钢网架结构安全监测方案.docx

1、钢网架结构安全监测方案封闭网架干煤棚钢结构工程安全监测方案山西和信基业科技股份有限公司2018年7月1 绪 论1.1 运营安全监测的目的和必要性为保证运营期钢结构的各种工作状态满足设计要求，评估设计的某些指标是否能够完全满足安全要求，有必要在运营初期的一个时间段内，如竣工后3个日历年，重复历经3个春夏秋冬季节更替的各种作用，监测在自然环境下结构的应力和可能受到的损失等关键数据，对设计指标进行验证或者修正，建立完整的钢结构安全监测系统，进行实时在线监测，对可能出现的不利后果，做出预警并及时反馈给委托方、设计和相关部门，供有关部门决策参考。2 监测规划2.1 制定依据及参考文献1）钢结构设计规范（

2、GB50017-2003）2）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）3）建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范（JGJ/T3022013）4）施工图纸5）地上钢结构工程安装方案6）钢结构施工过程模拟过程计算7）钢结构安装专项方案8）钢结构工程安全监测项目合同文件9）建筑变形测量规范（JGJ 8-2007）10）工程测量规范（GB50026-2007）11）钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）2.2 监测部位根据文件对以下部位进行监测：项目序号测试内容变形1网架受力变形2顶部横断面水平位移3基础不均匀沉降4基础水平向位移风力5风速风向雪荷载2.3 监测内容运营期监测的主要

3、内容：项目序号测试内容位移1网架受力变形2顶部横断面水平位移3基础不均匀沉降4基础水平向位移风力5风速风向2.3.1 网架受力变形产生结构损伤或性能退化的因素有许多，如设计时复杂问题的简化，工程质量控制不到位，部分设计超过设计标准要求，强风、火灾等突发性灾害的作用以及恶劣环境的侵蚀等。若对结构上存在的这些损伤或结构性能退化不能及时了解并解决，通过一段时间的积累必将大大缩短结构的寿命甚至导致结构的突发性灾变。监测结构网架的受力变形情况，能够全方位的判定整个结构的安全级别。2.3.2 顶部横断面水平位移为保证结构的安全性、耐久性和使用性，监测钢结构屋架重点受力区域；掌握其各阶段的安全状况，通过对结

4、构性能进行检查、评估或监测，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定。2.3.3 基础不均匀沉降 测量结构在受地理地质等无法规避的因素影响下造成的结构体的不均匀沉降，能反映结构在运营中的整体安全性。2.3.4 基础水平向位移监测结构的承载基础的深层水平位移变化，判定出可能带给结构体的影响，保证安全的预见性。2.3.5 风速风向由于结构在一般情况下，除恒荷载外，受到风荷载的作用最为频繁。其它活荷载如雪荷载、地震荷载等作用次数较少。统计风速数据，准确掌握结构承受的实际荷载，对后期诊断风荷载对结构的影响有重要的作用。2.4 监测方案的制定原则监测过程经历的时间较长，现场和气候条件复杂，影响因素多，

5、工人的技术水平和素质参差不齐，竣工后运营监测的时间也较长（3个日历年），监测结果受诸多因素的影响，因此，在制定本项目安全监测方案时，整个监测方案（传感器、实时采集系统、实时数据传输系统、实时数据处理系统、数据存储与备份系统、智能诊断与预警系统、相应的软件、供电、监测部位、测点布置、监测内容、监测方法、工作流程等）应遵循以下原则：1）可靠耐久性：运营阶段的恶劣环境和较长时间的监测，要求整个监测系统的软硬件必须具有很好的可靠性和耐久性，因此选择国内外成熟的产品和技术，并根据本项目的实际情况，进行技术改造、升级和创新，达到可靠性和耐久性的要求，以满足监测目标和功能的实现。2）科学性：监测部位、测点布

