自动化监测系统在广东科学中心E区隔震结构中的应用

2010-09-06广州市海珠区市政工程项目建设中心郭曼丽

河南科技 2010年8期

关键词：区隔隔震支座

广州市海珠区市政工程项目建设中心郭曼丽

广州市海珠区市政工程项目建设中心郭曼丽

本文介绍了自动化监测系统，并结合其在E区隔震结构中的应用，利用智能传感器来监测隔震支座的位移变形以及钢巨柱的应变，来研究E区隔震结构的性能状态。

自动化监测系统广东科学中心E区高智能传感器该隔振结构

一、工程概况

占地45万平方米的广东科学中心位于广州大学城小谷围岛，它南、北临江，西靠滨江生态公园，东邻广州大学城外环路，主入口正对广州大学。其中，广东科学中心E区为大跨度巨型钢结构体系，由于该地区放置着重要的设备和精密的仪器，特采用隔振技术，以达到中震不坏，大震可修的目的。

针对E区隔震支座在上部钢结构施工过程中发生的复杂变形，在对隔震支座施工变形监测的基础上，开展其以后长期服役阶段的变形性能研究。鉴于广东科学中心的功能意义重大，以及隔震技术首次在巨型钢结构中的应用，传统的手工监测已不能满足要求，因此，采用基于高智能传感器的自动化监测系统，监控广东科学中心E区隔震支座以及巨型钢结构在长期正常使用状态下的工作性能，进行服役性能研究。

二、基于高智能传感器的自动化采集系统

高智能传感器具有统一的工业总线接口，多个传感器可以直接以现场总线方式连接，并可直接连接至计算机，便于进行自动化测量与实时监控工作。由于传输的是转化成物理量的数字信号，因此可以长距离不失真传输。GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的简称，它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换。利用GPRS方式进行数据传输实现远程监控，其原理图1所示。

图1 无线GPRS自动化数据采集系统

三、传感器的布置方案及安装

1. 隔震支座位移监测传感器布设方案及安装

（1）隔震支座位移监测传感器布设方案

E区钢结构巨柱编号如图2所示。

图2 E区钢柱编号

选定巨型钢柱EKJZ1、EKJZ2、EKJZ5、EKJZ6若干个隔震支座作为监测支座，在支座周围布置位移传感器以及数据采集系统，对隔震支座进行位移监测。

钢巨柱EKJZ1与EKJZ2、EKJZ5与EKJZ6的隔震支座布置相同，故以EKJZ1、EKJZ5的隔震支座平面布置图说明，如图3、4所示。

图3 EKJZ1隔震支座平面布置图平面布置图

图4 EKJZ5隔震支座

图5 为在钢巨柱EKJZ1、EKJZ2下面安装位移传感器进行位移变形监测的隔震支座示意图，图6为在钢巨柱EKJZ5、EKJZ6下面安装位移传感器进行变形监测的隔震支座示意图。

（2）隔震支座位移监测传感器安装

E区隔震支座位移传感器的安装工序主要为：焊接→安装→布线→调试。在安装过程中，要注意以下几点：

①在安装位移传感器的部位进行焊接前，要先将钢结构表面打磨、除锈，将焊接表面毛刺、油污及附着物除干净，以免影响安装精度。

图5 EKJZ1隔震支座监测对象监测对象

图6 EKJZ5隔震支座

②在位移传感器安装过程中，要尽量保证位移传感器在竖向保持铅直，水平两个方向与隔震支座的预埋板保持在同一水平线上，以确保测量的准确度。

③传感器的外部接线要整理捆扎好，以免外接线繁多凌乱造成不便。

2. 巨型钢框架结构应变监测传感器布设方案及安装

（1）巨型钢框架结构应变监测传感器布设方案

选定巨型钢柱EKJZ1、EKJZ2、EKJZ5、EKJZ6布设智能应变计。巨型钢框架柱的单侧应变片布置点如图7所示：

图7 智能型应变计布置图

（2）巨型钢框架结构应变监测传感器安装

E区巨型钢框架结构应变传感器的安装工序同隔震支座位移传感器的安装工序相似，主要步骤为：点焊→安装→调试→布线→调试。在巨型钢框架结构应变传感器的安装过程中，同样要注意以下几点：

①在安装应变计之前，待安装的监测布设点要做明显的标记。

②由于E区钢巨柱表面覆盖一层较厚的防火涂料，因此在安装表面应变传感器之前，要先将防火涂料打磨掉；并尽量使其表面干净、无凹凸不平面，接着再进行点焊，这样才能保证应变计的正常安装使用。

③不同于位移计的是，在安装完每一个应变传感器后，采用测读仪进行即时调试，若不满足精确度或者使用要求，则现场调试至达到要求为止。在确保应变计安装后达到测量要求后，再进行下一个应变计的安装调试。

④传感器的外部接线要整理捆扎好，以免外接线繁多凌乱造成不便。

四、 E区传感器数据采集及分析

自动化数据采集系统依次对“待测传感器列表”中的E区传感器进行数据采集，当采集工作完毕后，系统采集到的数据将自动添加到数据记录文件。

E区传感器数据记录文件如图8所示。

图8 区传感器数据记录文件

将记录的数据转换成EXCEL表格形式，以隔震支座的自动监测采集到的变形数据为例来进行分析说明。隔震支座位移变化数据如表1所示。

表1 隔震支座位移数据表

温度测量值偏差值单位应变频率补偿频率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

由监测到的隔震支座位移偏差数据可以看出，隔震支座在施工变形的基础上，且又无地震、台风等荷载的影响作用，隔震支座的位移偏差在±1mm左右，性能稳定，处于正常使用状态。

对于广东科学中心如此重要的复杂结构，在以后长期的使用过程中，尤其是遭遇地震、台风等不利荷载影响的情况下，隔震支座的性能如何，能否可以正常使用并发挥其隔震减震的效果，将通过长期的隔震支座自动监测来达到此目的意义。