温度变化对组合型钢支撑伺服系统的影响.pdf

江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤0引言城市化水平的提高意味着更多大城市尧 特大城市不断出现袁城市规模扩大导致人口扩充袁使得城市人均用地出现不足袁随着超高层建筑尧地下空间在城市建筑中的发展袁 基坑围护的面积和深度有了更高的要求遥 而基坑支护和主体结构的施工对周围环境的影响不容忽视袁 因此在周围环境较为复杂的城市地区袁基坑工程设计更加趋于保守袁设计时需考虑的第一要素也逐渐转变为施工过程中基坑的变形控制1遥为使基坑变形安全可控且满足绿色施工的需要袁组合型钢支撑技术得到了发展遥 组合型钢支撑是采用多根 H 型钢搭接而成袁型钢之间采用高强螺栓连接2遥 相较于传统的钢管撑袁具有节点强度大尧整体抵抗变形能力强尧安装拆除较为便利等优点3遥Orourke尧Mana 及 Clough 在研究的过程中发现给支撑施加预应力可在一定程度上控制基坑的变形袁但预应力的施加并不是越大越好遥 研究表明预应力应控制在一定范围内袁一般取支撑设计轴力值的 75%4-6遥但预应力钢支撑在基坑施工过程中易受外界环境影响而导致支撑轴力损失袁严重时甚至会使支撑失效曰且支撑为被动受力袁只能在基坑发生位移后再进行控制遥 针对这一情况袁伺服系统技术应运而生遥其使用微电脑对支撑内部轴力进行实时的监温度变化对组合型钢支撑伺服系统的影响蔡训渊上海长凯岩土工程有限公司袁上海 200082冤摘要针对深大基坑的低变形控制要求袁组合型钢支撑技术发展日益成熟遥 钢支撑通常会施加预应力袁但预应力易受外界影响导致预应力损失袁有一定安全风险遥 因此伺服系统技术应运而生袁通过伺服系统微电脑的轴力实时监测系统袁可有效了解组合型钢支撑受温度影响而产生的轴力变化袁进而为设计提供参考袁对冬季组合型钢支撑的安全和伺服系统的合理应用有重要作用遥关键词深大基坑曰组合型钢曰伺服系统曰温度变化中图分类号 TU473.2文献标志码 B文章编号1005-6270渊20圆3冤03-0110-04Influence of Temperature Change on Servo System of Composite Section Steel SupportCAI Xun渊Shanghai Changkai Geotechnical Engineering Co.,Ltd袁Shanghai 200082 China冤Abstract院In view of the low deformation control requirements of deep and large foundation pits,the technologyof composite steel bracings has become increasingly mature.The steel support usually exerts prestress,but theprestress is easily affected by the outside world,leading to the loss of prestress,which has certain safety risks.Therefore,the servo system technology came into being as the times require.Through the real-time monitoringsystem of the axial force of the servo system microcomputer,we can effectively understand the changes of theaxial force caused by the temperature of the composite steel support,and then provide a reference for thedesign.It plays an important role in the safety