衢州火车站天桥监测检测方案

1、中南大学Civil Engineering Inspection and Test Limited Company of Hunan University衢州铁路站天桥改造工程人行天桥钢结构监测检测方案中 南 大 学湖南铁院土木工程检测有限公司二O一六年五月衢州铁路站天桥改造工程人行天桥钢结构监测检测方案一、 监测检测试验概况工程位于浙江省衢州市高铁站，钢结构包括原天桥桁架下弦杆加固及天桥柱移位。天桥桁架下弦杆加固范围为QL*QJ*/Q5、Q6轴线；需移位天桥柱为QK*、QJ*/Q5、Q6。钢柱移位的顺序为：设置临时支撑拆除旧钢柱安装新钢柱拆除临时支撑。图1 天桥钢结构设置（一）设置临时支撑，

2、桁架下方四根临时支撑顶住桁架。支撑顶部设置液压顶升装置，且设置与顶升装置等高的临时支撑钢管，桁架下弦底部与顶升装置接触部分设置50mm厚钢板进行加固。图2 设置临时支撑（二）上部桁架腹杆施工，补齐上部桁架构件。图3 上部桁架腹杆施工（三）焊接辅助桁架，以支撑原人行天桥桁架下弦杆。图4 焊接辅助桁架（四）即有钢柱切掉一段后进行节点替换图5 即有钢柱切掉一段后进行节点替换（五）即有钢柱切割后，安装新钢柱。图6 安装新钢柱在施工过程中，人行天桥在不同的施工过程中受力不同，可能导致钢结构整体失稳、局部构件和节点的破坏，并且有可能导致结构局部屈曲和失稳。为掌握钢结构施工过程的各项指标（如杆件和节点受力状

3、态、结构横向和竖向位移值等），保证钢结构的施工安全性，根据设计院和施工方的要求，特制订本监测检测试验方案。二、监测检测的目的和依据（一）监测试验的目的1.及时了解和掌握人行天桥钢结构及其邻近屋架结构在施工过程中真实的受力和变形状况；2.必要时，为天桥改造施工方案提供技术参考；3. 对钢结构的对接焊缝进行超声波检测，保证钢结构施工质量。4.为后续工程施工积累经验。（二）监测试验的依据1.滁州站天桥改造施工方案；2.建筑变形测量规程JGJ82007；3.工程测量规范GB500262007；4.精密工程测量规范GB/T1531494；5.中、短程光电测距规范GB/T1681897；6.国家三角测量规

4、范GBT179422000；7.国家一、二等水准测量规范GB/T128972006；8.新建铁路工程测量规范TB10101-1999；9.建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002；10.市政桥梁工程质量检验评定标准；CJJ2-2008；11.铁路钢桥制造及验收规范；TB10212-98；12.中厚板超声波检测方法GB/T2970-2007；13.钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析GB/T11345-1989；14.钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级； GB3323 -2005。三、监测试验的范围和内容（一）监测试验的范围滁州站人行天桥改建工程钢结构的几何变形和应力状况，监测工况为：设置临

5、时支撑拆除旧钢柱安装新钢柱拆除临时支撑。监测检测的范围是整个滁州站人行天桥改建工程钢结构施工区域。（二）监测试验的内容监测试验内容主要包括：钢结构的x和y向（即平面）位移监测，以及z向（即高程）位移监测；钢结构的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座的正弯矩和相应的负弯矩；具体试验项目如下： 注：012数字为单侧节点编号；为单侧桁架梁单元编号图7 钢结构监测位置图表1：钢结构监测试验的具体工程数量序号监测对象监测内容布点位置设计工作量备注1钢结构1）X、Y、Z位移监测0-14左右两边主桁架节点处 反射片 302）关键截面的弯矩-平行于主桁架单元 应变片 1003）关键撑杆的轴力-平行于斜杆

