摘要：大型复杂的盘扣式脚手架在施工阶段具有一个逐步变化的不完整结构承受不断变化的施工荷载的受力过程，有必要进行施工过程跟踪监测。本文介绍了振弦式应变计利用弦振频率与张弦力的变化关系来测量应变计所在点的应变的工作原理和特点，指出了它在施工过程跟踪监测应用中的优越性。结合赣州市红旗大道东延沙河段新建工程的隧道工程，进行了施工全过程的跟踪监测，采用弦振应变计监测了盘扣式脚手架表面的应力随施工过程的变化规律，掌握了结构在施工过程中的时变效应。
关键词：盘扣式脚手架；跟踪监测技术；时变结构；振弦式应变计
Abstract：Large complex Button-down scaffolding has a gradual change in the construction stage of incomplete structure bear the stress process of changing the construction load，there is a need for construction process monitoring.Vibrating string type strain gauge are introduced using frequency and pieces of string string vibration force to measure the changes of strain gage point of working principle and characteristics of strain，points out its advantages in construction process monitoring application.Combination of ganzhou city red flag road east shahe period of new construction of tunnel project，the construction of the whole process of tracking，the string vibration strain gauge to monitor the stress of the Button-down scaffolding surface changing with the construction process，to master the time-varying effect of the structure during the construction process.
Key words：Button-down scaffolding；tracking monitoring technology；time dependent structure；vibrating strain gauge
1.前言
为缓解城市交通压力，隧道已成为解决问题的必要手段。在明挖浅埋隧道中，大跨折板拱形隧道具有受力合理，施工方便，节省材料等优点，但同时需解决温度，收缩，徐变和差异沉降等因素导致结构次生应力的问题。次生应力对结构的作用有利有弊，弊端主要是会引起混凝土开裂和增加钢筋应力，由于折板结构横向剖面的各构件过渡段转角变化过快，会对结构次生应力的弊端起到放大作用，因此更加要引起注意。温度，收缩，徐变和差异沉降可统称为间接荷载，它们在结构中引起的应力应变响应是非线性，且相互耦合。目前设计阶段对这些响应的计算问题没有完全解决，需要借助施工现场监测来进行控制；理论方面也缺乏文献参考。因此，借助数值分析方法，结合现场监测数据，得到大跨折板拱形隧道在间接荷载作用下的结构非线性响应规律，对于施工过程中控制次生应力的危害具有重要意义。本文介绍了振弦应变计的原理并结合赣州市红旗大道东延沙河段新建工程的隧道工程进行了施工全过程的跟踪监测，采用振弦应变计监测了盘扣式脚手架表面的应力随施工过程的变化规律，掌握了结构在施工过程中的时变效应，从而为有限元计算提供了对比与验证。
1.1 监测原理
振弦式传感器的敏感元件是一根金属钢弦，它与传感器受力部件连接固定，利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量。振弦式传感器的激振是由一个电磁线圈来完成，当激发脉冲输到磁芯线圈上，磁芯产生一个脉动磁场拨动钢弦，钢弦被拨动后产生一个衰减振荡，切割磁芯的磁力线在磁芯的输出端产生一个衰减正弦波。接受仪表测出此波的频率即为钢弦此刻的自振频率。振弦式传感器输出信息为频率特征，不受导线长度的影响，灵敏度和稳定性也较好，而且可以采用手持式便携应变采集系统进行数据采集，价格相对便宜，不需要外接电源，使用方便，而且所测数据为应力，特别适用于施工现场的跟踪监测。振弦式应变传感器本身具有温度自动补偿和温度监测功能，不需另行设置温度传感器。
图1 振弦式传感器实物图以及安装示意图
Fig.1 The physical map of the vibrating wire sensor and the schematic diagram of the installation
1.2 工程概况
本监测方案为采用YH03-B系列表面应变计。该系统具有体积小巧、轻便等特点，不仅便于布设安装，安装于构筑物表面，监测各种构筑物的应变变化。此次监测采用银河YH640型读数仪读取数据，监测时间为从开始浇筑混凝土时进行同步监测，每浇筑完一次测量一次，至监测结束，视具体情况读取数据。
1.3 现场测试点布置