of the composite steel support in winter and the reasonableapplication of the servo system.Key words院deep and large foundation pit;composite section steel;servo system;temperature variation收稿日期圆园22鄄11鄄22作者简介蔡训袁男(1994-)袁上海长凯岩土工程有限公司袁助理工程师袁主要从事岩土工程设计及咨询工作遥110江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤图 2典型剖面图测分析袁通过控制安装在支撑内部的千斤顶伸缩以达到控制支撑内部轴力的目的袁将支撑内部轴力始终保持在一个相对安全尧稳固的范围内遥贾坚等人针对上海某商业广场深基坑工程的高变形控制要求袁首次提出使用钢支撑轴力伺服系统7遥 赵自强以上海某地铁深基坑工程为例袁在使用伺服系统后袁 深基坑变形控制效果较为显著8遥陈冠良通过对上海某车站主体基坑钢支撑伺服系统的研究袁发现伺服系统会因温度变化而产生轴力波动袁但变化总体可控袁基坑仍处于安全范围内9遥1基坑概况本项目周边环境较为复杂渊图 1冤袁南临在建火车站袁三侧为待建地下环路袁场地内下穿一条在建地铁线袁环境保护等级较高袁基坑对于变形较为敏感遥基坑开挖范围内涉及的土层描述见表 1尧表 2遥为了更好地保护临近地铁线路袁本项目拟采取以下针对性措施院渊1冤针对下穿地铁线袁基坑进行分坑处理袁且坑内采用一道组合型钢支撑配合伺服系统主动控制基坑变形遥渊2冤将场地内标高统一降低至-4.0 m袁降低基坑开挖深度袁以控制土压力袁减少变形遥渊3冤坑边严禁超载尧堆载以及行走重车遥本项目基坑包括东区和西区袁基坑一般区域开挖深度约 23.15 m袁局部深坑落低最大约 3.3 m袁基坑西区与东区之间为一条在建地铁线袁 基坑变形控制要求较高袁故本工程安全等级为一级遥 基坑东区划分为 A1尧A2尧A3 区袁A1 区院基坑面积约 20 500 m2袁周长约 575 m袁开挖深度约 14.95 m曰A2 区院基坑面积约 6 000 m2袁周长约 337 m袁开挖深度约 23.15 m曰A3 区院基坑面积约 1 000 m2袁周长约 145 m袁开挖深度约 23.15 m遥文章主要涉及 A2 区域袁A2 区坑内设置一道预应力型钢组合支撑袁 支撑轴力报警值为 1 500 kN遥典型剖面 椎800 灌注桩袁桩长 24.0 m袁组合型钢支撑杆件尧型钢立柱及连接立柱的横梁尧拉梁均采用H400伊400伊13伊21 型钢袁 并且均以 10.9 级 M24 高强螺栓连接袁 螺栓材料为 20MnTiB袁 施加预应力105 kN袁典型剖面见图 2遥伺服系统要求如下院渊1冤 钢支撑轴力伺服系统应具备 24 h 实时监控袁低压自动补偿尧高压自动报警袁全方位多重安全保障曰渊2冤伺服系统由无线分布式泵站组成袁独立控制各油路通道袁对千斤顶进行油压和行程的双控曰渊3冤支撑轴力伺服系统是由补偿节渊千斤顶冤尧无线分布式数控泵站及软件系统共同组成渊图 3冤遥系统由若干个无线分布式数控泵站组成袁每个数控表 1 土层分布描述层序土层名称颜色其他性质淤1盂榆2虞1虞2杂填土淤泥质粉质黏土粉质黏土夹粉土粉质黏土含沙粉质黏土杂色灰色灰黄色灰黄色灰黄色软塑流塑软可塑硬可塑软可塑表 2设计采用的各土层物理力学指标层序土层重度酌/渊kN 窑 m-3冤粘聚力c/kPa内摩擦角渍/毅淤1盂榆2虞1虞2杂填土淤泥质粉质黏土粉质黏土夹粉土粉质黏土含沙粉质黏土18.5017.2318.6219.4418.8212.012.227.541.633.810.08.213.516.26.1图 1基坑周围环境图111江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤泵站间独立控制互不影响袁同时每个数控泵站具有4 路及以上独立油路通道袁可实现 4 个及以上千斤顶的独立控制遥 