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        基于物聯(lián)網(wǎng)的文保建筑健康監(jiān)測

        2024-02-08 00:00:00耿麗卓炳燦吳小波吳燊
        四川建筑 2024年6期
        關(guān)鍵詞:健康監(jiān)測變形監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)

        【摘要】

        基于物聯(lián)網(wǎng)的健康監(jiān)測技術(shù)在某文保建筑于鄰近基礎(chǔ)施工期間的變形監(jiān)測應(yīng)用。闡述了該監(jiān)測系統(tǒng)的框架、監(jiān)測方法、測點(diǎn)布置及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的相關(guān)技術(shù),現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果驗(yàn)證了該健康監(jiān)測系統(tǒng)的有效性,該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了鄰近樁基施工期間該文保建筑變形監(jiān)測的實(shí)時監(jiān)測,為其安全了提供保障。

        【關(guān)鍵詞】文保建筑; 變形監(jiān)測; 物聯(lián)網(wǎng); 健康監(jiān)測

        【中圖分類號】TU196+.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

        [定稿日期]2024-06-17

        [作者簡介]耿麗(1986—),女,碩士,高級工程師,從事工程檢測鑒定工作;卓炳燦(1990—),男,本科,工程師,從事工程檢測鑒定工作;吳小波(1978—),男,碩士,教授級高級工程師,從事工程檢測鑒定工作;吳燊(1982—),男,本科,高級工程師,從事工程檢測鑒定工作。

        0 引言

        建筑遺產(chǎn)的預(yù)防性理念日益受到重視,逐漸替代以往以修復(fù)為主的保護(hù)方式。結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測是建筑遺產(chǎn)預(yù)防性監(jiān)測重要的一部分,其包含變形監(jiān)測和力學(xué)響應(yīng)監(jiān)測兩部分[1],其中變形監(jiān)測主要內(nèi)容是結(jié)構(gòu)物的傾斜、沉降、位移開裂等。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康在線實(shí)時連續(xù)監(jiān)測、評估與損傷定位的技術(shù),通過數(shù)據(jù)處理中心適時報(bào)告結(jié)構(gòu)狀態(tài)[2]。

        為實(shí)現(xiàn)鄰近地塊基礎(chǔ)施工期間對文保建筑健康狀況的有效監(jiān)控管理,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),本文設(shè)計(jì)開發(fā)了的健康監(jiān)測系統(tǒng),針對該結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)提出了相應(yīng)的測點(diǎn)布置方案,結(jié)合監(jiān)測方案設(shè)計(jì)了多物理量實(shí)時采集及多功能數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng),分析了鄰近基礎(chǔ)施工期間該文保建筑的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。并結(jié)合定期人工檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,數(shù)據(jù)的一致性驗(yàn)證了監(jiān)測系統(tǒng)的可行性和有效性。

        1 工程概況

        該文保建筑為磚木混合結(jié)構(gòu),主要采用木柱、木梁及山墻組成的承重體系。平面上呈“目”字形的三進(jìn)院落,建于民國初期,占地面積約2 270 m2,房屋原作為住宅使用,目前空置。房屋正房為兩層,廂房為單層,廂房與正房交界處設(shè)置變形縫,該文保建筑外觀詳見圖1。鄰近地塊基礎(chǔ)施工前現(xiàn)場檢查正房與廂房交界處墻體明顯脫開,部分墻體沿灰縫開裂,個別墻體嚴(yán)重鼓閃或開裂。

        鄰近地塊擬建6棟高層住宅,主要采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),靠近文保建筑處基坑支護(hù)采用雙排SMW工法樁加鋼筋混凝土支撐,基層與文保建筑最近間距約13 m,為了解鄰近基礎(chǔ)施工期間,該文保建筑的安全狀況,特對其進(jìn)行健康監(jiān)測。

        2 監(jiān)測系統(tǒng)

        2.1 測點(diǎn)布置方案

        鄰近建筑基礎(chǔ)施工期間,因樁基施工、基坑開挖產(chǎn)生擾動、擠土效應(yīng)及地下水位下降等問題導(dǎo)致周邊地面振動、不均勻沉降,對該文保建筑產(chǎn)生傾斜及墻體開裂、倒塌等影響。該建筑年久失修,損壞嚴(yán)重,鄰近地塊施工會對其影響較大,為掌握基礎(chǔ)施工期間對該文保建筑變形等影響狀況,分別進(jìn)行沉降、裂縫位移及傾斜監(jiān)測。在建筑外墻處設(shè)置8個沉降觀測點(diǎn)(CD1~CD8),采用靜力水準(zhǔn)儀傳感器進(jìn)行沉降觀測;根據(jù)現(xiàn)場墻體開裂狀況及結(jié)構(gòu)布置在該文保建筑正房與廂房交接處、重要承重墻體開裂處,采用高精度裂縫計(jì)進(jìn)行裂縫監(jiān)測,共布設(shè)7個裂縫位移監(jiān)測點(diǎn)(LF1~LF7);并在建筑外圍承重墻體安裝傾角儀傳感器對墻體構(gòu)件水平徑向和水平切向的變化進(jìn)行監(jiān)測,共計(jì)布設(shè)7個傾斜監(jiān)測點(diǎn)(QX1~QX7)。具體布設(shè)位置詳見圖2,傳感器現(xiàn)場安裝照片詳見圖3。

