廣州市海珠區(qū)市政工程項目建設(shè)中心 郭曼麗
自動化監(jiān)測系統(tǒng)在廣東科學(xué)中心E區(qū)隔震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
廣州市海珠區(qū)市政工程項目建設(shè)中心 郭曼麗
本文介紹了自動化監(jiān)測系統(tǒng),并結(jié)合其在E區(qū)隔震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,利用智能傳感器來監(jiān)測隔震支座的位移變形以及鋼巨柱的應(yīng)變,來研究E區(qū)隔震結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)。
自動化監(jiān)測系統(tǒng) 廣東科學(xué)中心E區(qū) 高智能傳感器 該隔振結(jié)構(gòu)
占地45萬平方米的廣東科學(xué)中心位于廣州大學(xué)城小谷圍島,它南、北臨江,西靠濱江生態(tài)公園,東鄰廣州大學(xué)城外環(huán)路,主入口正對廣州大學(xué)。其中,廣東科學(xué)中心E區(qū)為大跨度巨型鋼結(jié)構(gòu)體系,由于該地區(qū)放置著重要的設(shè)備和精密的儀器,特采用隔振技術(shù),以達(dá)到中震不壞,大震可修的目的。
針對E區(qū)隔震支座在上部鋼結(jié)構(gòu)施工過程中發(fā)生的復(fù)雜變形,在對隔震支座施工變形監(jiān)測的基礎(chǔ)上,開展其以后長期服役階段的變形性能研究。鑒于廣東科學(xué)中心的功能意義重大,以及隔震技術(shù)首次在巨型鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,傳統(tǒng)的手工監(jiān)測已不能滿足要求,因此,采用基于高智能傳感器的自動化監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)控廣東科學(xué)中心E區(qū)隔震支座以及巨型鋼結(jié)構(gòu)在長期正常使用狀態(tài)下的工作性能,進(jìn)行服役性能研究。
高智能傳感器具有統(tǒng)一的工業(yè)總線接口,多個傳感器可以直接以現(xiàn)場總線方式連接,并可直接連接至計算機(jī),便于進(jìn)行自動化測量與實(shí)時監(jiān)控工作。由于傳輸?shù)氖寝D(zhuǎn)化成物理量的數(shù)字信號,因此可以長距離不失真?zhèn)鬏?。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的簡稱,它突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維定式, 只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換。利用GPRS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,其原理圖1所示。
圖1 無線GPRS自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
1. 隔震支座位移監(jiān)測傳感器布設(shè)方案及安裝
(1)隔震支座位移監(jiān)測傳感器布設(shè)方案
E區(qū)鋼結(jié)構(gòu)巨柱編號如圖2所示。
圖2 E區(qū)鋼柱編號
選定巨型鋼柱EKJZ1、EKJZ2、EKJZ5、EKJZ6若干個隔震支座作為監(jiān)測支座,在支座周圍布置位移傳感器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對隔震支座進(jìn)行位移監(jiān)測。
鋼巨柱EKJZ1與EKJZ2、EKJZ5與EKJZ6的隔震支座布置相同,故以EKJZ1、EKJZ5的隔震支座平面布置圖說明,如圖3、4所示。
圖3 EKJZ1隔震支座平面布置圖平面布置圖
圖4 EKJZ5隔震支座
圖5 為在鋼巨柱EKJZ1、EKJZ2下面安裝位移傳感器進(jìn)行位移變形監(jiān)測的隔震支座示意圖,圖6為在鋼巨柱EKJZ5、EKJZ6下面安裝位移傳感器進(jìn)行變形監(jiān)測的隔震支座示意圖。
(2) 隔震支座位移監(jiān)測傳感器安裝
E區(qū)隔震支座位移傳感器的安裝工序主要為:焊接→安裝→布線→調(diào)試。在安裝過程中,要注意以下幾點(diǎn):
①在安裝位移傳感器的部位進(jìn)行焊接前,要先將鋼結(jié)構(gòu)表面打磨、除銹,將焊接表面毛刺、油污及附著物除干凈,以免影響安裝精度。
圖5 EKJZ1隔震支座監(jiān)測對象監(jiān)測對象
圖6 EKJZ5隔震支座
②在位移傳感器安裝過程中,要盡量保證位移傳感器在豎向保持鉛直,水平兩個方向與隔震支座的預(yù)埋板保持在同一水平線上,以確保測量的準(zhǔn)確度。
③傳感器的外部接線要整理捆扎好,以免外接線繁多凌亂造成不便。
2. 巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測傳感器布設(shè)方案及安裝
(1)巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測傳感器布設(shè)方案
選定巨型鋼柱EKJZ1、EKJZ2、EKJZ5、EKJZ6布設(shè)智能應(yīng)變計。巨型鋼框架柱的單側(cè)應(yīng)變片布置點(diǎn)如圖7所示:
圖7 智能型應(yīng)變計布置圖
