形存在偏差,所以本項目同步對掛籃的非彈性變形監(jiān)測進(jìn)行分析研究。

本項目的非彈性變形是指掛籃各個節(jié)段加載卸載完成后,掛籃自身的擾度變化,本項目中考慮0號塊到12號塊節(jié)段澆筑共13個工況,選取掛籃施工澆筑前及卸載后分別進(jìn)行觀測,得到的結(jié)果如圖5所示。

由監(jiān)測結(jié)果可知,掛籃在13個工況中,加載的變化和理論計算吻合,卸載后回彈理想,殘余位移最大為0.01 mm且沒有變大趨勢,此處主要考慮采集誤差引起,所以非彈性變形可忽略,可認(rèn)為掛籃結(jié)構(gòu)在整個施工過程中的變形均為彈性變形,成橋線性不會受到掛籃剛度變化影響。

4 結(jié)論及建議

對施工臨時設(shè)施的自動化監(jiān)測,通過本文可得如下結(jié)論:

1)去人力:自動化監(jiān)測有效減少了人為參與,可以保證復(fù)雜施工現(xiàn)場人員的安全,有效減少人員經(jīng)驗及觀測誤差,同時擺脫了時空限制,不受惡劣環(huán)境以及施工時間的約束。

2)全天候:自動化監(jiān)測可以實現(xiàn)全天候、全生命周期的檢測,保證了數(shù)據(jù)的線性采集,較人工點式采集,預(yù)防突發(fā)性狀況有更大的保障,通過對數(shù)據(jù)線性趨勢的研判,也可以做到安全事故的提前預(yù)防。

3)數(shù)據(jù)飽滿:全周期數(shù)據(jù)最為寶貴的現(xiàn)場第一手資料,可以對同類施工安全監(jiān)測提供借鑒,也可對施工過程優(yōu)化提供幫助。

4)性價比高:監(jiān)測過程考慮主要控制因素,布點位置也按照最不利構(gòu)件考慮,所以相對人工觀測,本項目性價比較高。

由于施工臨時設(shè)施種類繁多,架設(shè)及施工因人因項目而異,短期依然難以現(xiàn)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,雖然其優(yōu)勢明顯,但要達(dá)到廣泛采用及使用還存在諸多的掣肘,例如對施工臨時設(shè)施的監(jiān)測優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,還需更多的實際項目驗證及實際監(jiān)測數(shù)據(jù)支撐;此外對監(jiān)測合理性的判斷,目前采用較多的也是和理論極值數(shù)據(jù)的對比,對所采集的海量數(shù)據(jù)而言,利用度偏低,對趨勢研判及施工方法優(yōu)化等方面還需要進(jìn)一步的研究。