幕墙屋顶健康监测漫谈

来源:中国幕墙网收集整理　作者:龙文志　日期:2006-11-28 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　2．大跨度屋顶结构

　　深圳市民中心大厦的屋顶为长486m、宽156m的网壳结构，跨中树状衍架支撑在塔上。该结构屋顶部分安装了一套健康监测系统，该系统由传感器子系统和结构分析子系统组成，其中传感器子系统测量屋顶部分的风压和反应，结构分析子系统计算结构的反应并进行安全评定。传感器子系统包括光纤传感器、应变片、风速仪、风压计和加速度传感器，其中光纤传感器和应变片测量结构的应变反应，加速度传感器测量结构的位移和加速度反应，风速仪和风压计测量屋顶的凤压分布。结构分析子系统在监测得到的结构反应的基础上，可以进行屋顶结构的损伤识别、模型修正和安全评定。所有监测信号均储存在数据库中，通过局域网和Internet网实现远程传输。

　　3．波士顿汉考克大厦

　　1971年建成的60层高的波士顿汉考克大厦，是由贝聿铭事务所设计的玻璃的幕墙，共划分成1.4×3.5m的玻璃10344块。1968年开工，至1971年建成后就陆续有玻璃破裂。1973年一次风暴中吹坏了数十块，破玻璃落下来又砸坏了一些玻璃。至1975年已有两千多块玻璃因破裂由木板代替，美丽的汉考克变得千疮百孔。为此，业主对贝聿铭事务所及有关的五个公司提出控告。据调查认为原因是结构刚度太差和玻璃强度不足(相对其厚度与面积而言)。决定采取加强中央竖井以增加结构刚度，将玻璃改为钢化玻璃，这些措施共花施工、材料、设计费达数百万美元，约占建筑总投资的数1/10。坎布里奇中级法院最后判决，按照6个单位在事故中的责任大小来分摊这笔费用，贝聿铭事务所占4/19，两个玻璃制造厂商均占6/19。至此，汉考克大厦又恢复了闪闪光的从优雅的仪容。但是，这桩公案仍未了结，在修复后的五年中，又已破裂了55块。开始，为了预测即将破裂的玻璃，专门委派了一小队看守人员分散在大街上，拿着望运镜仔细观察每一块玻璃的颜色变化，因而成为波士顿街道生活中的一件新鲜事。现在，这种工作已由电子传感器健康监测系统代替。这是一种大约有50美分钱币那样大小的薄片，每块玻璃上都贴有一片，这10344片传感器随时将玻璃的内部状态传至中央控制室，一旦有玻璃即将破裂，中央控制室即会发出指令，并指出其位置，管理人员可迅速将其换掉。

　　三、幕墙屋顶结构健康监测展望
　
　　1．光纤光栅传感技术

　　就应力测试而言：传统的电阻应变片传感元件的性能也在不断的提高，作为钢结构的短期应变测量，还是能满足工程要求的；但其受环境影响较大，长期应变测试的结果会严重失真。长期应变测试，通过国内外同行的大量实践，已将应变传感器锁定在光纤传感器上。光纤光栅传感技术的确是一门新兴的监测技术，而且可以看作是一种智能化的健康监测技术。光纤可以归为智能材料一类，它通过把结构受力、变形的信息转换为光信息，例如光强大小的改变、光栅的反射波长等光参数来实现力信息和光信息的互换，最后通过解调设备来进行质询和解调，从而得到结构应变、应力与光强变化或者光栅波长变化之间的对应关系，精度很高。

　　光纤传感技术特别是光纤光栅传感技术将是未来重要幕墙屋顶工程结构健康监测的首选技术，有很大的应用和发展前景。光纤光栅传感技术是比较适合应用于结构长期健康监测，目前FBG传感器也有很多实际应用实例，的确目前有一个要认真解决的问题是解调仪的稳定性和精度，虽然国内厂家已经做了不少工作（如上海紫栅、北京品傲、武汉光科等），也有部分具有自主知识产权的产品，但在实际工程监测中还是有很多工作要继续深入研究。

　　2．智能拉索

　　哈尔滨工业大学开发了一种采用光纤光栅传感器监测拉索应力的新技求，并在实际拱桥吊杆和大型斜拉桥斜拉索的生产过程中对光纤光栅的布设工艺、超张拉时的应力传感特性和长期监测时的温度补偿技术进行了研究．此外，针对光纤光栅智能拉索的工程应用问题与困难进行了深入探讨．与目前己有的索力监测技术相比较，智能拉索技术是一种监测索力的可靠手段，具有精度高、绝对测量、分布式监测、耐久性好、抗电磁干扰、操作简单、成本低等优点，在索结构点支幕墙，张弦梁及索结构屋顶具有广泛的应用前景。

　　3．压电薄膜

　　裂纹萌生和扩展的监测是健康监测领域的重要研究课题。压电薄膜是监测结构的裂纹荫生与扩展是结构损伤定位和安全评定的最直接、有效的方法，作为一种感知聚合物材料，压电薄膜（PVDF）具有大变形能力、与基体良好的相容性、面监测、自适应复杂的结构形状、灵敏度高、响应快等优点。试验结果表明，结构的应变变化将导致PVDF的电压线性变化，PVDF可以用作应变传感器，其灵敏系数可达lmV／μs；此外，PVDF覆盖的面裂纹荫生将使PVDF产生脉冲电压，由此信号可以判断结构的烈纹萌生。由于压电材料具有的正、逆压电效应，使得它既可以做驱动器，也可以做传感器。现在压电薄膜可用于幕墙和屋结构健康监测与损伤识别方面的技术有三个方面，压电应变传感技术；压电阻抗技术和压电波检测法。

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