6、置、监测内容等的确定，必须具有代表性，监测数据能够反映结构力学性能的全貌，根据监测结果可以对结构的力学状态和安全性进行定性和定量的判断。3）可操作性和易维护性：整个监测系统应易于操作和维护，使现场工作人员容易掌握，避免因复杂操作带来困难和失误。大部分部件具有可维修和方便更换的特点，以保证监测数据的稳定、真实和可信。4）经济性：所确定的整个监测方案，既能代表当前国内外技术的发展水平，也能完全满足本项目安全监测的性能要求，又不能太昂贵。尽量节约经济成本，最大限度地满足监测的性能要求。2.5 监测系统组成及功能监测系统由以下五个子系统组成：传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与存储子系统、数

7、据分析与管理子系统、结构预警与评估子系统。详见软硬件系统介绍。3 监测点布置方案所有安全监测的监测点选取均是在原施工监测点中选取，以便保证所监测点的数据具有前后有连贯性和对比性。3.1 网架受力变形监测布网和变形是紧密联系在一起的，在网架上布设网点时，结合变形点的位置来确定网点的位置，应当尽可能布设于稳定且便于监测的位置。在煤仓网架1的顶部中间左侧均等二等分选取2个断面，在煤仓网架2的顶部中间右侧均等二等分选取2个断面。在网架1和网架2的断面1拱形顶部中间左侧均等分布3套布点位置，每套布点设12个测点分别对上悬杆、下悬杆、腹杆的应力进行监测，在网架1和网架2的断面2拱形顶部中间右侧均等分布3套

8、布点位置，每套布点设12个测点分别对上悬杆、下悬杆、腹杆的应力进行监测。共计安装4个断面，每个断面采集3套应力变化数据，每套布设12个测点，总计设备个数为144个。3.2 顶部横断面水平位移监测在煤仓网架1的顶部中间位置安装1个单点变位计，同理，在煤仓网架2的顶部中间位置安装1个单点变位计。共计2个单点变位计。3.3 基础不均匀沉降水准基点的布设：水准基点作为垂直位移观测的基准，可设在稳固的基岩（基础部位）上（例如选择在伸缩缝位置处），布设1个以便于对水准基点的校核。沉降监测点布设：结合周边地质结构及环境，独立的支护墩由钢结构和混凝土凝结成一体，因此在煤仓网架1的整体支护墩的中部左侧均等分布设

9、2个监测位置，在煤仓网架2的整体支护墩的中部右侧均等分布设2个监测位置在观测点应当埋设稳固，点的高度及朝向便于观测。共计需安装4个观测点和1个基准点。3.4 基础水平向位移依据实际网架的受力情况，在受力较大的杆件进行监测轴力，在煤仓网架1中部位置的网架基部外端横断面位置布设监测点2个，安装2个管内固定式测斜探头，同理，在煤仓网架2中部位置的网架基部外端横断面位置布设监测点2个，共四个监测点，共8个探头。3.5 风速风向在煤仓网架1或2的顶部位置选择安装一个风速风向仪，来测量煤仓网架的风速风向。3.6 布点图整体布点图：煤仓网架受力变形监测断面布点图：煤仓网架受力变形监测布点图：煤仓网架基础水平

10、向位移布点图：3.7 各类监测点数量统计各类监测点的数量统计见表。 各类监测点数量表测试内容产品名称产品型号总数量网架受力变形表贴式应变计JMZX-212HAT144顶部横断面水平位移单点变位计JMDL-4620A2基础不均匀沉降静力水准仪JMYC-6205AD5基础水平向位移管内固定式测斜探头JMQJ-7415AD8风速风向单通道风速风向采集模块JMZX-1I14 软硬件系统4.1 硬件及软件的选用原则运营监测所需的主要硬件及软件分别如表所示，部分设备及软件可以与长期运营监测系统共用。硬件选用的基本原则是：（1）功能要求：设备的各项参数应该满足监测所需。仪器的测量范围应该可以覆盖参数的变化范

11、围，并有一定的冗余；仪器的精度及分辨率要足够高，使得监测对象的测量值足够精确并有足够高的信噪比；（2）可靠耐用：设备应具备很好的稳定性和可靠性。由于监测时间较长，在整个期间仪器要保持良好的工作性能。（3）可操作性：监测系统的安装及运行应尽量避免影响结构运营。由于监测系统的安装必须借助于结构运营的系统才能完成。因此传感器系统的布置要合理可行。另一个方面，实际的运营环境可能会损害硬件（特别是数据传输电缆）的正常运行。因此传输系统采用无线传输的方式。基于上述要求并顾及到经济性，运营监测系统所需硬件应该选用具备国内领先水平的合格产品。4.2 硬件系统结构安全监测硬件系统由传感器子系统、数据采集与传输子