        2.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        為實(shí)現(xiàn)鄰近基礎(chǔ)施工期間對該文保建筑的健康監(jiān)測,基于模塊化設(shè)計(jì)理念,監(jiān)測系統(tǒng)包含傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、結(jié)構(gòu)健康評估4個子系統(tǒng)模塊。以沉降、裂縫位移、傾斜傳感器為基礎(chǔ)的監(jiān)測系統(tǒng)感知層,構(gòu)建以傳感器節(jié)點(diǎn)、通信路由器與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互的網(wǎng)絡(luò)層,開發(fā)集成數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備管理和報(bào)警維護(hù)等多種功能的監(jiān)測系統(tǒng)分析層。傳感子系統(tǒng)由3種不同類型共22個傳感器組成。通過網(wǎng)絡(luò)將多種監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?,由現(xiàn)場基站向傳感子系統(tǒng)發(fā)送采集指令,實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。經(jīng)內(nèi)部局域網(wǎng),基站將原始數(shù)據(jù)自動上傳到本地?cái)?shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲管理。根據(jù)規(guī)范要求及工程情況在健康評估模塊設(shè)定預(yù)警閾值,當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過該限值時,系統(tǒng)向項(xiàng)目組發(fā)送短信提醒。

        3 監(jiān)測結(jié)果

        鄰近建筑于2018年11月底開始樁基施工,2019年1月底進(jìn)行基坑開挖及支護(hù)作業(yè),4月份完成基礎(chǔ)工程。對照鄰近建筑樁基施工情況,該文保建筑健康智能監(jiān)測系統(tǒng)于2018年11月20號開始運(yùn)行,監(jiān)測至2019年9月初。

        監(jiān)測期間沉降及裂縫位移、傾斜曲線詳見圖4、圖5。由圖3可知,18年11月底至19年2月底由于靜壓樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)及基坑開挖過程中導(dǎo)致的水位下降,文保建筑周邊地面出現(xiàn)不均勻沉降,多處沉降點(diǎn)日均變化量超出限值要求[4],毗鄰工地一側(cè)的測點(diǎn)CD3沉降量較大,且累計(jì)沉降量已超出限值要求。

        由圖5(a)~圖5(c)曲線可知,監(jiān)測期間建筑裂縫位移呈現(xiàn)不同程度的增長,其中正房與廂房交接處的LF2處裂縫位移增長最大,監(jiān)測期間所測裂縫寬度變化量及累計(jì)傾斜率已超出規(guī)范限值要求[5],且持續(xù)發(fā)展。圖5(d)~5(f)曲線表明,靠近工地側(cè)監(jiān)測點(diǎn)QX2的Y向(向工地側(cè))傾斜變化量最大,該值與測點(diǎn)QX3、QX4的X向(向工地側(cè))的累計(jì)傾斜率超出控制值且監(jiān)測期間持續(xù)發(fā)展[4]。

        該監(jiān)測結(jié)果與人工測量值進(jìn)行復(fù)核,結(jié)果表明在誤差允許范圍內(nèi),該監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果具有可行性和有效性。監(jiān)測期間當(dāng)沉降、裂縫位移及傾斜量超出閾值時監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警通知,項(xiàng)目組通知委托方采取相應(yīng)措施。

        4 結(jié)束語

        (1)對文保建筑等建設(shè)年代久遠(yuǎn)的歷史建筑,鄰近基礎(chǔ)施工期間要加強(qiáng)對其變形監(jiān)測,避免因基礎(chǔ)施工、基坑開挖而引起地基不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損產(chǎn)生安全影響。

        (2)鄰近基礎(chǔ)施工對文保建筑的影響,可通過智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測,與傳統(tǒng)人工監(jiān)測相比,具有性能穩(wěn)定、實(shí)時反映建筑健康狀況,是一種便捷、科學(xué)有效的監(jiān)測方式。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 孟哲.江南地區(qū)傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究[D].南京:東南大學(xué),2018.

        [2] OU JINGPING, LI HUI. Structural health monitoring in mainland China:review and future trends[J].Structural Health Monitoring,2010,9(3):219-231.

        [3] 沈澍,蔣唯樂,單玥,等.基于無線傳感網(wǎng)的古建筑健康監(jiān)測技術(shù)[J].中國測試,2017(11):64-69.

        [4] 建筑變形測量規(guī)范: JGJ 8-2016[S].北京:中國工業(yè)建筑出版社,2016.

        [5] 民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn): GB 50292-2015[S].北京:中國工業(yè)建筑出版社,2015.

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