- 項(xiàng)目背景
京津城際延伸線(xiàn)于家堡站站房工程地面城際站房為“貝殼”形的穹頂建筑，立面為雙曲面的空間造型，穹頂各方向尺度比例經(jīng)過(guò)充分的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，并考慮外觀(guān)美學(xué)效果。南端穹頂角度較陡，弧度較大，建筑最高點(diǎn)24米，北端呈平緩的曲面，頂部最高處設(shè)置有的橢圓形孔，豐富了穹頂?shù)牧⒚嬖煨?。穹頂?shù)耐獗砻娌牧现饕獮镋TFE 膜、透明玻璃、鋁合金構(gòu)件組成，整體顏色呈現(xiàn)為柔和的半透明的白色。于家堡網(wǎng)殼為單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)跨143米，短跨80米，高度24 米。網(wǎng)殼由36根順時(shí)針和36根逆時(shí)針的鋼箱梁相互編織而成，在頂部交織成36個(gè)點(diǎn)與頂部鋼環(huán)梁連接。在底部也交織成36個(gè)鋼節(jié)點(diǎn)與底部鋼環(huán)梁連接，這樣頂環(huán)梁+72條桿件編織網(wǎng)+底環(huán)梁的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)通過(guò)雙向鉸支座與地下結(jié)構(gòu)及牛腿連接。該項(xiàng)目作為一個(gè)大型站房溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，我司已運(yùn)維7年，通過(guò)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中不可預(yù)見(jiàn)的荷載作用以及結(jié)構(gòu)的受力情況，持續(xù)為于家堡的結(jié)構(gòu)健康保駕護(hù)航。
- 項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施
地面站房網(wǎng)殼運(yùn)營(yíng)期間主要的風(fēng)險(xiǎn)事件有網(wǎng)殼整體或局部倒塌、網(wǎng)殼撓度過(guò)大、火災(zāi)事件、地震或大風(fēng)破壞事件。面對(duì)眾多運(yùn)營(yíng)安全隱患，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，提出有針對(duì)性的解決方案。具體如下：
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? 序號(hào) |
風(fēng)險(xiǎn)事件 |
風(fēng)險(xiǎn)因素 |
后果 |
健康監(jiān)測(cè)應(yīng)對(duì)措施 |
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1 |
網(wǎng)殼整體或局部倒塌 |
1、施工質(zhì)量不合格 2、荷載超限 3、雪載嚴(yán)重超載 4、鋼材或焊縫的腐蝕 |
人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失 |
在關(guān)鍵桿件設(shè)置應(yīng)變、溫度傳感器測(cè)量桿件應(yīng)變和溫度、進(jìn)行網(wǎng)殼變形觀(guān)測(cè) |
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2 |
網(wǎng)殼撓度過(guò)大 |
1、地下結(jié)構(gòu)的不均勻沉降或上浮 2、局部堆載過(guò)大 3、支座損壞 4、溫度波動(dòng)較大 |
經(jīng)濟(jì)損失 |
進(jìn)行網(wǎng)殼變形觀(guān)測(cè)、支座沉降觀(guān)測(cè)變形，設(shè)置應(yīng)變、溫度測(cè)量桿件應(yīng)力和溫度 |
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3 |
火災(zāi)事件 |
1、火災(zāi)導(dǎo)致使鋼結(jié)構(gòu)承載力降低 |
經(jīng)濟(jì)損失 |
設(shè)置應(yīng)變、溫度傳感器測(cè)量火災(zāi)下的桿件應(yīng)變和溫度 |
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4 |
地震或大風(fēng)破壞事件 |
1、地震使局部桿件發(fā)生破壞 2、大風(fēng)使桿件局部破壞 |
經(jīng)濟(jì)損失 |
設(shè)置風(fēng)速儀、振動(dòng)加速度傳感器。測(cè)量整體的振動(dòng)情況 |
- 實(shí)現(xiàn)功能
1.為鋼結(jié)構(gòu)卸載提供參考
鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的分布施工，各種設(shè)計(jì)之外的特殊工況難以預(yù)料，再加上施工工藝難以百之百按照設(shè)計(jì)的意圖執(zhí)行，造成結(jié)構(gòu)部分桿件的受力情況與設(shè)計(jì)發(fā)生偏差。系統(tǒng)在這樣背景下起到了為鋼結(jié)構(gòu)卸載提供參考的作用。所有監(jiān)測(cè)的70根桿件受力情況與設(shè)計(jì)提供的整體受力情況相對(duì)照，找出重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的區(qū)域及桿件，為卸載施工提供參考。
- 驗(yàn)證原始設(shè)計(jì)