12、系统、数据处理与存储子系统、数据分析与管理子系统、结构预警与评估子系统构成。硬件系统主要硬件设备清单如下表所示：主要硬件设备清单项目序号测试内容产品名称产品型号位移1网架受力变形静力水准仪JMYC-6205AD2顶部横断面水平位移单点变位计JMDL-4620A3基础不均匀沉降静力水准仪JMYC-6205AD4基础水平向位移管内固定式测斜探头JMQJ-7415AD应力5杆件应力表贴式应变计JMZX-212HAT4.2.1 静力水准仪 产品概述 压差式静力水准仪是本公司推出的一款高精度的压差式静力水准传感器，相比传统的静力水准仪，该产品采用进口元件和工业化设计，具有体积小、响应速度快和长期稳定性好

13、的特点。多个传感器通过水管连接，组成静力水准测试系统，广泛应用于路面线形沉降和剖面沉降、大坝线形沉降以及桥梁挠度的精密测量。 工作原理 传感器原理： 传感器将压力敏感元件安装在不锈钢腔体内，压力敏感元件采用单晶硅片上扩散一个惠斯通电桥，被测介质（气体或液体）施压使桥壁电阻值发生变化（压阻效应），产生一个差动电压信号。此信号经专用放大器，将量程相对应的信号转化成标准模拟信号输出。 系统原理： 压差式静力水准仪测试系统由多个安装在不同测点的压差式静力水准仪组成，其中一个安装在不动点作为参考点。通过连通水管将每个传感器连接。整个系统灌满水，系统两端配备水箱，保证系统的稳定性。通过测量测点传感器与参考

14、点传感器之间的压力差值，计算相对参考点的位移变化。系统采用测试压力变化的方法，相比传统液位测量，响应速度更快，系统体积更小，使用更方便。系统示意图压差式静力水准仪是本公司推出的一款高精度的压差式静力水准传感器，相比传统的静力水准仪，该产品采用进口元件和工业化设计，具有体积小、响应速度快和长期稳定性好的特点。多个传感器通过水管连接，组成静力水准测试系统，广泛应用于路面线形沉降和剖面沉降、大坝线形沉降以及桥梁挠度的精密测量。 产品安装: 1：测点和线路布置方案， 根据结构和现场的实际情况设计测点和线路布置的方案，参考点的选取尤为重要，原则上选择 稳定不变的结构点布置。 2：安装工具和部件准备。 纯

15、净水 、防冻液、水管、传感器、安装配件 、万用表、扳手、水泵、电源模块、笔记本等。 3：传感器安装 为确保传感器的变化在量程范围内，保证所有传感器基本安装在同一水平面上。 将传感器自由在参考点和各个测点，通过水管连接成系统，系统两端与大气连通。系统一端注水，另一端接一大水箱，水箱高度应比所有的测点和参考点的位置略高(注意考虑测点的位移变化，液位高不能超过传感器量程）。 从系统的一端通过抽水水泵往系统内注水，注水直至系统另一头出水，停止注水。 按水管接的顺序依次摇晃传感器将气泡往后排(摇晃传感器时开水泵注水),直至将所有气泡排出，同时沿线检查是否有漏水点。 确保整个系统灌满水后，固定注水端的注水

16、管与水箱连接，水箱注满水。 确定测点传感器安装的高度，根据测点的结构选用 支撑板的安装方式。钢结构可采用焊接方式。混凝土结构 采用膨胀螺栓固定方式。两者均通过调节在通丝螺杆的位 置调整传感器至合适的高度，拧紧固定，如图所示。 连接传感器至采集模块，根据设计方案布置通讯设备和线路。系统设备、水管、导线等做好防护和标识，防止现场工作破换系统 。注意水管和导线不能拉扯过紧，需考虑测点的位移变化情况留有余量。4.2.2 单点变位计JMDL-46XX系列单点变位计用于观测两观测点轴向的位移。 特点1) 采用电感调频原理设计制造，具有高灵敏度、高精度、高稳定性、温度影响小的优点，适用于长期观测。2) 位移