6、应变片 30合 计反射片 30应变片 130 钢结构单侧应变监测点布设图 注：为应变计，为反射片。0，12,13,14节点如图其他节点布设。图8 钢结构单侧应变监测点布设图 （三）Midas建模分析 （1）人行天桥原结构图9 人行天桥原结构下部支撑结构弯矩图 图10人行天桥原结构上部桁架结构受力图（2）设置临时支撑 图11设置临时支撑下部支撑结构弯矩图 图12设置临时支撑上部桁架结构受力图（3）拆除原柱 图13拆除原柱下部支撑结构弯矩图 图14拆除原柱上部桁架结构受力图（4）安装新柱 图15安装新柱下部支撑结构弯矩图 图16 安装新柱上部桁架结构受力图（5）拆除临时支撑 图17拆除临时支撑下部

7、支撑结构弯矩图 图18拆除临时支撑上部桁架结构受力图 临时支撑附近的桁架内力和梁的弯矩最大，所以在临时支撑附近梁和桁架单元布设应力计和应变片。四、具体监测试验方案（一）几何变形监测试验1.总体技术方案（1）钢结构变形监测试验的核心内容是对上述结构各重要点的空间位置变化进行精密观测，通过观测布设在结构物体关键部位的反射片三维坐标在一定时期内变化来实现，三维坐标变化包括水平位移和沉降。（2）监测精度指标：水平位移 ±1.0mm；沉降 ±1.0mm。（3）监测点的观测频率以能系统反映变形过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据钢结构的实际变形状态分析确定。观测频率原则如下： 若出现较大

8、变形或异常情况，则相应加大观测频率；若出现危险情况，则连续不间断监测；变形趋于稳定，观测频率则适当减少。（4）根据现场条件，采用由基准点监测工作基点、再由工作基点监测变形点的两级观测层次。（5）水平位移监测采用边角网方案，以精密光电测距为主，方向观测为辅。观测精度设计指标：光电测距中误差不大于±1.0mm；方向观测中误差不大于±2.0。（6）沉降监测采用精密几何水准和精密三角测量，几何水准按一级变形观测指标作业，观测路线布设成多个闭合环，每次观测前作i角检核校正，其它要求按国家一、二等水准测量规范执行。（7）为提高初始值的可靠性，首次观测（零周期）的观测量加倍。（8）基准网

9、的复测周期根据基准点和工作基点的稳定情况确定。（9）变形检验在以稳定点或相对稳定点定义的参考系下，以相邻两周期平差值之差与两倍测量中误差相比较，并综合考虑前若干期的成果。2.平面基准网基准点指远离施工场地，且本身稳定用于检核和观测工作基点稳定性的点；工作基点指基本稳定、且靠近结构物，用于测量变形点的位置或沉降变化的点（对水平位移监测，工作基点埋设带强制对中的观测墩）；监测点指埋设在变形体上反映监测对象变形的点。（1）平面工作基准点布设采用强制对中固定观测墩，安装精密型不锈钢强制对中盘，轴套和插轴公差小于0.1mm。（2）基准点在后期使用时仍需作稳定性检验；工作基点则以基准点为参考系进行稳定性检

10、验。（3）平面基准网观测采用边角网方案，以精密光电测距为主，方向观测为辅，精度指标根据监测要求确定，并考虑精度裕量，不采用等级标准。观测精度设计指标：测距中误差不大于±1.0mm/km；方向观测中误差不大于±1.0。成果精度设计指标：最弱点的坐标中误差不大于±0.7mm，点位中误差不大于±1.0mm；最弱相邻点的相对坐标中误差不大于±0.7mm，相对点位中误差不大于±1.0mm。（4）光电测距依据中、短程光电测距规范、精密工程测量规范作业，并以工业测量方法确定随机加常数，由于距离较短，不考虑“气象代表性误差”影响。（5）方向观测依据国

