城市建设发展下，钢结构与复合材料融合应用及施工事故解析？

1 研究背景

城市建设持续进步，复杂多样的结构组合成为建筑使用形式的新趋势，建筑结构设计趋向新颖，形式日益丰富，规模不断增大，无疑增加了对新技术、新材料的应用，钢结构与复合材料的结合在建筑中普遍采用，多种材料、多种结构的融合也对建造者提出了更严格的标准。当代建筑构造里，钢材的应用越来越娴熟，各类基础繁复或是多变的构造体系，都选用了钢材方案。钢材同复合材料的融合，也为构造形态开拓了诸多选择。

不过，目前大跨度钢结构建造时，事故经常出现，许多事故都集中在不同工序衔接的环节，资料表明，在全世界120例有代表性的钢结构出事案例里，有59例发生在加工或搭建环节，这个环节出事的比例达到了49.2%。之所以会出现这种情况，是因为在方案构思时，未能充分顾及到各项作业的实际条件，部分作业区域的实际压力远远超出了预设标准，实际操作水准也难以满足设计预期，并且执行单位对于大型金属结构作业的掌握程度不足。为了确保金属结构作业的稳定进行，理论层面的探究以及监测方式的数据核实显得尤为关键，以往的监测方式往往局限于某个环节或某个时间点，这给后续的数据处理带来了不便。监测施工过程，可以提供决策依据，也能通过数据对比模型进行纠偏，确保施工安全与质量，真实呈现结构受力情况及性能，保证结构在运营中符合设计要求。

钢结构建造涉及众多领域，关联部门数量庞大，多数钢结构风险集中在建造环节，加之工艺繁杂，给施工管理带来难题，常见钢结构构件已探究监测要素、配套监测方法和装置，借助有限元核心原理，结合结构特性及建造计划，开展建造全程仿真研究。当前时期，除了钢结构的自身安装影响因素之外，新型复合材料同钢结构的结合部位安装，也为钢结构安装的可靠性与安全性提出了新的标准与考验。由于施工现场环境的制约，针对大跨度钢结构监测的常规做法，主要是对某些特定施工关键点进行单独控制，而对于当前这种复合材料和钢结构共同承担荷载的监测与探究却关注不足。

为了达成这个目标，需要建立一套自动化的监测装置，该装置将无需人工看管，持续不断地对钢结构体系的受力情况、温度变化以及位移状态进行记录。分析导致钢结构亚克力施工期间受力状态波动的各项要素：包含支撑移除、亚克力承重、亚克力构件组合时温度升高、泳池蓄水测试时的压力等环节，归纳钢结构亚克力装置及载荷施加对泳池整体构造的作用，能为往后钢结构亚克力泳池的应用安全规划提供事实依据。在亚克力安装现场，对结构进行温度变化监测，确保其均匀性，随后比较钢结构的应变与变形情况，并呈现结构在不同温度条件下的实际温度、应力以及挠度分布状况。

2 大跨度钢结构亚克力施工自动化监测

大跨度钢结构构造繁复，建造时往往历时甚久，需循序渐进，分期实施。结构计算分析通常以结构整体落成后为前提，假设一次性施加所有预定荷载，此即所谓单次加载方式。单次加载方式将施工过程视作静态状态，未计及施工阶段对结构状态的作用，因而建成后的结构内力、变形等数值，与计算值存在显著差异。对大跨度钢结构亚克力拼装实施完备的检测管理，是确保该类结构施工安全及运行状态良好的关键措施。

当前大跨度钢结构复合材料自动化全过程监测实施过程中存在若干关键难点，具体表现为。

近些年，关于超宽跨度钢结构自动检测的研究颇为丰富，然而针对钢结构与复合材质在特定场景下整合的自动化整体监测与分析却鲜有涉及，前者主要集中于钢结构变形量的检测，或者仅使用单一技术手段进行监测，并非综合性地融合研究。行业里，针对钢结构复合材料结构安全监测的技术、方法、预警及评估标准，都还处在不成熟、不健全、缺乏专门化的阶段。

钢结构亚克力组合耗费时间较多，组装期间结构衔接部位状况极为繁杂，亚克力构建必须使环境气温提升至八十度上下、钢结构外皮温度达到五十度左右，这种稳定的高温情形对钢结构抵抗形变与疲劳性能形成严峻挑战。在连接合并和施加负荷时，构造的受力状况和环境气温波动都很剧烈，必须顾及构造在环境高低气温状况和受力状况的联合影响下，全面探究温度与受力的相互影响对于导致变形的作用，这仍然是探究中的重点难题。

目前国内缺少关于钢结构复合材料组装环节的监测操作指南，也缺乏相应的行业准则和技术规程，导致在监测相关工程时，难以提供有效的实施依据。

施工控制里的结构分析手段通常是将正装和倒装两种方式联合运用,分析期间必须为每个施工环节单独构建分析模型,整个施工流程的模拟相当复杂,而且分析时要把各阶段计算出的内力与位移逐次地往后续或往回传递增减。当考虑到结构的非线性特征，以及与钢结构相组合的其他材料的收缩和蠕变效应时，仿真分析的难度会显著增加，进而造成实际施工中的设计控制参数与时间相关的变形量之间出现偏差，同时，对整个过程的持续监测也是数据支持的重要环节。

现阶段国内在钢结构亚克力复合拼装等多样拼装技术方面发展迅速，但是针对多种结构结合的钢结构监控研究还很不足，施工安装时对结构造成的影响难以通过计算掌握，因此构建一套完整的自动化监测体系对这类施工工艺全过程数据进行深度挖掘十分必要，这将给钢结构复合材料全生命周期应用提供数据依据，让结构安全性能以数字化方法展现出来。

摘自《建筑技术》2024年10月，张贵鑫

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