17、计内置存贮芯片，具有智能记忆功能，出厂时已将传感器型号、编号、标定系数等参数永久存贮在传感器内，并可保存600次您所需要的测量结果，含测量时间、测点温度（温度型）、绝对位移值、相对位移值、零点值等。3)采用全数字检测，信号长距离传输不失真，抗干扰能力强。4)绝缘性能良好，防水耐用。5)配备本公司振弦测试仪即可直接显示位移值，测量直观、简便、快捷。6)配本公司生产的自动综合测试系统可实现无人职守测量或进行远程监控。7)安装方便，锚固简单 构造单点变位计是由传感器、传递杆、传递杆保护管、锚固头等部分组成的。组成图见下图：锚固头锚固采用灌水泥浆锚固方式，传感器采用并联连接方式，传递杆采用8不锈钢管（

18、杆）。 性能指标品 名型 号特 点量 程灵 敏 度智能数码位移传感器JMDL-4610A智能记忆型100mm0.01mmJMDL-4620A智能记忆型200mm0.05mmJMDL-4640A智能记忆型400mm0.1mm 仪器埋设安装 安装前仪器试验在安装之前，需要对传感器进行检查，以确定其完好无损。其电缆连接方法见说明书中的电缆连接。 钻孔轴向位移测量造孔（1）在预定部位，按设计要求的孔径、孔向和孔深钻孔。钻孔轴线弯曲度应不大于钻孔半径，以避免传递杆（丝）过度弯曲，影响传递效果。孔向偏差应小于3，孔口应保持稳定平整。钻孔结束后应把孔冲洗干净，并检查孔的通畅情况。仪器组装及安装准备按照设计的

19、测点深度，将锚头、位移传递杆和护管与传感器严格按本使用说明书进行组装。传递杆采用螺栓连接，连接一定要牢固，可用防松胶锁固。其传递系统的杆件护管应胶接密封。组装好后，运往埋设现场，调好传感器工作点（一般调至满量程的70%左右）。埋设在拱部上斜或上垂孔内的位移计，要充分估计仪器安装埋设时孔口承受的荷载（仪器自重和灌浆压力）。若孔口岩面较好，可用锚栓和钢筋作担梁支撑；岩面差的孔口需专门搭设构架作孔口支撑，直至钻孔注浆固化后方能将构架拆除。仪器安装 在现场组装的位移计，经检测合格后，送入孔内，安装运输时，支撑点间距应不小于2m，曲率半径不得小于5m，入孔速度应缓慢。 传递杆入孔后，固定安装基座，并使其

20、与孔口平齐，水平和上仰孔孔口，插入孔口灌浆管之后，用水泥砂浆密封孔口。 孔口水泥砂浆固化后，若检测正常，开始封孔灌浆。浆液灰砂比为1:1,水灰比为0.380.4。上仰孔灌至不进浆后，继续灌10分钟后闭浆，确保最深测点锚头处浆液饱满。灌浆结束，应进行检测。 安装完毕，可以测仪器初值。测初始读数，每隔30分钟测一次，以连续三次所读数值差小于1%FS的平均值作为观测基准值。 边坡滑动位移测量固定羊角叉在预定部位，将羊角叉插入泥土，确保测量过程中不出现松动现象。仪器组装及安装准备按照设计的测点标距，将锚头、位移传递杆和护管与传感器严格按本使用说明书进行组装。传递杆采用螺栓连接，连接一定要牢固，可用防松

