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        高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究與應(yīng)用

        2020-12-26 02:04:42吳天俊
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年24期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

        吳天俊

        (深圳中建院建筑科技有限公司,廣東深圳518063)

        1 引言

        隨著高層建筑建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大,在高層建筑工程中使用監(jiān)測(cè)手段能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行衡量,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控高層建筑工程質(zhì)量,有效維護(hù)和管理高層建筑工程[1]。

        2 高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

        通過(guò)流程分析可知,在監(jiān)測(cè)高層建筑工程健康狀態(tài)時(shí),首先應(yīng)當(dāng)采集工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息,通過(guò)建筑內(nèi)部傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù),測(cè)定建筑工程的溫度指標(biāo)、應(yīng)力指標(biāo)和振動(dòng)指標(biāo),采用信號(hào)轉(zhuǎn)換方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈魯?shù)據(jù)[2]。信號(hào)可以借助無(wú)線(xiàn)通信方式,傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心,之后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰浖?nèi)進(jìn)行分析處理,以此獲取高準(zhǔn)確度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。

        2.2 系統(tǒng)功能分析

        通過(guò)分析高層建筑的功能需求,將健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)集中在無(wú)線(xiàn)傳輸、數(shù)據(jù)采集分析、數(shù)據(jù)庫(kù)等子系統(tǒng)中。通過(guò)系統(tǒng)分析可知,健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于整體結(jié)構(gòu),具備不同的作用優(yōu)勢(shì),協(xié)同性比較強(qiáng),采用整體方式能夠有效采集和處理相關(guān)數(shù)據(jù),之后再輸出結(jié)果。

        2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架

        建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置,可以分別設(shè)置在建筑的不同部位上,利用建筑物傳感器采集各類(lèi)數(shù)據(jù),同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式,將收集數(shù)據(jù)傳輸給應(yīng)用服務(wù)器,之后連接數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)整個(gè)數(shù)據(jù)資源。通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器,能夠提供功能監(jiān)控服務(wù),同時(shí)將監(jiān)控信息傳輸?shù)娇蛻?hù)端,連接客戶(hù)端與報(bào)警系統(tǒng)。通過(guò)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的方式,可以將代理服務(wù)器添加到系統(tǒng)中,這樣能夠訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部系統(tǒng),還能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部與外部獨(dú)立的模式,防止關(guān)鍵數(shù)據(jù)泄漏和被篡改。

        2.4 關(guān)鍵硬件與數(shù)據(jù)庫(kù)

        在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi),應(yīng)合理選擇傳感器。在系統(tǒng)運(yùn)行期間,測(cè)量傳感器主要包括溫度傳感器、位移傳感器、拉索傳感器等,同時(shí)將光纖傳感器應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,應(yīng)用原理在于將光源傳輸?shù)焦饫w調(diào)制器內(nèi),確保待測(cè)參數(shù)和調(diào)制區(qū)域產(chǎn)生作用反應(yīng),以此改變光源相位或者波長(zhǎng)等特性,同時(shí)可以建筑物變化狀態(tài)進(jìn)行判斷。此外,建筑數(shù)據(jù)測(cè)量還涉及超聲波傳感器、磁彈儀、光柵傳感器。

        同時(shí),也應(yīng)合理選擇數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),可以應(yīng)用結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言系列數(shù)據(jù)庫(kù),由于該類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)具備較高安全性與穩(wěn)定性,同時(shí)可以支持不同語(yǔ)言體系,為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供便利性。將傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面為例,上方顯示傳感器列表,便于實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。中間層可以體現(xiàn)出數(shù)據(jù)信號(hào)采集與數(shù)據(jù)更新。軟件下方顯示位置等級(jí)、傳感器編號(hào)等相關(guān)參數(shù),其余參數(shù)可以有效調(diào)節(jié)和設(shè)置系統(tǒng)建立系統(tǒng)監(jiān)控。在監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)時(shí),需要選取地震、垂直度、溫度、位移等指標(biāo),比如,高層建筑關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測(cè),在建筑關(guān)鍵點(diǎn)埋設(shè)全球定位裝置與光纖傳感器,實(shí)現(xiàn)整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的監(jiān)控。

        3 高層建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐

        3.1 項(xiàng)目概況

        深城投中城花園位于深圳市坪山中心區(qū)坪山大道與深汕路交會(huì)處的坪山街道飛東園區(qū)。其中,3 棟結(jié)構(gòu)總高149.25m,4 棟結(jié)構(gòu)總高80.5m。高空泳池連接3 棟的第22 層與4 棟的第19 層??罩杏境叵虏恐С薪Y(jié)構(gòu)為鋼桁架結(jié)構(gòu)形式,桁架主跨跨度約25m,寬度約10m,鋼結(jié)構(gòu)面積約300m2。上弦鋼梁頂標(biāo)高為67.48m,其下部與4 棟的連接采用可滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的成品支座,連接形式為弱連接;與3 棟與勁性柱、勁性梁剛接。桁架主要桿件采用焊接H 型鋼。泳池鋼結(jié)構(gòu)平面圖如圖1 所示。

