自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(xiàng)目建設(shè)中心 郭曼麗

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(xiàng)目建設(shè)中心 郭曼麗

本文介紹了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(cè)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(dòng)化監(jiān)測(cè)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)

一、工程概況

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(duì)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(duì)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(duì)隔震支座施工變形監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，開展其以后長(zhǎng)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(cè)已不能滿足要求，因此，采用基于高智能傳感器的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)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(zhǎng)期正常使用狀態(tài)下的工作性能，進(jìn)行服役性能研究。

二、 基于高智能傳感器的自動(dòng)化采集系統(tǒng)

高智能傳感器具有統(tǒng)一的工業(yè)總線接口，多個(gè)傳感器可以直接以現(xiàn)場(chǎng)總線方式連接，并可直接連接至計(jì)算機(jī)，便于進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量與實(shí)時(shí)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(hào)，因此可以長(zhǎng)距離不失真?zhèn)鬏敗PRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

三、 傳感器的布置方案及安裝

1. 隔震支座位移監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)方案及安裝

（1）隔震支座位移監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)方案

E區(qū)鋼結(jié)構(gòu)巨柱編號(hào)如圖2所示。

圖2 E區(qū)鋼柱編號(hào)

選定巨型鋼柱EKJZ1、EKJZ2、EKJZ5、EKJZ6若干個(gè)隔震支座作為監(jiān)測(cè)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(duì)隔震支座進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。

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(cè)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(cè)的隔震支座示意圖。

（2） 隔震支座位移監(jiān)測(cè)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(cè)對(duì)象監(jiān)測(cè)對(duì)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(gè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jì)。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(jì)布置圖

（2）巨型鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)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(jì)之前，待安裝的監(jiān)測(cè)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(jì)的正常安裝使用。

③不同于位移計(jì)的是，在安裝完每一個(gè)應(yīng)變傳感器后，采用測(cè)讀儀進(jìn)行即時(shí)調(diào)試，若不滿足精確度或者使用要求，則現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試至達(dá)到要求為止。在確保應(yīng)變計(jì)安裝后達(dá)到測(cè)量要求后，再進(jìn)行下一個(gè)應(yīng)變計(jì)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。

四、 E區(qū)傳感器數(shù)據(jù)采集及分析

自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次對(duì)“待測(cè)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(dòng)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(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(tái)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(duì)于廣東科學(xué)中心如此重要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在以后長(zhǎng)期的使用過程中，尤其是遭遇地震、臺(tái)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(zhǎng)期的隔震支座自動(dòng)監(jiān)測(cè)來達(dá)到此目的意義。

五、小結(jié)

通過利用利用智能傳感器來監(jiān)測(cè)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(tái)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(duì)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(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)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(bào)(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)

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