本次试验在支撑大跨折板拱形隧道的盘扣式脚手架钢管上进行，采用明挖法进行施工。隧道断面采用17.5m+17.5m 单箱双室钢筋混凝土结构，顶板厚度为1.4m，底板厚度为1.6m，箱室边腹板厚度为1.4m，中腹板厚度为1.0m。该隧道顶板采用双折线拱形，拱高6m，跨度为17.5 米。为了有效的反应盘扣式脚手架应力变化规律，及时掌握盘扣式脚手架受力情况，使测试全面并具有代表性，在盘扣式脚手架取同一截面分别布置14个振弦式传感器，布置方法如图2～3所示。
图2 振弦式表面应变计平面布置方案图（mm）
Fig.2 Plan drawing of the plane layout of vibrating string surface strain gauge
｛◆┫｝EZ
图3 部分测点振弦式表面应变计现场布置图
Fig.3 Part of the measuring point vibration string surface strain gauge site layout
1.4 试验结果分析
各个元件在安装之前进行初值的记录，同时在此结构“零应力”状态下进行安装。各个元件在现场施工时同步开始采集数据，施工期间通过读数仪YH50-A0数据采集仪进行数据采集，采集数据的间隔可以自行设置。考虑到现场施工的因素，本工程根据施工的步骤采用浇筑完隧道顶板某一部分采集一次的方式进行数据采集。
图4 钢管支架立杆实测应力曲线图
Fig.4 The measured stress curve of vertical rod of steel pipe support
图5 钢管支架水平杆实测应力曲线图
Fig.5 The measured stress curve of the horizontal bar of steel pipe support
（1）立杆实测结果分析：根据图4可得，各测点的应力在砼浇筑时开始变化，一部分立杆的外测呈受拉状态而内侧呈受压状态，在曲线图上显示同一根立杆的内外两个测点，外侧显示为正应力而内侧显示为负应力。这表明：随着施工阶段砼的连续浇筑，对钢管支架的应力有较大影响。在施工阶段外部环境温度始终保持在十度左右，因此变温引起的应力可以忽略不计。在施工过程中混凝土振动棒的使用时，钢弦计的稳定性也受影响，导致应变数值上下波动。立杆的设计应力是345Mpa，在施工整个阶段仪器测得的最高与最低峰值为289.636Mpa、-235.046Mpa均在可控范围内。在整个施工过程中，要密切注意钢支撑的应力变化，以此来指导施工的顺利进行。
（2）水平杆实测结果分析：根据图5可得，各测点的应变呈非线性变化，在上述中提到立杆在施工过程中某一部分呈现外侧受拉、内侧受压的情况，因此同样在水平杆中应力会呈现为一部分受拉，一部分受压的情况，故曲线图中呈现为正负应力值。监测结果表明：因紧密监测支撑应力的变化，在整个监测过程中曲线图反应了钢管支架有向某一方向倾斜的趋势。水平杆的设计应力为235Mpa，在施工整个阶段仪器测得的最高与最低峰值为57.268Mpa、-39.552Mpa也均在可控范围内。这说明了整个明挖隧道的顶板施工在应力可控的情况下开展，保证了支撑承受的应力处于钢支撑保持稳定的限制应力范围内，以便为后续工作逐渐开展奠定基础。
2 结语
（1）监测与分析基本反映了钢管支撑体系的实际受力特征与状态。
（2）监测与分析表明，钢支撑在明挖隧道施工过程中，呈现了“局部显刚性、整体具有柔性协调内力”的受力状态，使整个钢支撑在施工过程中始终处于稳定安全的状态。钢支撑体系的设计师合理的。
（3）监测与分析表明，现场施工顺序和施工环境对钢支撑体系的稳定具有一定的影响。
（4）实践证明，在高大模板支撑工程中，承插型盘扣式脚手架能更好地保证施工安全、质量和进度，且能节约成本及可装配化的模式，将成为发展的趋势。
（5）该高支模体系的监测结果可以为其他类似工程高支撑支撑体系设计、施工提供参考。
参考文献：
［1］张晓峰.山岭隧道施工云监测系统设计 [J].施工技术，2015.4.
Zhang Xiao Feng.Design of cloud monitoring system for mountain tunnel construction [J].construction technology，2015.4
［2］时炜，温晓龙.承插型盘扣式脚手架在高大模板支撑中的应用[J].建筑施工，2015，37（09）：1091-1093.
Shi Wei，Wen Xiao Long.Socket type Pankou scaffold in the application of high formwork support [J].Building Construction，2015，37（09）：1091-1093.
［3］刘青松.高大跨预应力混凝土结构高支模体系的应力监测[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2011，19（06）：16-19.
Liu Qing Song.Stress monitoring of high formwork system for large span prestressed concrete structure [J].Journal of Anhui Institute of Architecture & Industry，2011，19（06）：16-19.
论文作者:张红卫1,刘为民1,胡凯2,李平1,印长俊2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/13
标签：应力论文; 脚手架论文; 隧道论文; 结构论文; 过程中论文; 应变论文; 传感器论文; 《基层建设》2018年第19期论文;