- 項目背景
京津城(cheng)際(ji)延(yan)伸線(xian)于家堡(bao)站站房工程地面(mian)城(cheng)際(ji)站房為“貝殼(ke)(ke)”形的(de)穹頂建筑，立面(mian)為雙曲(qu)面(mian)的(de)空間造型，穹頂各方向尺度比例經過(guo)充(chong)分(fen)的(de)結構力學(xue)分(fen)析，并考慮外觀(guan)美學(xue)效果。南端穹頂角(jiao)度較陡，弧度較大，建筑最高(gao)點(dian)24米(mi)，北端呈平(ping)緩(huan)的(de)曲(qu)面(mian)，頂部(bu)(bu)最高(gao)處設(she)(she)置有(you)的(de)橢圓形孔(kong)，豐富了穹頂的(de)立面(mian)造型。穹頂的(de)外表(biao)面(mian)材料主要為ETFE 膜(mo)、透明(ming)玻璃、鋁(lv)合金構件組成，整體顏(yan)色呈現為柔和(he)的(de)半透明(ming)的(de)白色。于家堡(bao)網(wang)(wang)殼(ke)(ke)為單層網(wang)(wang)殼(ke)(ke)結構，長跨143米(mi)，短(duan)跨80米(mi)，高(gao)度24 米(mi)。網(wang)(wang)殼(ke)(ke)由36根順時(shi)(shi)針(zhen)和(he)36根逆時(shi)(shi)針(zhen)的(de)鋼箱梁(liang)相互編織(zhi)而(er)成，在頂部(bu)(bu)交(jiao)織(zhi)成36個點(dian)與(yu)(yu)頂部(bu)(bu)鋼環(huan)梁(liang)連(lian)(lian)接。在底(di)部(bu)(bu)也交(jiao)織(zhi)成36個鋼節點(dian)與(yu)(yu)底(di)部(bu)(bu)鋼環(huan)梁(liang)連(lian)(lian)接，這樣頂環(huan)梁(liang)+72條桿件編織(zhi)網(wang)(wang)+底(di)環(huan)梁(liang)的(de)單層網(wang)(wang)殼(ke)(ke)結構通過(guo)雙向鉸支(zhi)座與(yu)(yu)地下結構及牛腿(tui)連(lian)(lian)接。該(gai)項目(mu)作為一(yi)個大型站房溫(wen)度場(chang)(chang)、應(ying)力場(chang)(chang)的(de)監測，我司已運維(wei)7年，通過(guo)健(jian)康監測系統可(ke)(ke)以(yi)(yi)監測設(she)(she)計(ji)中不可(ke)(ke)預見的(de)荷載(zai)作用(yong)以(yi)(yi)及結構的(de)受力情況，持續為于家堡(bao)的(de)結構健(jian)康保駕護(hu)航。
- 項目設計及實施
地(di)面站房網殼運(yun)營(ying)期間主要的(de)風(feng)(feng)險事(shi)件(jian)(jian)有網殼整體或局部(bu)倒塌、網殼撓度(du)過大、火災事(shi)件(jian)(jian)、地(di)震(zhen)或大風(feng)(feng)破壞事(shi)件(jian)(jian)。面對眾多運(yun)營(ying)安全隱患，該系統可以實現(xian)重點(dian)監測(ce)，提出(chu)有針對性(xing)的(de)解(jie)決方案。具(ju)體如下：
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? 序號 |
風險事件 |
風險因素 |
后果 |
健康監測應對措施 |
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1 |
網殼整體或局部倒塌 |
1、施工質量不合格 2、荷載超限 3、雪載嚴重超載 4、鋼材或焊縫的腐蝕 |
人員傷亡、經濟損失 |
在關鍵桿件(jian)設置應變(bian)(bian)、溫度(du)傳感器測量桿件(jian)應變(bian)(bian)和溫度(du)、進行網殼變(bian)(bian)形觀測 |
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2 |
網殼撓度過大 |
1、地下結構的不均(jun)勻沉(chen)降或上浮 2、局部堆載過大 3、支座損壞 4、溫度波動較大 |
經濟損失 |