数控油泵内置油压与位移传感器袁可实现油压与行程的双控曰渊4冤单个伺服油压千斤顶渊图 4冤应提供最大500 t袁压力精度应达到 0.5%FS袁位移分辨率应达到0.1 mm袁位移精度应达到 0.5%FS袁可传输距离应达到1.0 km 以上渊空旷场地冤遥2伺服系统轴力随短期温度变化传统钢支撑轴力变化受温度影响较大袁最大可达 30%左右遥 为了探究型钢组合支撑轴力大小与短期温度变化的关系袁在 2021 年冬季的 12 月份到来年 3 月份对组合型钢伺服系统的轴力进行连续监测遥 选取同一监测点每个月中温差较大的一天绘制伺服系统的轴力变化袁见图 5要图 8遥由图 5渊a冤可知监测期间袁12 月 7 日气温变化范围为 3 益耀16 益袁 总计 8 个伺服点位轴力变化范围为 535 kN耀1 727 kN袁变化幅度为 1 192 kN袁其中伺服点位 2-3 受温度变化而产生的轴力变化最为明显袁其轴力变化差值达 1 015 kN遥 型钢组合支撑的轴力受温度变化幅度约占最大轴力的 61.7%袁占比较大遥由图 5渊b冤可知监测期间袁1 月 6 日气温变化范围为 3益耀12益袁总计 8 个伺服点位轴力变化范围为844 kN耀1 284 kN袁变化幅度为 440 kN袁其中伺服点位 2-3 受温度变化而产生的轴力变化最为明显袁其轴力变化差值达 203 kN遥型钢组合支撑的轴力受温度变化幅度约占最大轴力的 17.7%袁占比较小遥由图 5渊c冤可知监测期间袁2 月 5 日气温变化范围为 0 益耀8 益袁 总计 8 个伺服点位轴力变化范围为 911 kN耀1 889 kN袁变化幅度为 978 kN袁其中伺服点位 2-3 受温度变化而产生的轴力变化最为明显袁其轴力变化差值达 743 kN遥型钢组合支撑的轴力受温度变化幅度约占最大轴力的 44.3%袁占比较大遥由图 5渊d冤可知监测期间袁3 月 4 日气温变化范围为 9益耀19益袁 总计 8 个伺服点位轴力变化范围为 821 kN耀1 867 kN袁变化幅度为 1 046 kN袁其中伺服点位 2-3 受温度变化而产生的轴力变化最为明显袁其轴力变化差值达 951 kN遥 型钢组合支撑的轴力受温度变化幅度约占最大轴力的 52.2%袁 占比较大遥支撑轴力变化趋势与温度变化趋势基本一致袁随着一天中温度的升高轴力逐渐变大袁在上午 7 点左右达到轴力最大值袁 在下午 14 点左右达到轴力最大值遥 其中轴力变化最明显的点位位于基坑角部袁邻靠在建地铁项目深基坑工程袁地铁项目基坑已开挖到底袁因此该侧变形相对较大袁故伺服系统轴力变化也较为明显遥其中轴力变化最大的一天为 12 月 7 日袁 其变图 3 分布式数控泵站图 4伺服油压千斤顶图 5 轴力变化渊a冤 12 月 7 日渊b冤 1 月 6 日渊d冤 3 月 4 日渊c冤 2 月 5 日112江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤化差值占设计轴力报警值 1 500 kN 的 63.4%袁这说明伺服系统对于温度变化较为敏感遥3伺服系统轴力随长期温度变化为了探究型钢组合支撑轴力大小与长期温度变化的关系袁在 2021 年冬季的 12 月份到来年 3 月份对组合型钢伺服系统的轴力进行连续监测遥由图 6 可知监测期间袁4 个月的最低气温变化范围为-2 益11 益袁 总计 8 个伺服点位最小轴力变化范围为 318 kN耀613 kN袁变化幅度为 295 kN曰由图 7可知监测期间袁4 个月的最高气温变化范围为 3 益20 益袁 总计 8 个伺服点位最大轴力变化范围为1 655 kN耀2 013 kN袁变化幅度为 358 kN遥伺服点位 2-12-8 4 个月以来最小轴力变化依次为 490 kN1 183 kN尧459 kN1 355 kN尧317 kN1 326 kN尧513 kN1 581 kN尧528 kN1 336 kN尧418kN1233kN尧612kN1332kN尧556kN1436kN遥伺服点位 2-12-8 4 个月以来最大轴力变化依次为 897 kN1 655 kN尧1 013 kN1 804 kN尧952 kN1 842 