行業(yè)動(dòng)態(tài)

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：羅教授，為什么要對(duì)大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)？

羅永峰:對(duì)大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常重要、非常有必要的。

在實(shí)際施工中，了解并掌握鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中的內(nèi)力和變形狀態(tài)，是保障鋼結(jié)構(gòu)施工過程安全、控制與保證施工質(zhì)量的前提和首要技術(shù)措施。

在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形通常難以通過施工經(jīng)驗(yàn)判斷。此外，由于施工模擬計(jì)算模型常采用一些假定和簡(jiǎn)化的方法，使得計(jì)算模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)之間存在差異，這就可能導(dǎo)致施工模擬計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生偏差，甚至有時(shí)不能準(zhǔn)確反映施工過程中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，僅僅采用施工模擬計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)和控制施工，無論從安全上還是質(zhì)量上都是不可靠的，因此，只有通過對(duì)結(jié)構(gòu)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，才能準(zhǔn)確得到不同施工階段整個(gè)施工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（包括已安裝的結(jié)構(gòu)部分和臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)）的內(nèi)力和變形，才能為保障施工過程安全、控制與保證施工質(zhì)量提供依據(jù)和數(shù)據(jù)。

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：在監(jiān)測(cè)過程中需要得到哪些數(shù)據(jù)？

羅永峰: 監(jiān)測(cè)過程中得到的數(shù)據(jù)主要包括：一是反映施工過程中結(jié)構(gòu)及臨時(shí)支承體系的應(yīng)力、變形、支反力(包括牽引力、頂推力、提升力)及其變化特點(diǎn)的數(shù)據(jù)，二是反映結(jié)構(gòu)或安裝單元的位移與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化特點(diǎn)的數(shù)據(jù)，三是反映結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量(包括構(gòu)件安裝位置、變形、缺陷等)的數(shù)據(jù)。

得到這些數(shù)據(jù)的目的是：為施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)(包括結(jié)構(gòu)安全、施工質(zhì)量狀態(tài))的評(píng)估、預(yù)警與控制提供依據(jù)和數(shù)據(jù)；為設(shè)計(jì)單位提供結(jié)構(gòu)施工終態(tài)(竣工)的內(nèi)力狀態(tài)；為后續(xù)結(jié)構(gòu)使用期間健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：目前，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)都有哪些方法和技術(shù)？

羅永峰:對(duì)工程監(jiān)測(cè)均采用傳感器，如振弦式應(yīng)變計(jì)、傾角計(jì)、風(fēng)速風(fēng)向儀等。將這些傳感器安裝到預(yù)定測(cè)點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，再傳回電腦進(jìn)行分析處理，得到有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，提供給技術(shù)人員進(jìn)行施工管理控制。

目前，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工過程的監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)整個(gè)結(jié)構(gòu)施工體系的應(yīng)力、變形或位移，如果在安裝過程中結(jié)構(gòu)或安裝分塊有移動(dòng)，如滑移、提升、頂升，還需要監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)移動(dòng)時(shí)的同步性和作用力，如頂推力、提升力及其變化。此外，通常還要監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)向、風(fēng)速。

羅永峰（左一）在鄭州新鄭國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程屋面觀摩。 宋京平 攝

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：請(qǐng)您介紹一下對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行檢測(cè)、鑒定的重要性？

羅永峰:既有鋼結(jié)構(gòu)建筑是已投入使用或使用多年的建筑，鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)荷載變化以及因異常天氣作用、地震、火災(zāi)等事故造成的損傷或變形，包括表面涂層損壞或失效、鋼材銹蝕、構(gòu)件變形或裂縫、部分連接損壞或失效等問題。即使鋼結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中未發(fā)生自然災(zāi)害或事故，長(zhǎng)期使用后鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件表面涂層也會(huì)出現(xiàn)老化、變質(zhì)甚至脫落，這些損傷或變形將直接影響結(jié)構(gòu)的正常使用、使用的安全性。

我們通過分析已發(fā)生的既有鋼結(jié)構(gòu)建筑或在役鋼結(jié)構(gòu)工程事故的原因獲悉，多數(shù)事故的發(fā)生是由于結(jié)構(gòu)的變形或損傷，使建筑結(jié)構(gòu)的受力性態(tài)在使用過程中隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而劣化導(dǎo)致。更有甚者，一些使用者從來不對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期或適時(shí)的檢測(cè)、鑒定，根本不了解結(jié)構(gòu)的安全性態(tài)會(huì)隨著時(shí)間的變化而劣化，錯(cuò)過了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)或加固的時(shí)機(jī)，從而導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。

我認(rèn)為，對(duì)既有鋼結(jié)構(gòu)建筑或在役鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行定期的檢測(cè)、鑒定和維護(hù)，是保障鋼結(jié)構(gòu)建筑安全使用的前提和必要條件，也是保障社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)正常運(yùn)行的技術(shù)措施之一。

需要強(qiáng)調(diào)的是，鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全使用不僅依賴于設(shè)計(jì)時(shí)足夠的安全系數(shù)，制作、安裝時(shí)的質(zhì)量保證，同時(shí)也依賴于使用過程中的檢測(cè)、鑒定和維護(hù)，這三個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)范化保障，是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑在生命周期內(nèi)的正常、安全使用的必要條件。

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：“輕、快、好、省”是您的導(dǎo)師、已故中國(guó)工程院院士沈祖炎教授對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)最精煉的總結(jié)。您在理論與實(shí)踐密切結(jié)合方面也有不少體會(huì)吧？