進行網(wang)殼(ke)變形(xing)觀(guan)測、支座沉降觀(guan)測變形(xing)，設置(zhi)應(ying)變、溫度(du)測量桿件應(ying)力和(he)溫度(du) |
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3 |
火災事件 |
1、火災(zai)導致使(shi)鋼結構承載(zai)力(li)降低 |
經濟損失 |
設置應(ying)變(bian)(bian)、溫度(du)傳感(gan)器測量火災下的桿件應(ying)變(bian)(bian)和溫度(du) |
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4 |
地震或大風破壞事件 |
1、地震使局(ju)部桿件發生破壞(huai) 2、大(da)風使桿件局部破壞 |
經濟損失 |
設置風速儀(yi)、振動加(jia)速度傳感器。測量(liang)整體的振動情況 |
- 實現功能
1.為鋼(gang)結構卸(xie)載提供(gong)參考
鋼(gang)結(jie)構(gou)經過(guo)幾個月的(de)分(fen)布施工(gong)，各種設(she)計(ji)之外的(de)特殊工(gong)況難以預料(liao)，再加上(shang)施工(gong)工(gong)藝難以百之百按照設(she)計(ji)的(de)意圖執行，造成結(jie)構(gou)部分(fen)桿件(jian)的(de)受力情(qing)況與設(she)計(ji)發(fa)生偏差。系統在這樣背景下起到了為鋼(gang)結(jie)構(gou)卸載提(ti)供(gong)參考的(de)作用。所有監(jian)測的(de)70根桿件(jian)受力情(qing)況與設(she)計(ji)提(ti)供(gong)的(de)整體受力情(qing)況相(xiang)對(dui)照，找出重點監(jian)測的(de)區域(yu)及(ji)桿件(jian)，為卸載施工(gong)提(ti)供(gong)參考。
- 驗證原始設計
原始設(she)計(ji)是在理想環境下模(mo)擬進行的(de)(de)，考慮了普遍情況(kuang)(kuang)下以(yi)(yi)及多種極限狀況(kuang)(kuang)下結構(gou)的(de)(de)承載情況(kuang)(kuang)，但實際工(gong)況(kuang)(kuang)的(de)(de)復雜程度(du)是設(she)計(ji)難(nan)以(yi)(yi)覆蓋的(de)(de)。監(jian)測系統采集的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)與原始設(she)計(ji)相(xiang)輔相(xiang)成，相(xiang)互參(can)照驗證，根據(ju)(ju)原始設(she)計(ji)可以(yi)(yi)設(she)定監(jian)測系統的(de)(de)相(xiang)應(ying)參(can)數(shu)，相(xiang)應(ying)的(de)(de)，根據(ju)(ju)監(jian)測系統的(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)可以(yi)(yi)修(xiu)正(zheng)原始設(she)計(ji)的(de)(de)相(xiang)應(ying)條件(jian)，完善設(she)計(ji)方案，為以(yi)(yi)后類似的(de)(de)工(gong)程提供設(she)計(ji)參(can)考。
- 施工過程中及長期運營風險預警
系(xi)統(tong)(tong)對數據管理(li)系(xi)統(tong)(tong)提供(gong)的結(jie)(jie)構(gou)(gou)溫度(du)、變(bian)形，支座(zuo)位(wei)移(yi)、桿(gan)件應(ying)力/應(ying)變(bian)和加速(su)度(du)等信息(xi)(xi)進行(xing)實時(shi)(shi)的監測和分(fen)析處理(li)，當結(jie)(jie)構(gou)(gou)觀測數據發(fa)生異(yi)常(chang)時(shi)(shi)（預(yu)示結(jie)(jie)構(gou)(gou)可能發(fa)生損傷）給出預(yu)警；綜(zong)合結(jie)(jie)構(gou)(gou)溫度(du)、支座(zuo)位(wei)移(yi)和桿(gan)件應(ying)力/應(ying)變(bian)等信息(xi)(xi)，對結(jie)(jie)構(gou)(gou)的有(you)限(xian)元模型進行(xing)修正，利用修正后的模型進行(xing)整體結(jie)(jie)構(gou)(gou)損傷識(shi)別、安全(quan)評(ping)估(gu)及預(yu)警。