上海桥梁结构健康监测诊断报告

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结构健康监测- 结构模态分析： 结构动力特性不仅与结构当前的工作状态有着密切的直接联系，而且也是进行结构模型修正的重要参考因素。结构自振频率、振型和阻尼比可以针对动力响应实测数据(加速度、速度以及位移传感器实测得到的振动信号)进行频谱分析获得。由于传感器测试的数据往往包含了周边环境噪声的成分，同时结构属于频率密集型结构，在此背景下，直接针对动力响应实测数据进行频谱分析，确保由此方法获得的结构模态特征参数的准确性就显得比较困难。 为此，除了采用FFT变换和功率谱法分析结构的频谱特性之外，还采用小波变换和Hilbert-Huang变换来分析结构的时频特征，小波变换和Hilbert-Huang变换可以从结构的振动信号中分离出较密集的结构自振频率。此外，由于噪声的影响，使每一次测试得到的结构频率和振型均存在一定的差别，为此，我们采用统计分析的方法确定结构的频率和振型的概率分布。 另外，由于安装过程在结构内部引起的自平衡的初始安装应力，温度变化在静定结构内部引起的温度应力等都会导致结构动力特性的变化。考虑初始安装应力的实际影响，通过施工过程的跟踪监测可以获知竣工结构内部的安装应力分布特征及规律，在此基础上基于动力响应实测数据的结构模态分析结果很可能与结构理论计算得到的结果不一致，由此进行的有限元模型修正可以保证计算模型能更真实的反映结构的实际工作状态。考虑温度变化的实际影响，在不同温度场下测试分析获得结构的自振频率，找到温度对结构频率影响的规律，从而在对有限元模型进行修正时，剔除温度的影响 。上海桥梁结构健康监测诊断报告

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XXXX中心位于XX滨江商务核心区域，地理位置优越，是新一轮城市发展的重点区域。XXXX中心由1栋主塔楼、1栋办公辅楼、1栋公寓辅楼及裙楼组成。其中，主塔楼建筑面积约为40万平方米，高度过606米以上，地上125层，地下6层，是一幢集办公、酒店、公寓等多功能于一体的高层建筑，一个塔冠和穹拱位于塔楼顶部，凸显塔楼的建筑风格。建成后的XXXX中心将是华中*高楼，成为XX市的标志性建筑。 为了有效地承担水平力(风荷载和地震荷载)，XXXX中心主塔楼采用核心筒+外伸桁架+(外周)巨型框架结构体系(如图1.1-1所示)，包括强大的组合剪力墙、微倾的巨型SRC组合柱和曲线型的环带桁架，形成了多道设防的布置特征。结构构件的位置和几何形状都经过了精心地优化以满足强度、刚度和稳定性的要求，同时与建筑设计达到*的结合。 为实现XXXX中心大厦全生命周期不同阶段的结构性能监测，结构健康监测系统包括施工阶段监测系统及使用阶段监测系统。施工阶段性能监测系统的设计充分考虑了与使用阶段性能监测系统的相关性，各类传感器的布置在满足施工监测系统的要求下兼顾了结构使用阶段性能监测系统的要求。 结构健康监测系统的建立参考以下资料： 《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001，2009年版); 《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010); 《工程测量规范》 (GB50026-2007); 《建筑变形测量规范》 (JGJ8-2007); 《全球定位系统(GPS)测量规范》 (GB/T 18314-2009); 《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001); 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012); 《钢结构设计规范》(GB 50017-2003); 《公共建筑结构监测技术规范》(征求意见稿); 施工包单位的施工组织计划; 甲方提供的图纸及其他相关资料 。上海桥梁结构健康监测诊断报告 结构健康监测--结构响应监测 1.1 位移监测。 结构位移监测拟在塔楼主体结构的中心布置二个全球定位系统(GPS)。用于监测主体结构在风荷载以及可能产生的地震作用下的水平位移*值。沿塔楼高度方向，在关键楼层处布置倾角仪，用于监测房屋中心点处的水平位移，因此应布置在核心筒连续的竖向墙体上。同时结合加速度仪的布置，可以得到结构整体的实时响应，实时掌握结构的整体性状。 1.2 加速度监测。 结构动力特性是反映结构性状的一个*重要、*直接的性能指标。在关键楼层布置加速度仪不仅可以获得结构的自振周期、频率以及阻尼，而且可以实时记录结构在风荷载、地震荷载作用下结构的反应。对于高层建筑，前5阶反应及前15阶模态是*为重要的。因此，动力响应传感器数量及布置应能获取使用阶段状态下结构的前五阶X向平动、Y向平动和前三阶扭转，不少于15阶模态的周期、振型和阻尼比。 1.3 应力应变监测。 测量塔楼关键构件的应变，关键构件包括： 1) 伸臂桁架和环带桁架的关键部位的上弦、下弦和斜腹杆; 2) 典型层巨柱的钢骨、钢筋和混凝土，交叉斜撑与巨柱相连的应力复杂部位; 3) 典型层核心筒的角部暗柱、核心筒内埋钢板和混凝土的关键部位; 4) 典型层的角部暗柱钢骨、墙身钢筋和混凝土; 5) 巨柱间的交叉斜撑; 6) 特殊楼层的水平桁架、梁; 7) 穹拱及塔冠钢结构 。