11、家三角测量规范、精密工程测量规范作业，每次观测前进行轴系检核校正，保证轴系偏差存储值为实际值；观测过程中尽量保持照准部水准气泡居中，以保证置平误差始终处于补偿器最佳补偿范围内。（6）粗差检验采用M估计的选权迭代法，取Huber权函数。（7）作为首次观测（零周期），平差计算采用独立固定基准下的附有限制条件的间接平差，Helmert方差分量定权。平差过程中同时对点位、边长、方位角、相邻点相对点位的中误差进行精度评定。3. 高程监测网（1）在结构周围的稳定位置布设23个高程基准点，采用水准点标志。（2）高程基准网观测采用精密几何水准或精密三角高程，按一级变形观测指标作业，观测路线布设成多个闭合环，采

12、用一级变形观测指标：每测站高差中误差不大于±0.15mm。观测路线布设成多个闭合环。每次观测前作i角检核校正，水准标尺选用铟钢尺，其它要求按国家一、二等水准测量规范执行。（3）粗差检验方法同平面基准网。（4）控制网基准和平差方法的选择同平面基准网。（5）嵌岩基准点和水准基点的稳定性检验同平面基准网。4. 水平位移（x和y向）监测钢结构的水平位移，包括x和y向。水平位移监测方法采用方向交会和距离交会，交会角控制在30°150°之间，观测数据整体构网平差。在工作基点观测墩设置高精度LeicaTCA1201测量机器人（测角±1, 测距±1+1ppm）

13、，强制对中，每1监测点安装1片反射片，实现对“水滴”钢结构等的高精度实时三维监测（几何变形），确保站房结构施工安全。具体技术要求如下：（1）平面监测的精度设计指标：监测点对相对于观测控制点对的坐标中误差不大于±1.0mm。（2）首次观测（零周期）的观测量加倍。（3）变形检验在以稳定点或相对稳定点定义的参考系下，以相邻两周期平差值之差与两倍测量中误差相比较，并综合考虑前若干期的成果。（4）变形的物理解释应确定变形体变形与变形因子之间的函数关系，并对引起变形的原因作出分析和解释，以预报变形发展趋势。根据需要和条件，采用回归分析或函数模型法。图19 三维位移测量控制点 图20 三维位移测量

14、监测点图 图21 强制对中盘（工作基点）5.竖向位移（z向）观测竖向位移观测钢结构的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座处的竖向位移观测。监测方法以精密几何水准测量（以天宝DINI 03高精度数字水准仪（±0.3mm/km）或DINI 11高精度数字水准仪（±0.4mm/km施测）为基准，精密测量常规检核；使用LeicaTCRA1201+测量机器人，在不同基准点设站，采用精密三角高程差分方法日常监测 。沉降监测点使用反射片，避免在钢梁上焊接杯托，影响钢结构美观。水准高程和精密三角高程间的高差传递采用固定焊接小棱镜杯托（如图21）的方式进行。图21 竖向位移测量工作基准图

15、22 临时支撑竖向位移监测点几何水准法观测时，依据各工作基准点和监测点的分布情况，按如下步骤进行：（1）布设水准路线水准路线布设的基本原则是，首先根据“水滴”钢结构等监测点的分布情况，布设首级控制网（起闭于水准基点），观测各基准点与工作基点的高程；然后布设次级水准网（起闭水准基点或工作基点），观测各沉降点高程。首级和次级水准网一般布设成闭合水准路线或水准网，具体采用那种路线，根据观测点分布情况和建筑物密集程度决定。在布设水准路线时，为确保前后视距差满足二级精度要求，同时满足变形监测的“三定”要求（路线固定、仪器固定、人员固定），要量测出每次仪器的安置位置，并用红油漆或钢钉在地面做出标记，固定观

16、测路线。（2）水准观测水准测量时，每次应根据预先选定的水准路线进行观测，各站的观测顺序为：后、前、前、后。测定个别困难地段的沉降点高程时，也可采用支点观测，但支点站数不得超过2站，且支点观测必须进行两次观测。为保证高程基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并作出分析判断，以保证观测成果的可靠。（3）使用仪器使用仪器必须是经过国家批准的计量检定部门进行检定并取得合格证书的仪器，使用徕卡DINI 12高精度数字水准仪（±0.3mm/km）或DINI 11高精度数字水准仪（±0.4mm/km）。每次观测前作i角检核校正，水准标尺选用铟钢尺，其它要求按国家一、二等水准测量规范

