空间网架结构应力应变监测试验

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空间网架结构不仅结构新颖、造型美观,而且节省了大量建材,获得了显著经济效益。但由于影响因素众多,空间结构的受力十分复杂,为确保结构安全可靠。采用高精度动态应变仪对300号混凝土斜交空腹网架结构进行了动态应力应变监测和静态应变测试。实践表明,应变测试在修正预应力张拉力,指导结构补强,验证理论计算的准确性,评定结构的可靠性起到了很好的作用,并为今后类似结构的设计和施工提供了宝贵的数据资料。

测试仪器

测试中采用聚航科技生产的JHDY动态应变仪,该仪器精度高,稳定性好,抗干扰性强,并能实时显示曲线,自动生成报表。

测点布置

该体育馆是组合式预应力三向双曲扭网壳结构,对角线跨度达93米,对网壳进行六边同步张拉施加预应力。最大受力位置在采光带两侧的主桁带及网壳对称中心区域。因此,应变测量点沿一条主桁带及其周围杆件布置,对受力复杂的网壳对称中心区域的主要杆件、各支座附近及对称桁带上受力对称考察点也进行了应变测点布置,共计176个应变测点。在每根被测杆件中部轴向对称位置粘贴两片电阻应变片,以克服偏心荷载所引起的测量误差,并检测杆件的稳定性,对每一应变测点都采取了温度补偿措施,并进行防潮处理。

预应力施加主测试步骤

为使预应力施加达到预期目的,确保安全,施加预应力分两阶段实施。即在屋面板施工之前,进行第一阶段的六边同步预应力张拉。屋面板施工后,在结构承受屋面板荷载下,再进行第二阶段的六边同步预应力张拉,屋面施工两阶段间隔三个月。为了控制恰当的预应力施加程度,对测试的要求是,测试速度快,精度高,反映灵敏,同时必须进行动态应变监测。由此确定出测试方案如下;

1.在施加预应力之前,将各应变片初值读入应变仪内存。

2.根据理论计算结果,选出5根受力最大的杆件,在张拉过程中对其受力状态进行动态应变实时监测。

3.测量第一次张拉(张拉力 1020KN)应变片电信号相对于其初值的变化值,作为第一阶段的测试结果。

4.结构承受屋面板荷载后,测量在第二次张拉中(张拉力 450KN)应变片电信号相对于原来初值的变化值,作为最终的测量结果。

测试情况

在第一阶段预应力张拉的动态监测中,在计算确定的受压应力最大的一根下弦杆上轴对称的两片应变片反映出的应力值可知 。在远未达到许用应力情况下,两应力值差距十分显著,表明杆件承受较大偏心荷载产生弯曲,说明杆件的弯曲是由于施工装配质量问题造成的,随后对这根弦杆采取了补强措施,在以后的张拉中没有出现此类问题。

第一阶段张拉结束后,发现不同结构支座附近的受力对称性考察点的实测应力值差距很大,立即对整个结构进行了全面仔细检查,发现由于施工单位疏忽,在张拉前没有将一连接混凝土支座和网架下弦的钢质连杆解脱。导致整个网壳变位和受力的不对称,经处理后,不对称现象被消除。

根据第一阶段张拉后杆件实测应力情况,将原定的600KN第二阶段张拉力修正为450KN。

第一阶段和第二阶段两阶段张拉后的弦杆应力值均在安全范围内。由数据可看出,预应力施加后在屋面荷载下,下弦杆仍受一定程度的压应力,对活载荷和装修中将要施加的挂重荷载有一定的预应力储备,表明张拉力的选取是合适的,预应力效果显著。

结论

在现场测量过程中,充分发挥了动态应变仪快速测量和高精度的特性,对结构进行应力应变监测,弥补了模型试验的不足,及时发现施工质量问题和校正理论计算误差,对新型空间结构的安全可靠性进行了科学的评定。