21、胶锁固。其传递系统的杆件护管应胶接密封。组装好后，运往埋设现场，调好传感器工作点（一般调至满量程的70%左右）。仪器安装 在现场组装的位移计，经检测合格后，将安装座的孔套入羊角叉，用螺母锁紧。 位移传递杆需用泥沙盖住，进行保护，防止出现损坏情况。 安装完毕，可以测仪器初值。测初始读数，每隔30分钟测一次，以连续三次所读数值差小于1%FS的平均值作为观测基准值。 连接和集线箱（1）直接连接：振弦检测仪配备传感器连接插口（D9），对于配备插头的位移计可直接插入仪表进行测量。 注：位移计可焊接DB-9插头，连接方法为1红线，2黄线，3兰线，4绿线。（数字对应DB-9插头上标识的数字）（2）夹线连接：

22、振弦检测仪配备连接线，可将连接线与位移计用夹子将颜色相同的线一一对应连接。（1红线-红线、2黄线-黄线、3兰线-兰线、4绿线-绿线）（3）与集线箱连接：将位移计四根导线对应连接于集线箱的输入端，连接方法为：A-红线、B-黄线、C-兰线、D-绿线。4.2.3 管内固定式测斜探头 JMQJ-7415型管内固定式测斜探头（带滑轮），是本公司使用微电子机械系统研发生产的双轴倾角传感器作为敏感元件，结合智能芯片技术生产的一种固定式测量倾角的仪器。用以观测桥梁、建筑、铁路等结构相对于水平的双轴倾斜角度，适用于常规大地测量方式难以观测到的隐蔽部位的变形量，配合自动化系统可进行长期测试。 固定式测斜仪内部由角

23、度敏感元件（双轴倾角传感器），以及智能电子芯片组成，由一个直径为70mm高度为35mm的金属圆筒封装，安置在一块厚5mm的长方形金属板之上。外部是一根四芯屏蔽线引出，其中红线为电源正极线，黄线为电源负极线；兰线为通讯线A极，绿线为通讯线B极。 通常在安装固定式测斜仪还需要安装附件，如三角支架、水平托尺等。这些要根据现场情况合理配置。 如右图所示，固定式测斜仪（带滑轮）安装在测斜管中，当测斜管发生变形，测斜仪可以测量测斜管垂直方向相对于重力轴线的倾角，使用安装位置的几何尺寸，就可以计算出测斜管的水平方向的变形，从而达到测量埋设有测斜管的结构体的水平位移的目的。 同理固定式测斜也可以安装到其他结构

24、体上，通过测量结构倾角的变化了解结构的变形。固定式测斜仪可以通过两种方式测量：电脑直接测量，将12V直流电源正极接到测斜仪红线，负极接到黄线；从电脑接出的RS485转换器A+接到测斜仪兰线，B-接到绿线。在电脑中使用本公司的软件就可以测试；总线采集模块自动化测量，将固定式测斜仪的红、黄线接到模块的电源输出端，兰、绿线接到模块的RS485输出端。模块的电源输入端接12V直流电源，RS485输入端可直接连接电脑接出的RS485转换器，或其他端口（如无线通讯模块等），使用电脑控制软件可直接测试测斜仪，或设置总线采集模块实现无人职守自动测试。 固定式测斜仪（带滑轮）安装，是直接下到测斜管中，仪器通过有

25、可转向的连接头，与加长杆相连，布置于测斜管的不同区域，测量该处的倾斜。钻孔下PVC管探头连接1探头连接2下探头4.2.4 表贴式应变计应力是反映结构是否安全的最直接指标，尤其是关键部位杆件或节点的应力。因此，根据运营过程钢结构性能仿真计算结果和设计要求，选取内力较大的位置进行监测，如单层球壳应力较大位置、曲面网架及其下部支撑彩带等重点部位进行监测，考察作业过程形成的应力对结构安装完成时应力的影响以及结构正常使用的运营状态应力水平，以判断结构的安全度。应力监测拟选用长沙金码生产的智能记忆型振弦式应变计JMZX-21HAT，如图所示。 振弦应变传感器考虑到布线需简单易行，且容易维护，因此采用平面布

