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歐美大地 行業(yè)新聞
賽格大廈晃動引申思考:結構健康監(jiān)測在高層建筑上的應用
發(fā)布時間:2021-05-31 瀏覽次數(shù):1767 來源:歐美大地

5月18日,深圳華強北賽格大廈突發(fā)振動。賽格大廈還安全嗎?超高層建筑的安全如何保障?

據(jù)相關專家解讀,通常高層建筑在特殊外部環(huán)境(例如強風)作用下會產(chǎn)生比較大的一個振動,但是實際上這個振動不會引起結構的安全問題,這個振動是風的脈動成分激勵起工程結構的一個強迫振動的效果。

而賽格大廈出現(xiàn)的情況是不常見的,它是高階振型被激發(fā)起來,而不像一般的大樓的振動,都是低階振型更容易激發(fā)起來。一些超高層大樓的第一振型的周期大約都在5秒到8秒左右,所以如果是很緩慢的一個振動,主要是低階振型的一個振動。而賽格表現(xiàn)出來的是比較高的一個頻率的振動,頻率大約是在2Hz左右,所以對應著應該是高階振型被激發(fā),這是高層建筑的兩種主要形態(tài)。

經(jīng)省市專家研判,初步認為造成震顫的原因是多種因素耦合,主要是風的影響,還有地鐵運行(兩條地鐵從樓下經(jīng)過)和溫度的影響(近兩天氣溫升高,溫差達8度,對鋼結構影響大)

5月25日,專業(yè)機構對賽格大廈的房屋沉降、傾斜率、加速度等情況持續(xù)進行實時監(jiān)測。專家組表示,截至當天中午各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常,未超出相應標準要求。

這個事件出現(xiàn)之后,因為不能及時獲取第一手結構振動的具體數(shù)據(jù),使得相應的數(shù)據(jù)分析存在一定的困難,對外發(fā)布相關信息的時候缺少第一手的資料。同時專家也建議“今后對一些重點工程還是應該要建立他們的監(jiān)測系統(tǒng),針對不同的工程對象,它的監(jiān)測系統(tǒng)可以簡單,也可以稍微復雜一些,只是要把一些關鍵的一些參量能夠進行實時監(jiān)測”。

該監(jiān)測系統(tǒng)就是指結構健康監(jiān)測系統(tǒng),主要是由一批強震儀組成的結構臺陣,再加上應變、位移、傾斜、環(huán)境等多種傳感器組成的一整套健康診斷系統(tǒng)。

結構健康

什么是結構健康監(jiān)測?

結構健康監(jiān)測是一種監(jiān)測結構狀態(tài)和性能而不影響結構本身的方法。結構健康監(jiān)測利用安裝在結構上的若干類型傳感器來檢測超過允許的性能標準,以及識別和驗證結構行為。

我們可以從結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中獲取哪些第一手結構振動的數(shù)據(jù)?這些數(shù)據(jù)是如何幫助我們分析結構可靠性的?

01

響應譜分析法 (RSM)

響應譜分析是計算結構在瞬態(tài)激勵下峰值響應的近似算法,它是模態(tài)分析的擴展。響應譜分析的應用廣泛,典型的應用是土木行業(yè)的地震響應譜分析,響應譜分析是地震分析的標準分析方法,被應用到各種結構的地震分析中,如大壩、電站、橋梁、房屋建筑等。受到地震或其它振動荷載的結構或部件均可以用響應譜分析來進行校核。

響應譜分析

 

02

性能參數(shù)

工程結構中的一些性能參數(shù),如果超出設計范圍,或一定限制,就會對結構造成損傷,如:

 

上述兩種方法,可以有估結構的健康情況,及時發(fā)現(xiàn)潛在風險,并通過監(jiān)測軟件可以實現(xiàn)自動報警。但是無論是哪種方法,都需要利用安裝在結構上的若干加速度傳感器來檢測超過允許的性能參數(shù),也就是我們常說的結構健康監(jiān)測(SHM-Structural Health Monitoring)。

長期監(jiān)測

建立長期運行的結構健康監(jiān)測系統(tǒng)對建筑物的意義是什么?

在正常使用的條件下,結構性能和健康情況是隨著時間推移而逐步降低。當遭遇非正常的外在影響,如地震、拆改房屋、超重使用、相鄰建筑工地施工等情況,可能就會對結構造成一定程度的損傷,而影響其可靠性和使用壽命。這些損傷有些是肉眼可見的,有些卻是不可見的,而結構健康監(jiān)測系統(tǒng)可以幫助我們及時評估損傷的范圍及程度。在損傷出現(xiàn)的早期就可以及時采取維修/補救措施,保障生命和財產(chǎn)的安全。

從經(jīng)濟角度來講,在工程結構出現(xiàn)較小損傷時,及時發(fā)現(xiàn)并進行維護和處理,能夠提升使用年限,降低維修費用。

建筑結構的可靠性問題不僅僅存在于正常使用階段,也普遍存在于建筑結構的整個生命周期,即設計→施工→維護→拆卸→再利用各個環(huán)節(jié)。因此,需要從結構全壽命的角度考慮結構的安全性、適用性、耐久性,改變長期以來人們重設計輕維護的思想,有利于結構可靠性的提高。

解決方案

結構健康監(jiān)測典型方案

對于建筑結構,其運動方向主要為X軸平移、Y軸平移和X-Y扭轉。

在監(jiān)測過程中,主要采用單軸/雙軸/三軸加速度傳感器,配合布線及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),對建筑結構的平移、扭轉、層間位移及反應譜等參數(shù)進行監(jiān)測。

這種采用CAT5e網(wǎng)線布設加速度傳感器的監(jiān)測方法,能夠減少對既有建筑的影響,安裝簡單、布設方便。

在這個案例中,可以考慮在每層樓安裝傳感器,也可以考慮每隔幾層樓安裝傳感器。建筑物的大小和形狀將影響需要多少傳感器及其位置。衡量結構的變化有多種方法,每個結構都有自己的需求。不同的傳感器安裝在整個建筑的不同關鍵位置。

 

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結構臺陣在建筑健康監(jiān)測中的應用

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