? 上海东方体育中心综合馆钢结构拆除临时支撑应力监测分析* 上海东方体育中心综合馆钢结构拆除临时支撑应力监测分析*
谭长建
(上海建科院上海市工程结构新技术重点实验室， 上海200023)
摘要：上海东方体育中心综合馆钢结构跨度大、质量大，结构受力复杂。为了确保综合馆在拆除临时支撑施工过程中结构构件应力处于安全范围内，对钢结构的关键构件在拆除临时支撑时的应力进行监测。施工现场监测采用无线应力监测系统，以避免施工现场布线的繁杂以及与施工现场施工的相互影响。通过采用该系统，有效地对钢结构拆除临时支撑过程中的应力进行了监测。
关键词：钢结构； 拆除临时支撑； 应力监测系统
0引言
东方体育中心工程靠近世博园区，包括综合体育馆、游泳馆、室外跳水池、新闻中心及停车场、公交站点等相关配套设施，总用地面积达34.75万m2。综合体育馆上部钢结构主要由10榀跨度达151 m的异形管桁架组合而成的大空间体系构成，结构高43 m、长166 m、宽172 m，地下二层，地上三层。钢结构体系中的10榀钢架截面均为空间倒三角形，单榀钢架质量达550余t。整个综合体育馆工程总用钢量约 6 000 t。
随着国内大型场馆的兴建，越来越多的科研设计单位对大跨度钢结构拆除临时支撑过程开展了监测及科研工作[1-6]。由于钢结构跨度大、质量大，钢结构的组装和焊接都是在临时支撑塔架上进行的，待钢结构合龙后，再把临时支撑拆除(以下简称“拆撑”)。考虑施工拆撑应力变化大，施工中有可能出现事先难以精确估计的诸多影响因素，而且在施工过程中由于各种施工误差，可能造成实际结构的内力和线型与设计不符，因此，为了确保在施工过程中结构受力处于安全范围内，同时保证结构的内力趋近设计的理想状态，需要对钢结构的关键构件在拆撑时的应力进行监测。
1应力监测系统
为保证施工拆撑的安全和施工应力数据的可靠，同时考虑施工现场布线的繁杂以及与施工现场施工的相互影响，因此施工现场监测采用无线监测系统。无线监测系统主要包括三个子系统：传感器子系统、数据采集与分析子系统以及数据管理与分析子系统。传感器子系统主要是用来采集钢结构在拆撑过程的应力，为满足施工检测的长期性并能保证足够的精度，在施工应力监测过程中使用美国基康振弦型应变计BGK4000。将仪器的两个端块用电弧焊接或螺栓或粘结固定在钢结构表面以监测钢结构的应变，内置温度传感器可同时监测安装位置的温度。
数据采集与分析子系统主要由数据采集及发射仪、接收仪、计算机等组成。主要无线通讯硬件包括：SJ-NC无线网络控制器、SJ-VW单通道振弦信号采集器或SJ-VW-4四通道振弦信号采集器(图1)。可对多种采集器进行直接的采集控制，能方便地应用于户外测试和实验室测试，该控制器小巧、方便、实用。该设备通过USB接口与笔记本电脑或台式PC机连接，配套的PC 机软件具有多种采集模式和设置功能，可配合多种传感器进行应变、振动、压力、位移、沉降、倾角以及温度等项目测试，可完成静态采集和动态采集功能。
a—SJ-VW、SJ-VW-4振弦信号采集器；b—SJ-NC无线网络控制器。
图1无线通讯硬件
数据管理与分析子系统主要可以实现对远程采集的数据进行实时查询、实时显示。控制数据采集仪、接收仪、发射仪进行工作，对数据进行采集、接收，并可以对数据进行统计分析。
2拆撑工况
为选择合理的拆撑顺序，将支撑内力安全快速的传递给永久结构，并保证结构在拆撑过程中的变形合理、强度安全，对支撑系统拆除过程进行全过程计算机仿真模拟，并对支撑进行反力和稳定性验算，将整个施工拆撑过程分为5个阶段来进行监测，如表1所示。
表1拆撑工况说明
拆撑步骤工况说明1外围支撑拆除2拆除根部及中部支撑,第1循环3拆除中间段桁架支撑,第2循环4拆除根部及中部支撑,第3循环5拆除中间段桁架支撑,第4循环
支撑拆除原则为：从中间榀桁架向两侧进行循环拆除支撑，先拆除TR1和TR6支撑，再拆撑TR2和TR7支撑TR3和TR8支撑、TR4和TR9支撑，最后拆除TR5和TR10支撑，如图2所示。
图2支撑拆除顺序
3监测测点布置
据前期分析的结果，确定结构在支撑拆除施工期间应力与变形相对较大的部位，进行应力和变形监测。通过对理论计算结果和实测结果的对比分析，确保结构在施工期间的应力在控制范围之内。监测测点布置示意如图3所示。
a—1榀桁架;b—2榀桁架;c—5榀桁架。
图3桁架测点布置
4应力监测结果及分析
通过测试结果可以发现，在拆撑过程中，外围、根部及中部支撑拆除时应力变化相对较小，中间段桁架支撑拆除时应力变化比较剧烈。同时由于各拆撑阶段，支撑拆除的并不完全同步，导致测试梁杆的应力在不断的变化，整个结构应力不断进行内力重分配。由于测点数据较多，在本文论述中仅给出TR1-1-3、TR1-Z、TR2-1、TR5-1-1四个测点应力变化曲线，如图4所示。通过图4可以看出：各测点应力在拆撑期间波动较大，大多会出现一段时间拉应力，而后随着拆撑的进行全部变为压应力，尤其拆除中间段桁架支撑时，压应力迅速增大。拆撑后，部分测点应力增量理论计算值与实测值比较结果见表2。