        圖1 泳池鋼結(jié)構(gòu)平面圖

        3.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置

        監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置具體如下:

        1)監(jiān)測(cè)內(nèi)容:鋼桁架的撓度、應(yīng)變、位移變化。具體包括:(1)GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3、GHJ-4、GHJ-10 的撓度與應(yīng)變;(2)泳池鋼結(jié)構(gòu)在4#樓滑動(dòng)支座的水平位移。

        2)鋼桁架測(cè)點(diǎn)布置:(1)撓度測(cè)點(diǎn):GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3等共計(jì)布置 7 個(gè)精密水準(zhǔn)儀;(2) 應(yīng)變測(cè)點(diǎn):GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3、GHJ-4、GHJ-10 等共計(jì)布置 30 個(gè)應(yīng)變計(jì);(3)支座水平位移測(cè)點(diǎn):GHJ-1、GHJ-2 與4#樓滑動(dòng)支座連接處共布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn);(4)測(cè)點(diǎn)走線(xiàn)布置:導(dǎo)線(xiàn)的收集和防護(hù)采用50mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)槽,水管、兩芯專(zhuān)用屏蔽線(xiàn)、兩芯負(fù)載線(xiàn)沿桁架下弦水平布置,采集和無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統(tǒng)布置在3#樓泳池輔助設(shè)施間。

        3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析

        本測(cè)試周期泳池保持滿(mǎn)水狀態(tài),本期監(jiān)測(cè)對(duì)泳池滿(mǎn)水狀態(tài)下鋼桁架的受力情況提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果,對(duì)鋼構(gòu)的撓度、應(yīng)變、位移值進(jìn)行分析并與監(jiān)測(cè)指標(biāo)的預(yù)警值進(jìn)行對(duì)比,以了解泳池鋼結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

        1)應(yīng)變/應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù):本監(jiān)測(cè)周期內(nèi),最大壓應(yīng)變/應(yīng)力位于GHJ-1 與3#樓剛性連接支座下弦下翼緣16#測(cè)點(diǎn),最大壓應(yīng)變維持在-608.6~-629.6με,相應(yīng)的應(yīng)力值為-121.7~-125.9MPa;最大拉應(yīng)變/應(yīng)力位于GHJ-1 跨中下弦下翼緣的26#測(cè)點(diǎn),最大拉應(yīng)變維持在393.16~403.9με,相應(yīng)的應(yīng)力值為78.6~80.8MPa;最大拉應(yīng)變/應(yīng)力和壓應(yīng)變/應(yīng)力均小于設(shè)計(jì)給定的預(yù)警值。

        GHJ-1、GHJ-2 和 GHJ-3 跨中最大壓應(yīng)力為 21#測(cè)點(diǎn),壓應(yīng)變-410.7~-417.1με,壓應(yīng)力維持在-82.1~83.4MPa,位于GHJ-3 上弦上翼緣處;最大拉應(yīng)力為26#和20#2 個(gè)測(cè)點(diǎn),分別位于GHJ-1 和GHJ-2 的下弦下翼緣處,應(yīng)力值分別為78.6~80.8MPa 和 59.4~60.6MPa。

        GHJ-1 和GHJ-2 靠近3#樓支座處截面,最大壓應(yīng)力為16#和12#2 個(gè)測(cè)點(diǎn),分別位于GHJ-1 和GHJ-2 的下弦下翼緣處,相應(yīng)的測(cè)值分別為-121.7~125.9MPa 和-91.5~-92.4MPa;最大拉應(yīng)力為13#和9#測(cè)點(diǎn),分別位于GHJ-1 和GHJ-2 的上弦上翼緣處,應(yīng)力實(shí)測(cè)值分別為 67.0~68.4MPa 和 55.9~57.8MPa。

        2)支座位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù):本監(jiān)測(cè)周期內(nèi)GHJ-1 位移最大值-6.4mm、GHJ-2 位移最大值-4.4mm,測(cè)值均在設(shè)計(jì)允許位移范圍之內(nèi)。位移絕對(duì)值均很小,說(shuō)明桁架支座相對(duì)于4#樓未發(fā)生明顯的滑動(dòng)。

        3)撓度監(jiān)測(cè)結(jié)果:GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3 3 榀縱向桁架的跨中累積撓度值,滿(mǎn)水狀態(tài)下變化范圍分別為:30.07~30.30mm(7#測(cè)點(diǎn))、19.81~20.20mm(5#測(cè)點(diǎn))、36.28~36.54mm(6#測(cè)點(diǎn)),本監(jiān)測(cè)期間內(nèi)泳池一直處于滿(mǎn)水狀態(tài),各測(cè)點(diǎn)撓度變化值均較小,撓度值均在預(yù)警范圍內(nèi)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,通過(guò)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),能直接獲取高層建筑結(jié)構(gòu)的健康指標(biāo),對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前預(yù)警,實(shí)時(shí)控制建筑工程質(zhì)量,可以獲取顯著成效,可以推廣應(yīng)用到工程建筑中。

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