各類傳感器在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用
上海浦東足球場，是一座在建的大型體育綜合性建筑。2018年，該足球場建設(shè)項目正式開工，預(yù)計于2021年竣工，屆時將作為上海上港足球俱樂部的新主場，并承辦國內(nèi)外重要賽事。
據(jù)了解，浦東足球場創(chuàng)新性的屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計，跨度大、受力和施工復(fù)雜。對此，在足球場施工和運維期間，采用傳感器等健康監(jiān)測手段，對其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，具有十分重要的意義。
目前，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已在航空航天、土木工程、機(jī)械工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，房屋或大型建筑健康監(jiān)測系統(tǒng)，通常會采用種類和數(shù)目眾多的傳感器，用來監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的實時狀態(tài)。
通常，健康監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)發(fā)布及預(yù)警系統(tǒng)組成嗎，可實時感知、識別、診斷、評估結(jié)構(gòu)的損傷與安全狀態(tài)，提供結(jié)構(gòu)的當(dāng)前及歷史狀態(tài)信息，并對結(jié)構(gòu)安全隱患進(jìn)行及時預(yù)警，有效降低建筑結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險。
傳感器系統(tǒng)包括所有感知荷載、環(huán)境信息、結(jié)構(gòu)反應(yīng)和材料特性的傳感器元件，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)最前端部分。在浦東足球場傳感器監(jiān)測系統(tǒng)中，針對鋼結(jié)構(gòu)不同位置的變形、應(yīng)變、溫度、振動等監(jiān)測需求，安裝了不同類型的傳感器。
例如，在變形、應(yīng)變監(jiān)測中，通過安裝高精度的傾角傳感器，可對搖擺柱的傾斜進(jìn)行監(jiān)測。同時，采用三維激光掃描儀、全站儀等相結(jié)合的方式，對主要部位節(jié)點的進(jìn)行位置變形監(jiān)測；采用振弦式和光纖光柵式應(yīng)變傳感器，對重要鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測。
在對鋼屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度和振動監(jiān)測時，采用了溫度傳感器和加速度傳感器。其中，溫度傳感器負(fù)責(zé)對鋼屋蓋溫度場進(jìn)行監(jiān)測，用于修正應(yīng)變監(jiān)測值；采用振動式加速度傳感器，對鋼屋蓋典型部位的振動進(jìn)行監(jiān)測，可了解鋼屋蓋的振型模態(tài)等動力特性，以及臺風(fēng)作用下的動力響應(yīng)。
此外，傳感器系統(tǒng)還安裝有應(yīng)變計和磁通量傳感器，對徑向索和環(huán)向索進(jìn)行索力監(jiān)測；安裝了風(fēng)速儀和風(fēng)向儀，也就是風(fēng)向風(fēng)速傳感器，來對鋼屋蓋的風(fēng)場特性進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)向的監(jiān)測。
目前，在選擇和布設(shè)此類結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)傳感器時，應(yīng)注意根據(jù)項目具體要求和實際條件，本著監(jiān)測完整、性能穩(wěn)定兼顧性價比最優(yōu)的原則，選擇適宜的傳感器類型和數(shù)量。比如，在監(jiān)測期間，傳感器應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，采集信號的信噪比應(yīng)滿足實際工程需求。