(2)巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測傳感器安裝
E區(qū)巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器的安裝工序同隔震支座位移傳感器的安裝工序相似,主要步驟為:點(diǎn)焊→安裝→調(diào)試→布線→調(diào)試。在巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器的安裝過程中,同樣要注意以下幾點(diǎn):
①在安裝應(yīng)變計之前,待安裝的監(jiān)測布設(shè)點(diǎn)要做明顯的標(biāo)記。
②由于E區(qū)鋼巨柱表面覆蓋一層較厚的防火涂料,因此在安裝表面應(yīng)變傳感器之前,要先將防火涂料打磨掉;并盡量使其表面干凈、無凹凸不平面,接著再進(jìn)行點(diǎn)焊,這樣才能保證應(yīng)變計的正常安裝使用。
③不同于位移計的是,在安裝完每一個應(yīng)變傳感器后,采用測讀儀進(jìn)行即時調(diào)試,若不滿足精確度或者使用要求,則現(xiàn)場調(diào)試至達(dá)到要求為止。在確保應(yīng)變計安裝后達(dá)到測量要求后,再進(jìn)行下一個應(yīng)變計的安裝調(diào)試。
④傳感器的外部接線要整理捆扎好,以免外接線繁多凌亂造成不便。
自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次對“待測傳感器列表”中的E區(qū)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,當(dāng)采集工作完畢后,系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)將自動添加到數(shù)據(jù)記錄文件。
E區(qū)傳感器數(shù)據(jù)記錄文件如圖8所示。
圖8 區(qū)傳感器數(shù)據(jù)記錄文件
將記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成EXCEL表格形式,以隔震支座的自動監(jiān)測采集到的變形數(shù)據(jù)為例來進(jìn)行分析說明。隔震支座位移變化數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 隔震支座位移數(shù)據(jù)表
溫度測量值偏差值單位應(yīng)變頻率補(bǔ)償頻率10.7 86.10 0.02 mm 1888.4 1877.1 10.6 80.72 -0.18 mm 2032.6 2029.8 10.0 43.38 0.41 mm 2069.9 2055.2 10.4 89.68 0.63 mm 1946.3 1943.1 11.7 85.04 -0.22 mm 1770.0 1767.8 10.5 45.27 0.50 mm 2054.3 2039.5 10.6 85.37 0.13 mm 1807.4 1792.5 11.5 89.54 -0.11 mm 2110.9 2108.2 10.5 40.26 0.46 mm 2349.0 2335.6 10.5 85.46 0.17 mm 2055.0 2037.8 11.4 89.84 0.09 mm 2106.1 2090.6 10.0 44.90 0.07 mm 2174.0 2162.7 9.7 89.36 0.12 mm 2096.2 2081.5 10.0 87.82 0.12 mm 2145.8 2129.1 9.3 39.47 0.18 mm 2124.5 2110.6 9.8 100.71 0.12 mm 2144.5 2140.4 16.1 84 0.00 mm 1977.7 1975.9 9.0 49.29 0.37 mm 2357.2 2351.6
由監(jiān)測到的隔震支座位移偏差數(shù)據(jù)可以看出,隔震支座在施工變形的基礎(chǔ)上,且又無地震、臺風(fēng)等荷載的影響作用,隔震支座的位移偏差在±1mm左右,性能穩(wěn)定,處于正常使用狀態(tài)。
對于廣東科學(xué)中心如此重要的復(fù)雜結(jié)構(gòu),在以后長期的使用過程中,尤其是遭遇地震、臺風(fēng)等不利荷載影響的情況下,隔震支座的性能如何,能否可以正常使用并發(fā)揮其隔震減震的效果,將通過長期的隔震支座自動監(jiān)測來達(dá)到此目的意義。
通過利用利用智能傳感器來監(jiān)測隔震支座的位移變形以及鋼巨柱的應(yīng)變,從目前的數(shù)據(jù)來看,表明在無地震、臺風(fēng)等不利荷載影響的情況下,隔震支座在施工變形的基礎(chǔ)上,無較大位移偏差,性能狀態(tài)穩(wěn)定。但對于結(jié)構(gòu)以后幾十年,甚至上百年的使用過程中,隔震支座的性能狀態(tài)研究還需通過長期的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)。
[1]葉正強(qiáng),李愛群,徐幼麟.工程結(jié)構(gòu)粘滯流體阻尼器減振新技術(shù)及其應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2002,(03)
[2]黃天立,李創(chuàng)第,何益斌,鄒萬杰,李暾,林志興.剛性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震隨機(jī)地震響應(yīng)及優(yōu)化分析[J].世界地震工程,2003,(01)
book=105,ebook=161