羅永峰:是的。長(zhǎng)期以來，我們研究團(tuán)隊(duì)，包括沈院士負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)、同濟(jì)大學(xué)教授李國(guó)強(qiáng)負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)、我負(fù)責(zé)的研究室團(tuán)隊(duì)參加過一些重大鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)預(yù)研究、施工過程模擬計(jì)算、施工過程監(jiān)測(cè)等，如500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）工程的反射面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、上海世界博覽會(huì)場(chǎng)館、國(guó)家大劇院大屋蓋網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、上海南站大屋蓋結(jié)構(gòu)、浦東機(jī)場(chǎng)航站樓等工程，在研究和實(shí)施過程中，我們遇到了很多課堂上或書本上學(xué)不到的理論和技術(shù)問題，通過分析和解決這些實(shí)際問題，為我們?cè)诮虒W(xué)、科研方面提供了豐富的資料。

通過工程實(shí)踐，我在自己開設(shè)的“土木工程施工力學(xué)”研究生課程的授課時(shí)，無論是從理論方面還是實(shí)際應(yīng)用方面，都能通過豐富且珍貴的數(shù)據(jù)資料，使課堂教學(xué)更生動(dòng)、更具體、更易懂。此外，我在“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定分析”研究生課程、“空間結(jié)構(gòu)”本科生課程授課時(shí)，均是通過我參與的實(shí)際工程，不僅形象、準(zhǔn)確地解釋書面理論的意義，還能說明如何應(yīng)用并直觀地將實(shí)際工程的照片、數(shù)據(jù)和技術(shù)資料展示出來，通俗易懂。

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：2010年12月15日，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗賽馬場(chǎng)西側(cè)看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩棚發(fā)生局部塌落并造成3000多萬元的損失。盡管此事故已經(jīng)過去快10年了，業(yè)內(nèi)人士還會(huì)經(jīng)常提起。請(qǐng)問，鋼結(jié)構(gòu)建筑在什么情況下會(huì)失穩(wěn)？

羅永峰:一般來說，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)工程失穩(wěn)有兩種原因：一種是構(gòu)件失穩(wěn)，包括構(gòu)件的整體失穩(wěn)和板件局部失穩(wěn)；另一種是結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)，包括結(jié)構(gòu)的整體失去穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的某個(gè)或多個(gè)局部失去穩(wěn)定。簡(jiǎn)單地說，當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的壓力超過其臨界荷載時(shí)，建筑就會(huì)失穩(wěn)。

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：有什么方法可以規(guī)避建筑失穩(wěn)。

羅永峰:目前，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算理論方法已經(jīng)很成熟，通常設(shè)計(jì)時(shí)按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)就能夠保證構(gòu)件穩(wěn)定。但是，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定理論計(jì)算難度較大，如果計(jì)算模型不準(zhǔn)確、荷載考慮不完全、計(jì)算方法不合適，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果就可能產(chǎn)生偏差，在后期使用時(shí)就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，這類事故是有先例的，如發(fā)生在1963年1月的羅馬尼亞首都布加勒斯特穹頂?shù)恼w失穩(wěn)事故。

當(dāng)前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程在施工過程中出現(xiàn)的事故，很多原因是由于施工時(shí)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失穩(wěn)導(dǎo)致的，這主要是由于在施工過程的模擬計(jì)算時(shí)，沒有特別注意計(jì)算施工狀態(tài)的已安裝結(jié)構(gòu)部分和臨時(shí)支承結(jié)構(gòu)在荷載狀態(tài)下的穩(wěn)定性所致。在鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要特別注意構(gòu)件內(nèi)力性質(zhì)的變化，如原設(shè)計(jì)的拉桿在施工時(shí)變?yōu)閴簵U、原設(shè)計(jì)單一內(nèi)力的構(gòu)件在施工時(shí)額外增加其他內(nèi)力分量以及施工時(shí)構(gòu)件的內(nèi)力狀態(tài)與設(shè)計(jì)時(shí)差異很大等，這些變化都可能導(dǎo)致施工時(shí)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。通常情況下，施工狀態(tài)的結(jié)構(gòu)體系、荷載工況均與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不同，因此，不能按照設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來判定施工時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，必須進(jìn)行施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定驗(yàn)算，否則，很容易造成施工時(shí)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)事故。

羅永峰（前排左二）與畢業(yè)生在一起。 羅永峰 供圖

中國(guó)建設(shè)報(bào)記者：請(qǐng)介紹一下您和您的團(tuán)隊(duì)。

羅永峰:我們研究室的工作主要以教學(xué)和科研為主，除我以外，我們團(tuán)隊(duì)還有謝強(qiáng)教授以及郭小農(nóng)副教授、馮虹副教授、強(qiáng)旭紅副教授。在教學(xué)方面，主要有本科生和研究生結(jié)構(gòu)工程方向的課程，包括鋼結(jié)構(gòu)基本原理、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)概念分析等。在科研課題方面，一類是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及“十一五”、“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等；另一類是與國(guó)內(nèi)外企業(yè)合作的研究項(xiàng)目。鋼結(jié)構(gòu)理論與施工技術(shù)研究室的主要研究方向包括：大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、大跨度及空間鋼結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析方法和抗震設(shè)計(jì)方法、大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)、施工力學(xué)計(jì)算理論與施工監(jiān)測(cè)技術(shù)等。此外，我們研究室也承擔(dān)一些大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工過程分析、施工監(jiān)測(cè)、既有鋼結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)與鑒定等工作。

通過多年研究與工程實(shí)踐，我們研究室主編、參編了多本著作、標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)原理》《建筑鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與應(yīng)用》《鋼結(jié)構(gòu)制作安裝手冊(cè)》《鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定指南》等著作和《高聳與復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定技術(shù)規(guī)程》《空間格構(gòu)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》《鋁合金格構(gòu)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等著作和國(guó)家、地方標(biāo)準(zhǔn)。

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