26、线原则，同一个环面的测点通过导线与数据采集仪相连。数据采集仪连接一个数传电台，信号由无线发射器发射并传输到控制中心进行处理和分析。4.2.5 风向风速仪用途：结构在一般情况下，除恒荷载外，受到风荷载的作用最为频繁。统计风速数据，准确掌握结构承受的实际荷载，对后期诊断风荷载对结构的影响有重要的作用。JMZX-1I单通道风速风向采集模块能测量风速和风向，并将测量的数据存储。对于自动测试布线困难复杂，需长期监测的应用场合，是一种理想选择。该传感器的参数指标：量程：1-40m/s和0-360 ：0.1m/s和2内置智能芯片 数字输出 机械式测量原理 稳定性好 抗干扰能力强4.2.6 综合采集模块JMZ

27、X-8A、JMZX-16A、JMZX-32A是本公司生产的一种全自动无人值守的弦式传感器数据采集模块，分别可接8支、16支、32支智能或非智能型弦式传感器（应变计、应力计、压力盒、渗压计、温度计、位移计）等，可广泛应用于桥梁、建筑、铁路、大坝、实验室等工程领域的全自动检测。 接线柱仪器接线柱分前后面板，仪器前面板为传感器输入口，每支传感器占4个接线柱，分两排连接（JMZX-8 只有一排），其中下排接振弦连接线（标注A、B），上排接温度电阻连接线（标注C、D），仪器后面板上有四个接线柱，其中两个接直流电源（12V）；两个接总线（RS485）。 自检仪器后面板上有一个按钮及一个指示灯，按一下按钮，

28、指示灯亮，则仪器工作正常，如指示灯不亮，应先检查电源是否正常（9V以上）；如果电源正常则可能仪器存在故障，请送厂家修理。此外，仪器在向总线发送数据时指示灯也会亮，表明仪器正在工作。 测量本仪器测量及参数设置均需通过计算机及相应程序操作。4.2.7 总线采集模块JMJK-II型总线控制模块是一种采集总线型传感器或总线型设备的自动化采集模块，完成总线型设备的的自动化测量。配接的主要设备有位移计、测缝计、量水堰仪、静力水准仪、引张线仪、索力拾振模块等总线型传感器及设备。本模块据内置微控制系统，具有自动识别本公司传感器的类型、根据不同类型对传感器传回的数据进行处理、存储传感器零点、读取传感器编号等功能

29、。同时，模块内置时钟及存储芯片，可用上位机软件对模块进行自动测量设置，模块根据所设参数自动采集传感器数据并保存于模块内。一、 主要性能指标1、 输出接口 RS485总线2、 电源 ： 输入：12V DC20% 输出：12V DC20% 3、 待机功耗：无线：30mA有线：2mA4、 自动测量时间间隔：最小10分钟5、 存贮容量：85000条记录6、 采集速率：1秒/点7、 使用环境：-2070二、 接口定义1、 输入12V：外部电源输入端口。+与外部12V+联接，-与外部12V-联接。2、 输出12V：模块输出电源接口，与传感器连接，给传感器供电。+与传感器红色线（电源+）连接，-与传感器黄色

30、线（电源-）连接。3、 输入RS485：模块与上位机通讯端口。+与RS485+连接，-与RS485-接连。4、 输出RS485：模块与传感器通讯端口。+与传感器蓝色线（通讯+）连接，-与传感器绿色线（通讯-）连接。4.2.8 无线传输模块JMTX-2014无线传输模块，将通讯模块的输入和采集模块的信号连接，通过安装在模块内的手机卡，利用测试软件，将模块采集到的数据，传输到指定电脑，实现无线自动化远程监测。4.2.9 全密封标配机箱 无线遥测：配备无线收发仪与电脑连接后组成无线遥测系统。无线收发仪负责电脑与采集单元之间的无线数据通讯与管理，无线收发仪可脱机操作，当无线数据传输距离太远或信号不好时可以移动收发仪至现场下载数据，然后上传至办公室电脑。 功能强大的采集模块：采集模块是本系统的二次仪表，接受主机下达的命令，完成各类传感器的信号采集和与电脑的无线或有线数据传送，采集单元的任意通道均可配接弦式应变计、钢筋应力计、压力盒、锚索计、荷载传感器、渗压计等钢弦传感器，电感调频类的柔性位移传感器、位移计、测缝计及电压输出型的半导体温度传感器。对于智能型的传感器还可自动识别各通道所接传感器的型号，编号，显示