17、执行。（4）水准闭合环站数的确定采用一级变形观测标准：每测站高差中误差不大于±0.15mm。观测路线尽量布设成多个闭合环。假设使用仪器的精度是每公里往返测高差中数偶然中误差为0.3mm，视线长度50m，设每公里的平均测站数为16站，则每站的高差中误差为：。设一沉降水准环线共n站，i为环线上任一点，n1、n2分别为基点至i点的测站数。设为每测站的高差中误差，Hi1、Hi2分别为从两条水准路线(起于同一基点)推算到i点的高程。若不考虑起始误差的影响，则Hi1、Hi2的中误差分别为： ； 因i点高程Hi取Hi1和Hi2的加权平均值，即：因此i点的高程中误差可按加权平均值中误差公式计算：根据

18、误差理论，水准环线的最弱点是环线的中点，即当n1=n2=n/2时，值为最大，即：由于沉降量S是由前后两次所测高程求出的，即：，则S的中误差为：，最弱观测点其沉降量的中误差为：按变形监测一级精度进行水准测量，取0.25mm，按前述取0.1mm，则可得到沉降水准环线的站数n=25。（5）数据记录及处理所有观测数据由DINI 12（DINI 11）自动记录，观测过程中的各项限差完全按规范要求进行设置，并由DINI 12（DINI 11）自动进行控制。观测完毕，将观测数据传入电脑，通过监测系统对观测原始数据进行数据处理、平差计算、计算各点的高程及变化量、累积变化量和变形过程曲线图。（二）应力应变等力学

19、性能监测试验针对相应位置贴应变片（具体见表1所示），以监测上述结构的应力变化和分布情况，评估结构物的可靠度。（1）总体技术方案观测频率如下：日常一天观测两次，施工作业期间设置临时支撑：临时支撑施工期间每3小时观测一次，24小时不间断观测，直至临时支撑施工完毕后3天；拆除旧钢柱：拆除旧钢柱施工期间每3小时观测一次观测一次，24小时不间断观测，直至临时支撑施工完毕后3天；安装新钢柱：安装新钢柱施工期间每3小时观测一次，24小时不间断观测，直至临时支撑施工完毕后3天；拆除临时支撑：拆除临时支撑每3小时观测一次观测一次，24小时不间断观测，直至临时支撑施工完毕后3天。 若出现较大变形或异常情况，则相应

20、加大观测频率；若出现危险情况，则连续不间断监测；变形趋于稳定，观测频率则适当减少。（2）布设位置应变布设分扭矩、弯矩测试两种情况，其中扭矩需在截面4面上对称布设8片、弯矩测试需在截面上下或左右两面对称布设4片，采用四芯屏蔽线、半桥测试法。 图23 应力监测控制室图24 应力监测现场作业（三）数据分析与预测工程建筑物的空间特性和动态变化是变形监测和分析的主要内容。其方法是选定某些特征点，对其周期性地进行重复观测，通过数据处理，研究被监测点群的沉降、水平位移等随时间变化规律，寻找一种能够较好反映数据变化规律的函数关系，对下一阶段的监测数据进行预测，预测监测点可能出现的最大位移值或应力值，以预测建筑

21、物和结构的安全状况，评价施工方法，确定工程措施。五、天桥钢结构焊缝检测方案（一）焊缝检测内容（1）除注明外，所有顶板、底板和腹板的横向和纵向对接焊缝；顶板、底板、腹板上的纵肋的对接焊缝均采用坡口全熔透焊，钢箱梁梁段间工地连接全部采用焊接，对接接头均采用单面焊双面成型，全部要求熔透，焊接质量等级为一级；（2）其它对接焊缝；顶板、底板与腹板之间的纵向焊缝；钢箱梁各板件间的所有连接焊缝。梁柱连接翼缘对接焊缝、主次梁刚接节点等级为二级；（3）其它焊缝（主要包含桥面附属设施、角焊缝）质量等级为三级，其外观质量应符合钢结构工程施工质量验收规范二级焊缝的规定。除说明外，加劲板与梁的焊缝为双面贴角焊缝，焊脚高