结构健康监测- 结构模态分析： 结构动力特性不仅与结构当前的工作状态有着密切的直接联系，而且也是进行结构模型修正的重要参考因素。结构自振频率、振型和阻尼比可以针对动力响应实测数据(加速度、速度以及位移传感器实测得到的振动信号)进行频谱分析获得。由于传感器测试的数据往往包含了周边环境噪声的成分，同时结构属于频率密集型结构，在此背景下，直接针对动力响应实测数据进行频谱分析，确保由此方法获得的结构模态特征参数的准确性就显得比较困难。 为此，除了采用FFT变换和功率谱法分析结构的频谱特性之外，还采用小波变换和Hilbert-Huang变换来分析结构的时频特征，小波变换和Hilbert-Huang变换可以从结构的振动信号中分离出较密集的结构自振频率。此外，由于噪声的影响，使每一次测试得到的结构频率和振型均存在一定的差别，为此，我们采用统计分析的方法确定结构的频率和振型的概率分布。 另外，由于安装过程在结构内部引起的自平衡的初始安装应力，温度变化在静定结构内部引起的温度应力等都会导致结构动力特性的变化。考虑初始安装应力的实际影响，通过施工过程的跟踪监测可以获知竣工结构内部的安装应力分布特征及规律，在此基础上基于动力响应实测数据的结构模态分析结果很可能与结构理论计算得到的结果不一致，由此进行的有限元模型修正可以保证计算模型能更真实的反映结构的实际工作状态。考虑温度变化的实际影响，在不同温度场下测试分析获得结构的自振频率，找到温度对结构频率影响的规律，从而在对有限元模型进行修正时，剔除温度的影响 。

结构健康监测--施工过程监测的内容： 1) 风荷载监测。 包括两部分内容，其一是指塔楼顶部在结构主体封顶至施工结束工程竣工阶段，针对建筑物所承受风荷载作用的监测。其二是指塔楼某部分在该部分施工结束至工程竣工期间内该部分建筑物在承受外部风荷载作用下的表面风压的监测。 2) 温度监测。 设置五个温度测量层，本项监测是指施工全周期内，测量层各测量点在该层施工完毕至工程竣工阶段，针对结构表面和结构体内温度变化的监测。 3) 位移监测。 是指建筑物各个关键位移控制点，包括塔体以及塔顶等，在该关键点施工完毕至全部结构竣工期间内，各施工阶段该关键点各向位移的监测。 此项监测采用两种方法分别进行： GPS以及倾角仪系统。各种方法的监测数据进行对比分析与融合。 4) 加速度监测。 主要是指结构在竣工投入使用后，各加速度监测点随在结构运营期间加速度响应的监测。动力响应传感器数量及布置应能获取使用阶段不同结构状态下结构的X向平动、Y向平动和扭转，周期、振型和阻尼比。传感器类型以加速度计为主、辅以必要的速度及位移传感器作为校核。 5) 应变监测。 是指施工全周期内，测量层各监测点在该层施工完毕至工程竣工阶段，针对结构构件随施工过程应力应变的监测。 6) 标高监测。 是指施工全周期内，针对塔体各层各关键点随施工过程结构标高的监测。 7) 垂直度监测。 是指施工全周期内，针对塔体各关键点随施工过程垂直度的监测。 8) 沉降监测。 是指施工全周期内，针对塔楼基础以及塔体各关键点随施工过程沉降的监测 。Kbdc2ql88

