关于博罗体育中心体育场监测技术研究

摘要：本文主要针对博罗体育中心体育场钢桁架中关键节点的竖向变形、拉索张拉后的索力和钢结构关键节点的应力应变进行监测。

关键词：监测； 钢桁架； 索力； 应力； 节点变形

Abstract: this article mainly aims at boluo sports center stadium in steel truss vertical deformation of key nodes, and cable tension cable force and the steel structure of the key nodes stress and strain for monitoring.

Keywords: monitoring; Steel truss; Cable force; Stress; Node deformation

中图分类号：G633.96文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

博罗县体育中心项目建设地点位于博罗县城东部，地处惠州大道（324国道）与惠博沿江公路交叉处东侧，规划净用地面积约40.0公顷，总建筑面积约4.6万㎡，由体育场、体育馆、游泳池和全民健身广场等区域组成。

体育场为钢结构索膜体系结构，分为东、西看台两部分；看台挑蓬平面呈月牙型，由主桁架、前桁架、后桁架和一系列次桁架组成，采用空间相贯钢管结构，由桅杆、撑杆和斜拉索支承；钢材强度等级为Q345钢，总重量约1400吨。屋面材料为PVC膜材，覆盖面积约13000㎡。桅杆采用直径630～920mm钢管，撑杆直径为φ630mm和φ720mm。钢桁架及节点板总重量为1400吨。

索体为PES镀锌钢丝防腐索，外包双层HDPE,外层PE为彩色。钢索的连接节点均采用销接节点。每榀钢架上分别安装6根钢缆索，为上拉索两条sls-a和sls-b，下拉索两条xls-a和xls-b，稳定索两条wls-a和wls-b。其中西侧看台有17组，东侧看台有13组。总计拉索为180条，钢缆索总重量约为147吨。

2 监测方法

2.1 监测方法介绍

2.1.1应力监测方法

在需要进行应力监测的部位布置振弦式表面应变计，采用频率读数仪读出应变计安装时的初始读数和各个工况后应变计的读数，将上述读数转换为相应构件监测点处的应变，根据虎克定律即可换算出监测点处的应力值。具体转换公式如下：

（1）

（2）

式中为应变；为应力； E为材料的弹性模量；；为换算系数；为应变计的读数。

2.1.2节点变形监测方法

对钢桁架关键节点的竖向变形采用全站仪进行测量，并计算出桁架关键节点的竖向变形。变形测量将严格按照中华人民共和国国家标准《工程测量规范》的有关要求进行，平面基准网测量按二等变形要求进行。平面控制网按要求与城市坐标系统联测。平面控制网按其桩点工作状态分为：永久性基本点、半永久性基本点、半永久性工作基点、临时工作基点。任何一个监测点的坐标由永久性基本点半永久性工作基点临时工作基点监测点的测量过程得到。任何一个监测点的竖向变形由Z方向坐标值表达。其中永久性基本点埋设在施工场地稳定的地方；半永久性工作基点埋设在施工场内、基础范围以外较稳定的地方；临时工作基点埋设在可以与上层通视的地方。由永久性基本点和半永久性工作基点组成的首级网，在首级网基础上再用一级网格导线网扩展到临时工作基点。

2.1.3 索力监测方法

拉索所受的应力不同其振动的频率也就不同，因此对拉索的索力监测主要是通过对其振动频率进行监测来实现的，索力与频率的关系具体推导如下：

根据索的振动理论，张紧拉索的微分振动方程可用下述四阶偏微分方程表示：

（3）

式中，为拉索的抗弯刚度；为拉索在y方向的振动位移；为方向的拉索索力；为拉索振动所产生的索力增量；为拉索单位长度的质量。

研究表明，当索力很小、垂度变得相对大时，由于拉索振动而导致的索力增量影响不能忽略。但是对于二阶振型或更高振型，即使索力很小，的影响也很小。因此式（3）中第三项可忽略不计，式（3）可表示如下：

（4）

对于式（4）采取分离变量法进行求解，令

（5）

将式（5）代入式（4）得

（6）

式中，为引入的参数，其含义为拉索的固有振动圆频率，式（6）的一般通解为

（7）

式中,

为了方便起见，工程上往往把拉索看作两端铰接，此时由式（7）可得索力

（8）

式中，为拉索自振频率的阶数；为拉索第阶自振频率，为拉索的计算长度，由式（8）可见，右边第二项为拉索抗弯刚度的影响。

在公式（8）的使用过程中，常考虑到斜拉索较长、索的直径较小而忽略索的抗弯刚度的影响，则索力和索的振动频率关系可以简化为

(9)

2.2 监测内容

应力监测点布置为：西看台选择其中6榀桁架布置36个应变计，东看台选择其中4榀桁架布置24个应变计。节点位移监测点布置为：西看台选择在布有应变计的6榀桁架上布置18个测点，东看台选择在布有应变计的4榀桁架上布置12个测点。索力测试中选择东西看台其中30根拉索进行监测。

2.2.1测点布置

应力应变及位移监测点的布置情况如图1至图5所示，图中用实心圆点所示为变形监测点，实心三角形所示为应力监测点。由于一个图中无法清楚显示测点的布置情况，故用图1和图2表示东看台的测点布置情况，图3图4和图5表示西看台的测点布置情况：

监测结果

对本工程钢材的弹性模量取E＝，由虎克定律可求得应力值。由监测数据表明：

1、本次监测中，在西看台监测到的最大拉应力值和最大压应力值均出现在落地桁架上，分别为231.97Mpa和-250.68Mpa，均未超过Q345钢的强度设计值310Mpa；监测到的最大位移为13mm，出现在B7轴上，实测索力最大值为461.20Mpa，对应的索号为B7wls-b。

2、本次监测中，在东看台监测到的最大拉应力和最大压应力都出现在落地桁架上，分别为66.12Mpa和-95.09Mpa，未超出Q345钢的强度设计值，监测到的最大位移为10mm，出现在D7轴上，实测索力最大值为312.88Mpa，对应的索号为D4wls-b。

4 结论

根据监测结果，给出施工全过程监测记录，以达到给现场施工以指导性建议并监督施工过程安全合理进行的目的，并为以后设计施工此类复杂结构提供借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）

[2]中华人民共和国国家标准《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）

[3]中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

[4]中华人民共和国国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（G50205－2001）

[5]中华人民共和国国家标准《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-2007）