a—TR1-1-3;b—TR1-Z;c—TR2-1;d—TR5-1-1。
图4拆撑过程中测点应力变化曲线
表2拆撑后应力增量理论值与实测值对比
测点编号应力理论值/MPa拆撑后应力增量/MPa拆撑前拆撑后理论值实测值检验系数拆撑后应力/MPaTR1-1-37.4-48.8-56.2-63.71.133-56.3TR1-2-1-5.1-39.8-34.7-34.20.985-39.3TR1-Z-8.8-46.3-37.5-31.60.843-40.4TR2-1-1-19.0-39.8-15.8-20.31.284-39.3TR5-1-1-11.2-48.6-34.4-11.30.302-22.5
注：检验系数为拆撑后应力增量实测值与理论值之比；拆撑后应力为拆撑前应力理论值与拆撑后应力增量实测值之和。
通过对桁架上部测点的应力分析可以发现：1榀桁架各测点应力在拆撑期间波动较大，基本上都是出现一段时间拉应力，然后随着拆撑的进行全部变为压应力，应力增量最大为TR1-1-3号测点，超过理论计算值，校验系数为1.133；2榀桁架各测点应力在拆撑期间波动较大，尤其中间段桁架支撑拆除时，压应力迅速增大，两个测点的应力测值均超过理论计算值，TR2-1-1校验系数为1.284，TR2-2-1的校验系数为1.057；5榀桁架虽与1榀和2榀桁架的变化趋势差异较大，各测点应力变化较复杂，但是其实测应力值均未超过理论计算值。虽然1榀、2榀桁架均有测点拆撑后应力增量实测值大于理论值，但是各测点处构件应力整体上仍小于容许应力。
5结论
上海东方体育中心综合体育馆钢结构在拆撑过程中，各榀桁架受力变化比较复杂。各榀桁架在结构中所处的位置以及拆撑过程中施工工序都会对桁架结构的应力产生较大影响。在该工程中采用无线监测系统，即通过安装在结构上的传感器进行采集和发射应变信号，在控制室接受应变信号，并进行数据管理与分析，避免了施工现场布线的繁杂以及与施工现场施工的相互影响。通过上海东方体育中心综合馆钢结构拆撑过程中的应力监控，有效地保证了钢结构的安全，并根据结构内力的变化对现场施工进行了合理的指导，优化了现场施工工序。
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STRESS MONITORING ANALYSIS OF THE STEEL STRUCTURE OF SHANGHAI ORIENTAL SPORTS CENTER GYMNASIUM WHILE REMOVING TEMPORARY SUPPORT
Tan Changjian
(Shanghai Key Laboratory of New Technology Research on Engineering Structure, SRIBS, Shanghai 200032, China)
ABSTRACT：Shanghai Oriental Sports Center Gymnasium is a long-span steel construction with heavy weight and complex structure stress. In order to ensure the stress of steel structure within the safe range during the process of removing temporary support, the stress of the key structural components of the steel structure was monitored. A stress monitoring system based on the wireless data acquisition and transmission platform of static strain was designed to avoid the interaction between the stress monitoring system installation and the steel structure construction. The stress of steel structure was monitored in the process of removing support of steel structure by utilizing effectively the stress monitoring system.
KEY WORDS：steel structure; removing temporary support; stress monitoring system
收稿日期：-01-23
DOI：10.13206/j.gjg09019
*上海市科学技术委员会科研计划项目资助(13ZR1435700)。
作者：谭长建，男，1979年出生，高级工程师。
Email:tanchangjian1979@
