钢构件的疲劳监测是钢结构健康监测系统的重要组成部分,而在近年图像采集和数据远程传输技术迅速发展的大环境下,将非接触式数字图像测量和识别技术应用于疲劳监测的研究和进展,受到各方专业人士的关注。为实现通过对数字图像中某种参数变化的识别,在出现可辨识的裂纹之前监测到疲劳异常的目标,设计并加工了Q345qD试件进行疲劳试验。试验过程中采用ARAMIS非接触式三维光学测量系统对观测区域进行动态连续拍照,获得疲劳全过程图像,并将图像在测量系统内部转换为数字作为检测量。对比分析疲劳全过程图像所能够获取的力学指标和获取方法,研究数字图像应变及位移参数的形态和应用可行性;对比静载试验中电测应变片与图像应变测量结果,确定非接触式数字图像测量是否满足应用精度要求;研究试件疲劳过程的应变和位移变化规律,对图像的各种数据进行疲劳过程敏感性分析,研究最优参数指标,确定特征点数据提取方案;验证数字图像技术应用于疲劳监测的可行性和实施方案,兼顾客观性和自动化。
研究表明:通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够非接触动态采集测量表面的图像数据,所获取其中任意点的三维应变值和位移值满足精度要求;采用提取截面线均值方法能够有效获取钢构件截面名义应变;通过ARAMIS三维数字图像测量系统能够动态采集测量表面的应变图像数据,获取其中任意点的三维应变值和位移值,由位移指标得到的疲劳异常信息相对较晚,不适合作为疲劳监测的测量参数;确定采用数字图像的应变参数进行疲劳监测具有可行性,提出可在应变等值云图上截取最大应变特征值作为疲劳监测数值系列。所得到的测量数据客观有效、实施性强,是数字图像应用于疲劳监测的最优测量参数。

为重塑西安成为"一带一路"文化核心区,扩大文化交流在西安市内的开展面和贯入度,西安市政府建立"三中心"重点配套公共服务类建设项目——"一带一路"文化交流中心系列公建项目。"一带一路"文化交流中心系列公建项目北地块为400 m超长非对称双塔连体结构,其中150 m空中连桥是国内最大跨度的钢连桥单体。钢连桥重约42 000 kN,与两端塔楼焊接连接,桥身主体由片式桁架、弧形三角桁架及其之间的水平梁撑组成。在连桥一端下部加设有36 m长、4 500 kN重的下加腋结构。连桥投影下方为单、双层地下室的多标高顶板,施工条件复杂。现阶段提升施工的研究,多停留在跨度小、重量轻的连体结构整体提升的理论及实践分析上,而对于包含有上述非常规自身结构特点及各类外部复杂环境的超长超重连桥施工,未有成套的关键技术研究和应用成果。经过对钢连桥施工重、难点的全面分析,结合行业内提升施工的现有案例,项目团队创新研发了一套超大跨度异型钢连桥动态成型施工关键技术,包含超大跨度异型钢连桥动态成型线形控制技术、超大跨度异型钢连桥结构内力控制与应力监测技术、复杂工况下大体量钢连桥拼装施工危险源管控技术。
异型钢连桥在动态成型过程中,加腋结构分步安装使得结构重心持续变动,对于结构成型线形控制提出了更大挑战。150 m大跨度连桥由多节段厚板钢材构件拼装成整体,经分阶段提升动态成型。成型过程中,内力不断重分布,因此施工过程的内力控制与实时监测至关重要。此外,连桥体量大,多数构件单重达300 kN,其拼装施工对于大型起重设备的需求与其投影下方地下室顶板相对较弱的承载能力之间的矛盾,对施工安全危险源管控技术提出了更高要求。超大跨度异型钢连桥动态成型施工关键技术全面解决了以上困扰此类复杂项目施工的关键问题,此项技术的研究与应用,确保了该项目钢连桥高品质、高效率、安全完工,突破了传统提升研究分析的局限性,为后续类似结构、类似施工方法提供了重要的参考。该技术提出了非对称预拱技术、优化了焊接顺序优化、应用循环预拼装及虚拟预拼装,解决了非对称超长连桥线形控制控制难题;应用全周期仿真模拟,研发了"多吊点分布、主被动力结合"的提升体系,开发了"差值法"应力判别标准,解决了施工过程中结构内力与应力监测难题;提出了"钢支撑+后浇承台"楼板加固,研发了多标高拼装平台体系,确保施工安全性。