国际上，尤其是日本、美国和徳国，健康监测系統在土木工程中用相対较多，已经扩展到大型混凝土工程、高层建筑等复杂系统的监测。纵观土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断的发展水平，至少有以下几个尚待解決的问题： (1)缺少通用的损伤量化指标：在基于振动的故障诊断和预测中，要求不论信号的来源和频段，经过信号处理后，原始状态的信号(健康状态)和损伤后的信号(损伤状态)应有明显的差异。即识别出的信号特征能够准确地表示出健康状态和损伤状态。因此，应该设计一种损损尺度，将结构损伤与否和损伤的程度简单地分级量化; (2)高成本和信号处理的不准确性：诊断系统的两个主要问题是：高成本和信号处理的不准确性。*个问题随着元线网络和通讯的发展已不那么突出，第二个问是现在都假定璪音信号为不变的高斯分布而感兴趣的信号都有确定的频率，实际上并非如此，感兴趣的信号频率范围很宽，而且是在一个非理想的变化环境中得到的，如何解决这个问题将成为未来发展的重点。 结构健康监测系统涉及许多不同研究领域(如结构、计算机、通讯等)，需要解決多方面的问题(如寻找传器感*测点、*的模态识别方法、*的系统识别方法、误差分析等)，健康监测主要目的是监测累积损伤-自动识别损伤是结构健康监测系统的核心技术，也是当代国际的研究热点。目前的健康监测系统尚不具备损伤识别能力，而真正的健康监测系统必须具备自识别损伤的能力。桥梁监测系统涉及结构、计算机、通讯等多个领域，需要多学科的研究。世界上许多新建的大跨桥都安装有监测系统，桥梁监测系統反映了一个*的结构试验技术和桥梁管理的综合实力，是国际上的前沿热点研究领域，目前正迅速发展。健康诊断作为土木基础设施系统管理的一部分，越来越受到人们的重视 。

传统的结构设计理论是针对已建成的完整结构，一次性的施加运营阶段的各种可能的荷载，在此基础上完成结构或构件的验算。多数情况下，这种方法未考虑施工过程中结构的安全性以及施工过程中结构变形及内力的发展演变历程。因此，依据XXXX中心主塔楼结构的具体施工方案进行施工过程的模拟分析就显得非常必要。 1) 确保施工过程结构的安全可控，为制定合理的结构施工方案提供理论佐证。 施工过程中结构的形体构成、边界条件、外部荷载等均在不断的发生变化，与传统结构设计所描述的结构状态不完全一致，甚至差异显著。因此，施工过程的模拟分析成为对传统结构设计的补充，根据模拟分析结果可以评价施工方案，保证施工过程的安全、可控，实现竣工结构满足设计要求的目的。 2) 与监测结果相互印证、评估施工过程中的结构性状。 监测关注的是当前结构的实际现状。结构施工过程的模拟分析可以预测结构施工过程中的受力状态和几何形态，该理论分析结果作为标准指明了结构应有的状态，与监测结果进行对比、印证，就可以更全面、准确的评估结构的当前性状。当结构的实际状态与应有状态出现偏差时，经过偏差分析可以确定预期应调整的方向。 3) 预测结构的响应规律，采取工程措施保证竣工结构满足设计要求。 塔楼结构在施工过程中会受到各种因素(如温度、风荷载、施工荷载以及混凝土收缩徐变等)的影响，特别是当塔楼建造到一定高度时，这种影响累积的结构位移会给结构初始安装姿态的确定带来困难，即构件的放样、制作将非常复杂。此外，不同区域结构变形的差异会使相关结构产生安装内力，这种安装内力也会为未来运营期的结构带来安全隐患。通过施工过程的模拟分析，预测结构的位形及内力响应规律，在此基础上，采取工程措施使竣工结构的几何形态和内力状况*限度地逼近设计要求 。