22、度 hf=0.5t，t为板厚。（二）焊缝检测要求所有焊缝均应进行外观检查。对所有的对接全熔透焊缝进行超声波探伤，抽检率为100。对其它全熔透焊缝进行超声波探伤，一级焊缝自检率为100%，第三方检测单位抽检率为100；二级焊缝自检率为100%，第三方检测单位抽检率为每条焊缝20，并且不少于200mm。焊缝经检测不合格者可以返修，同一部位返修次数不应超过2次。探头移动区应清除焊接飞溅、铁屑、油污及其他外部杂质。有 Z向性能要求的钢板必须进行超声波检查，Z15级钢板应对每一张原轧钢板进行超声波检查。（三）焊缝质量检测方法（1）设计要求全焊透的一、 二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，超声波探

23、伤不能对缺陷作出判断时，应采用射线探伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法GB11345或钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级GB3323的规定。（2）一级、二级焊缝的质量等级及缺陷分级,应符合表1的规定。检查数量：全数检查。检验方法：检查超声波探伤记录。表2 一、二级焊缝质量等级及缺陷分级焊缝质量等级一级二级内部缺陷超声波探伤评定等级检验等级B级B级探伤比例100100内部缺陷射线探伤评定等级检验等级AB级AB级探伤比例100100注：探伤比例的计数方法应按以下原则确定：（1）对工厂制作焊缝，应按每条焊缝计算百分比，且探伤长度应不小于200mm时

24、，应对整条焊缝进行探伤；（2）对现场安装焊缝，应按同一类型、同一施焊条件的焊缝条数计算百分比，探伤长度应不小于200mm，并应不小于1条焊缝。（3）T形接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接和角对接组合焊缝，其焊脚尺寸不应小于t/4（如图25）；设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上翼缘连接焊缝的焊脚尺寸为t/2，且不应大于10mm。焊脚尺寸的允许偏差为04 mm。检查数量：资料全数检查；同类焊缝抽查10%，并不应少于3条。检验方法：观察检查，用焊缝量规抽查测量。图25 焊脚尺寸（4）焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷，且一级

25、焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。 检查数量：每批同类构件抽查10%，但不应少于3件；被抽查构件中，每一类型焊缝按条数抽查5%，但不应少于1条；每条检查1处，总抽查数不应少于10处。检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查，当存在疑义时，采用渗透或磁粉探伤检查。（5） 二级、三级焊缝外观质量标准应符合标准的规定。三级对接焊缝应按二级焊缝标准进行外观质量检验。检查数量：每批同类构件抽查10%，但不应少于3件；被抽查构件中，每一类型焊缝按条数抽查5%，但不应少于1条；每条检查1处，总抽查数不应少于10处。检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查。（6） 焊成凹形的角焊缝，

26、焊缝金属与母材间应平缓过渡；加工成凹形的角焊缝，不得在其表面留下切痕。检查数量：每批同类构件抽查10%，但不应少于3件。检验方法：观察检查。（7）焊缝感观应达到：外形均匀、成型较好，焊道与焊道、焊道与基本金属间过渡较平滑，焊渣和飞溅物基本清除干净；对焊缝磨平或磨光的具体要求由业主单位、设计单位、总包单位、监理单位和加工单位根据首批构件加工效果共同确认。打磨后的焊缝余高的允许偏差，应符合国家标准的规定。检查数量：每批同类构件抽查10%，但不应少于3件；被抽查构件中，每种焊缝按数量各抽查5%，总抽查处不应少于5处。检验方法：观察检查和焊缝量规检查。（四）焊缝超声波探伤检测焊缝的超声波检测：可用直射声束法或斜射声束法（无需磨平余高）进行检测。实际探伤中，超声波在均匀物质中传播，遇缺陷存在时，形成反射。此时缺陷即可看作为新的波源，它发出的波被探头接收，在荧光屏上被解读。JB/T4730