主要(yao)包括三個(ge)方(fang)面，結(jie)(jie)構(gou)(gou)健康狀態實時(shi)(shi)監測與預(yu)警；結(jie)(jie)構(gou)(gou)監測數據深度(du)分(fen)析；結(jie)(jie)構(gou)(gou)損傷識(shi)別。在施工(gong)期卸載過程中，系(xi)統(tong)(tong)已經(jing)成功預(yu)警一次，指(zhi)導施工(gong)卸載，對鋼支撐的安全(quan)卸載起到至關重要(yao)的作用。
4.后續施工(gong)加載監測(ce)
整(zheng)體鋼結構的(de)(de)荷(he)載(zai)達到了80%，后期仍有(you)(you)20%的(de)(de)荷(he)載(zai)會增(zeng)加(jia)，持(chi)續(xu)增(zeng)加(jia)的(de)(de)荷(he)載(zai)對結構帶(dai)來的(de)(de)影響(xiang)通過(guo)監測系(xi)統(tong)可以得到持(chi)續(xu)的(de)(de)關注，仍然重點(dian)關注加(jia)載(zai)過(guo)程(cheng)中受力發生突變或(huo)者異常的(de)(de)桿件，一旦發生預(yu)警情況，施(shi)工(gong)方可根據監測數(shu)據調整(zheng)施(shi)工(gong)工(gong)序或(huo)采(cai)取有(you)(you)效措施(shi)。
5.結(jie)構(gou)長(chang)期運(yun)營(ying)狀態安全評(ping)估
實現(xian)定期對累積(ji)監測數(shu)據(ju)進行全面深(shen)度分析，為判斷服役結構健康狀態以及可能的(de)結構損傷情況，提(ti)供重(zhong)要的(de)基礎數(shu)據(ju)。
????
- 成功預警
通(tong)過(guo)(guo)設(she)置預(yu)警(jing)值(zhi)，實(shi)(shi)時(shi)(shi)監(jian)測(ce)桿件受力(li)狀況(kuang)。在卸(xie)載過(guo)(guo)程中，發現桿件SG-11達(da)到三級預(yu)警(jing)值(zhi)177Mpa，一級預(yu)警(jing)值(zhi)290MPa，極限(xian)設(she)計應力(li)值(zhi)350MPa。在卸(xie)載監(jian)測(ce)過(guo)(guo)程中，桿件及(ji)時(shi)(shi)預(yu)警(jing)，對比現場安裝傳感器及(ji)布(bu)點(dian)位置，此處為(wei)車站大門入口處，焊(han)接(jie)時(shi)(shi)人(ren)為(wei)減少2根桿件，且為(wei)短板受力(li)狀態，與設(she)計及(ji)實(shi)(shi)際情況(kuang)吻合。在此情況(kuang)下(xia)，系統(tong)及(ji)時(shi)(shi)告(gao)知業主及(ji)設(she)計人(ren)員(yuan)，通(tong)過(guo)(guo)調整(zheng)施工(gong)工(gong)序，以減小受力(li)較大桿件的持續受力(li)增加，成(cheng)功(gong)解決卸(xie)載過(guo)(guo)程中隱患。
???????????????????????????軟件(jian)預(yu)警圖(tu)
?桿件SG-11位(wei)置
桿件傳感器第6個安裝位置
桿件第6個傳感器實物
通過分析，桿件SG-11之所以達(da)(da)到(dao)預警值(zhi)，是(shi)因為(wei)這根(gen)桿件所有傳感器(qi)在卸(xie)載之前自(zi)身的殘(can)余(yu)應(ying)力(li)(li)已(yi)處于一個(ge)較大水平，加之這個(ge)傳感器(qi)位置為(wei)壓/應(ying)力(li)(li)集(ji)中的位置，卸(xie)載過程(cheng)中產生的應(ying)力(li)(li)疊加造成了應(ying)力(li)(li)持續增加，達(da)(da)到(dao)了三級預警值(zhi)，但仍遠小(xiao)于桿件的極限承載值(zhi)，處于安全(quan)可控狀態。
