太仓桥梁风荷载监测诊断报告

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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 。

本项目采用1+2型GPS 监测方案，即一个固定站(基站)和二个移动站。当结构施工到相应监测楼层时，在结构刚度中心及角部各布置两个移动站，用来测试结构的整体水平位移。由于结构的运动除了两个方向的水平平动外还可能有绕中心的扭转，根据两个测点的测试结果可以计算出结构的扭转相应。 固定站的安装标准要求很高，需要选择距离移动站600m之内一个开阔场地采用挖坑深埋方式布设固定站，作为移动站的差分参考。如果工地现场的条件不够，可以考虑直接采用当地政府的大地监测网络基准站，通常他们具有更高的安装精度，一般数据的获得需要付费。 移动站安装在结构上之后，结构一直在振动，因此，移动站的零点选择也是比较困难的。零点的可以采用如下步骤实现：振动位移可以通过加速度计和激光位移计，通过振动台给出不同频率和振幅的振动，然后由测到的GPS振动位移与加速度计和激光位移计测到的振动位移相比，从而验证GPS测定振动位移的精度。用同样的方法，通过激光位移计测到的平动位移(平均位移)验证GPS的平均位移精度。 由于本结构高，建筑地面的 GPS 参考站信号会被周围建筑阻挡;因此本项目拟在塔楼开阔场地不动点处布置1个GPS参考站，其与2个GPS流动站组成一个完备的GPS 观测环路，以提高GPS观测的可靠性，GPS在平面的布置点如图 6.5?4。当结构施工到相应监测楼层时，在所监测楼面中心处和外筒各布置一台GPS观测站监测结构的水平方向位移。结构的测试楼层主要为10个加强层。由于结构的运动除了两个水平方向平动外还可能有绕中心的扭转，根据中心点和外筒测量得到的运动可以计算出结构的扭转 。太仓桥梁风荷载监测诊断报告 在施工阶段，位移监测楼层施工完成时需对变形进行测量。在进行加强层施工时，变形数据观测间隔不应少于5天。结构封顶至所有上部荷载施加完毕，变形观测间隔不应少于1个月。 施工期间基本原则是不布线或尽量少布线。测试时根据需要采用独立监测系统，数据线直接接入测点旁的电脑中。一层测区一台电脑，一个楼层若有多个测点，可根据情况确定一台或多台电脑，数据线不跨越楼层。若采用监测系统，加速度仪设在子站所在楼层，布线通过数据线槽一并接入子站，然后统一传递到站。 GPS接收机和GPS参考站安装在安全和有保护装置的位置并进行避雷保护。GPS天线的位置应当仔细选择，避免由于电缆、障碍物等引起多路径影响。施工阶段，由于施工平台可能会屏蔽GPS信号，因此需对GPS流动站加装信号接收天线放大器，以保证接收数据的可靠性和准确性。GPS天线与数据采集系统之间是波特率为115200的光缆来进行传输。施工期间基本原则是不布线或尽量少布线。测试时根据需要采用独立监测系统，光缆直接接入测点旁的电脑中 。

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--施工过程位移监测(GPS部分)： 位移监测的目的在于掌握塔楼结构的几何变化，研究塔楼的水平位移与环境变化(如温度和风)的关系。结构水平位移特别是顶部的水平位移对结构的稳定性起着至关重要的作用，影响结构的安全。所以施工过程中水平位移监测是一个重要环节，应确保结构的水平位移在规范要求的范围内。 根据《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)》，高度大于250米的高层混合筒体建筑，按弹性方法计算的楼层层间*位移与层高之比不宜大于1/500。 对加速度信号积分，可以得到结构的动位移。至于如何得到结构的*位移(包括静位移、动位移和不均匀沉降)，采用普通的监测手段将遇到选择参照物的困难。当前发展起来的全球定位系统(GPS)可以很好地解决该问题。 GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向和时间信息。GPS技术具有精度高、速度快、全天候、连续、同步、全自动，且能同时获得3维坐标等优点。在本项目中，将采用全球定位系统来测量结构在风作用下的位移 。

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 。Kbdc2ql88太仓桥梁风荷载监测诊断报告

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结构健康监测-运营阶段监测的内容： 1) 地震监测 主要是指结构在竣工投入使用后，结构场地所受地震波的荷载作用的监测。 2) 风荷载监测 包括两部分内容，其一是指建筑物在运营期间所承受风荷载作用的监测。其二是指塔楼建筑物关键部位在运营期间承受外部风荷载作用下的表面风压的监测。 3) 温度监测 设置五个温度测量层，本项监测是指在建筑物运营期间，测量层各测量点在各个季节，各个时间段结构表面温度变化的监测。 4) 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，在建筑运营使用期间各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，并对两种方法的监测数据进行对比分析与融合。 5) 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。 6) 应变监测 主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，结构构件应力应变的监测。 7) 标高监测 主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，结构的标高监测。 8) 沉降监测 主要是指结构在竣工投入使用后，测量层各测量点在各个时期，基础以及结构的沉降监测。

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