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岩土工程监测
冬奥场馆“技中计”:贯穿始终的结构健康监测技术
发布时间:2022-02-16 浏览次数:32847 来源:欧美大地

北京冬奥会赛程过半,就已有13项奥运会纪录和2项世界纪录被打破。尤其是在短道速滑、速度滑冰等项目的比赛中,多次打破奥运会纪录,各竞赛场馆场地一直保持着的良好状态,为运动员展示最高水平提供了最佳平台。北京冬奥会在场馆建设中不仅在制冰技术上实现突破,同时从筹办开始,就将整个场馆的 “健康”监测也考虑其中。


场馆“健康”监测

“冰丝带”


国家速滑馆“冰丝带”建设时期(北京日报)

超大跨度索网结构的“冰丝带”是目前世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。其屋盖结构由49对承重索和30对稳定索编织而成,长跨198米、短跨124米。跨度大、钢索多、内力协调复杂,要求结构必须实现高精度的建造。因此,在施工环节就采用了无线传感技术,以进行实时监测和力学分析,在建成后,也依旧开展结构监测分析,测试点数多达千余个,对速滑馆的应力、位移、加速度、温度、风压、索力六大类参数进行监测, 通过对其“脉搏”与“心跳”的监测,保证结构的“健康”。


国家速滑馆“冰丝带”内景。(新华社记者 程婷婷 摄)

“冰立方”

“冰立方”则为“娇气”的冰壶运动提供了全套的结构安全健康监测系统,包含加速传感器、应变传感器、环境温度传感器等,不仅能监测结构的变形、震动,还能监测环境温度和整体结构倾角,对结构的安全性和比赛舒适度进行实时评估,采用全面感知、智慧控制等手段,对冰面影响因素全过程监控,第一时间掌握场馆结构变化情况。除此之外,冰壶赛场对温度的要求非常严格,冰面温度要求零下6℃,赛场冰层温度将直接影响冰壶与冰的摩擦系数,从而影响比赛成绩。为了实时感知场地温度变化,冰壶赛道冰体内,整体铺设了光纤温度传感器,接入分布式光纤温度监测仪,对冰壶赛道的温度进行空间和时间上的连续监测,保证精准测温,为场地维护提供数据参考。


国家高山滑雪中心

不仅仅是在场馆中,位于延庆小海坨山上的国家高山滑雪中心也配置了岩土构筑物灾害早期识别及自动预警系统,采集振动、倾斜、倾向等信息,把握岩土构筑物动态特征和发展的规律,通过动力学指标与运动学指标的实时监测与分析,确定岩土构筑物的稳定性状态及发展趋势,进行灾害失稳早期预警判断。


国家高山滑雪中心。 (中国网记者 董宁 摄影)


“无处不在的”传感与建筑健康监测系统

冬奥场馆的建设与运维过程中,建筑结构健康监测(SHM)的概念贯穿始终,场馆的长期健康监测受到了前所未有的重视。不仅仅是冬奥场馆运用了大量的传感与监测系统,近些年结构健康监测在土木领域保障结构安全方面有了更为广泛的应用,如中央电视台新台址、国家体育场等针对施工过程进行监测;在国外,2005年建成的新伯尔尼万克多夫球场,在新场馆建设中就配备了SOFO标准传感器和热电偶,用于监测混凝土凝固过程中的形变和收缩温度,并用于收缩变形的长期评估。



安装了SOFO标准传感器(红白色)

混凝土底板分两个阶段(30cm+30cm)浇筑,传感器安装在两个设置层中,热电偶识别热致应变

对于桥梁、大坝等线性分布的混凝土结构研究、技术手段与相关行业标准也逐步成熟。在高层建筑监测技术方面也有更多新技术应用,如大理经济技术开发区管理委员会26层建筑引进了GeoSIG结构健康监测(SHM)系统,基于强震仪组成的结构台阵,再加上应变、位移、倾斜、环境等多种传感器组成的一整套健康诊断系统。



结构健康监测设备

通过上述介绍我们发现,在结构健康监测中,常用的传感器包括:加速传感器、应变传感器、位移传感器、振动传感器、地震监测传感器及其他结构健康监测系统


ARF-A-T 低量程3轴加速度传感器

ARF-A-T加速度传感器可同时测量X,Y,Z三轴方向的加速度,小型轻量并可以最少的相互干扰实现高精度测量。



EM-5埋入式振弦应变计

EM系列振弦应变计埋入在混凝土结构中,用于监测应变的变化,当弹性模量已知时,可评估应力变化。



JM系列振弦位移传感器

JM系列振弦式位移传感器(测缝计)用来测量结构和基础(混泥土,岩石,土体)中裂缝和接缝的相对移动。



755&756系列微型高精度倾角传感器

体积小、重量轻的755及756传感器能够直接安装在关键监测部位上,非常适合在空间有限条件下的精密测量和控制应用。



MuST FBG 温度计

电信号或振弦式温度传感器的光纤版本,完全无源,对环境引起的漂移具有固有的不敏感性。



DiTemp 光纤分布式温度监测系统

广泛用于需要分布式温度传感的各种应用中,如大型结构的温度场监测,废物处理场,油气工业中的沿岸或离岸现场,水库和出油管的热点、冷点和渗漏监测,房屋的安装设计等等。



GeoSIG结构健康监测系统

主要采用单轴/双轴/三轴加速度传感器,配合布线及数据采集系统,对建筑结构的平移、扭转、层间位移及反应谱等参数进行监测。能够最大限度的减少对既有建筑的影响,安装简单、布设方便。



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