原始設(shè)計(jì)是在理想環(huán)境下模擬進(jìn)行的，考慮了普遍情況下以及多種極限狀況下結(jié)構(gòu)的承載情況，但實(shí)際工況的復(fù)雜程度是設(shè)計(jì)難以覆蓋的。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與原始設(shè)計(jì)相輔相成，相互參照驗(yàn)證，根據(jù)原始設(shè)計(jì)可以設(shè)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)，相應(yīng)的，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以修正原始設(shè)計(jì)的相應(yīng)條件，完善設(shè)計(jì)方案，為以后類(lèi)似的工程提供設(shè)計(jì)參考。
- 施工過(guò)程中及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警
系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供的結(jié)構(gòu)溫度、變形，支座位移、桿件應(yīng)力/應(yīng)變和加速度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析處理，當(dāng)結(jié)構(gòu)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)（預(yù)示結(jié)構(gòu)可能發(fā)生損傷）給出預(yù)警；綜合結(jié)構(gòu)溫度、支座位移和桿件應(yīng)力/應(yīng)變等信息，對(duì)結(jié)構(gòu)的有限元模型進(jìn)行修正，利用修正后的模型進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、安全評(píng)估及預(yù)警。主要包括三個(gè)方面，結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警；結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)深度分析；結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別。在施工期卸載過(guò)程中，系統(tǒng)已經(jīng)成功預(yù)警一次，指導(dǎo)施工卸載，對(duì)鋼支撐的安全卸載起到至關(guān)重要的作用。
4.后續(xù)施工加載監(jiān)測(cè)
整體鋼結(jié)構(gòu)的荷載達(dá)到了80%，后期仍有20%的荷載會(huì)增加，持續(xù)增加的荷載對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以得到持續(xù)的關(guān)注，仍然重點(diǎn)關(guān)注加載過(guò)程中受力發(fā)生突變或者異常的桿件，一旦發(fā)生預(yù)警情況，施工方可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工工序或采取有效措施。
5.結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)狀態(tài)安全評(píng)估
實(shí)現(xiàn)定期對(duì)累積監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深度分析，為判斷服役結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)以及可能的結(jié)構(gòu)損傷情況，提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
????
- 成功預(yù)警
通過(guò)設(shè)置預(yù)警值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿件受力狀況。在卸載過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)桿件SG-11達(dá)到三級(jí)預(yù)警值177Mpa，一級(jí)預(yù)警值290MPa，極限設(shè)計(jì)應(yīng)力值350MPa。在卸載監(jiān)測(cè)過(guò)程中，桿件及時(shí)預(yù)警，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器及布點(diǎn)位置，此處為車(chē)站大門(mén)入口處，焊接時(shí)人為減少2根桿件，且為短板受力狀態(tài)，與設(shè)計(jì)及實(shí)際情況吻合。在此情況下，系統(tǒng)及時(shí)告知業(yè)主及設(shè)計(jì)人員，通過(guò)調(diào)整施工工序，以減小受力較大桿件的持續(xù)受力增加，成功解決卸載過(guò)程中隱患。
???????????????????????????軟件預(yù)警圖
?桿件SG-11位置
桿件傳感器第6個(gè)安裝位置
桿件第6個(gè)傳感器實(shí)物
通過(guò)分析，桿件SG-11之所以達(dá)到預(yù)警值，是因?yàn)檫@根桿件所有傳感器在卸載之前自身的殘余應(yīng)力已處于一個(gè)較大水平，加之這個(gè)傳感器位置為壓/應(yīng)力集中的位置，卸載過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力疊加造成了應(yīng)力持續(xù)增加，達(dá)到了三級(jí)預(yù)警值，但仍遠(yuǎn)小于桿件的極限承載值，處于安全可控狀態(tài)。