kN尧967 kN2 012 kN尧816 kN1 813kN尧938kN1867kN尧953kN1817kN尧935kN1911kN遥伺服系统整体轴力变化与温度呈反比趋势袁当温度较高时袁 伺服系统轴力相对较低曰 当温度降低时袁伺服系统的轴力相对增加遥其中伺服点位 2-4 轴力变化最为明显袁 型钢组合支撑的最小轴力变化幅度约为 1 068 kN袁 最大轴力变化幅度约 1 045 kN袁其 变 化 差 值 占 设 计 轴 力 报 警 值 1 500 kN 的71.2%袁占比较大袁因此由于温度而引起的伺服系统轴力变化需格外注意遥4结语文章结合杭州某实际工程袁通过长期数据监测分析伺服系统组合型钢系统受温度变化的影响袁根据实测证明温度变化对于伺服系统轴力的影响是客观存在且显著的袁并得出以下结论院渊1冤 伺服系统的轴力与温度的变化呈线性关系袁在 24 h 内伺服系统轴力与温度呈正相关关系袁变化最显著处温度每升高 1益伺服系统轴力提高渊下转第 137 页冤渊a冤2-1渊最小轴力冤渊b冤2-2渊最小轴力冤渊c冤2-3渊最小轴力冤渊d冤2-4渊最小轴力冤渊e冤2-5渊最小轴力冤渊f冤2-6渊最小轴力冤渊g冤2-7渊最小轴力冤渊h冤2-8渊最小轴力冤图 6最小轴力变化渊a冤2-1渊最大轴力冤渊b冤2-2渊最大轴力冤渊c冤2-3渊最大轴力冤渊d冤2-4渊最大轴力冤渊e冤2-5渊最大轴力冤渊f冤2-6渊最大轴力冤渊g冤2-7渊最大轴力冤渊h冤2-8渊最大轴力冤图 7 最大轴力变化113江苏建筑圆园23 年第 3 期渊总第 228 期冤渊2冤相较于采用河砂尧石灰岩碎石等常规骨料制备的普通混凝土袁全部或部分采用磁铁矿骨料制备的重混凝土比热增加尧绝热温升降低袁有利于温度裂缝控制袁 但其线膨胀系数和自收缩同样增大袁成为裂缝控制的不利因素遥渊3冤磁铁矿重混凝土力学强度尧抗裂性能等各方面均优于重晶石重混凝土袁采用磁铁矿制备防辐射重混凝土在性能上具有显著的优越性遥渊4冤掺入沸石粉内养护材料对磁铁矿重混凝土进行改性袁7 d 线膨胀系数较改性前降低了约13%袁不同龄期自收缩降低超过了 20%袁对于提升重混凝土抗裂性能具有较好的效果遥参考文献1周平坤.核辐射对人体的生物学危害及医学防护基本原则 J.首都医科大学学报袁2011袁32渊02冤院171-176.2杨植宗袁等.核辐射及其安全防护J.物理通报袁2012渊02冤院117-120.3周声雷.核辐射及其安全防护策略分析C椅中国医学装备协会.中国医学装备大会暨 2021 医学装备展览会汇编袁2021院90-92.4丁华营袁陈昆鹏袁等.医院直加机房防辐射大体积混凝土施工技术J.施工技术袁2021袁50渊09冤院32-34.5李世昌袁王闯袁等.低收缩辐射防护重混凝土研究J.建筑技术袁2022袁53渊07冤院894-898.6侯景鹏袁陈群袁等.钢渣和粉煤灰对重混凝土性能的影响J.混凝土与水泥制品袁2020渊11冤院92-95.7翁云翔袁朱李俊袁等.钢渣应用于重混凝土研究进展J.上海建材袁2015渊03冤院24-26.8刘水建.铁砂混凝土配合比设计J.绿色环保建材袁2021渊06冤院15-16.9王小岐.刚构连续梁梁端配重铁砂混凝土应用J.四川建筑袁2013袁33渊02冤院197-198.10 武军录.磁铁矿混凝土早期收缩试验研究D.杭州院浙江大学袁2012.11 马奉公袁张进涛.超厚大体积重混凝土施工质量控制J.混凝土与水泥制品袁2015渊09冤院83-85.12 何坚强.改性沸石调控水泥基材料流变和收缩特性研究D.广州院广州大学袁2022.13 丁小平.基于多孔颗粒内养护的低收缩混凝土设计及相关性能研究D.北京院清华大学袁2019.115 kN曰渊2冤伺服系统的轴力与长期的温度变化呈反比关系袁在实测的 4 个月内随着温度的逐渐降低袁伺服系统轴力在逐渐升高曰后续温度回升袁伺服系统轴力也有所下降曰渊3冤伺服系统对于温度变化的敏感程度是显而易见的袁因此设计尧施工及监测人员在实际工程中需多加考虑遥参考文献1 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