大桥晃动仍安全?从鹦鹉洲长江大桥谈谈你的房子安全吗
发布时间:2020-04-30

4月26日下午,鹦鹉洲长江大桥双向桥面出现可感知的上下波形晃动,人在车上感觉头晕。

对此,武汉城投集团发布回应:管养单位武汉市城投集团公司立即通知桥梁设计单位和相关专家实地踏勘,分析异常震动产生的原因,目前专家研判认为,此次桥梁异常振动系特定风况引起,振幅在设计允许范围内;桥梁结构运行正常,安全有保障

 

发布回应中提到“振幅在设计允许范围内”,是什么意思?

 

桥梁在使用过程中,受到风、波浪、地震、车辆行驶等各种荷载的影响,其结构可能会出现横向或垂向的振动。

桥梁运动方向示意图

鹦鹉洲长江大桥为三塔四跨钢-混结合加劲梁悬索桥,是将主梁用拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。由于其结构特点,受风力影响就会出现晃动。而这个晃动只要在设计允许范围内,就不会造成结构损伤,进而对桥梁结构的安全及可靠性造成影响。

 

结构可靠性是指什么?

 

在设计过程中,需要进行结构可靠性分析和计算,其核心就是结构在设计使用年限内,在正常设计、施工、使用和维护的条件下,满足预定的安全性适用性耐久性三方面的功能需求。

结构的安全性

结构的安全性是指结构在预定的使用期间,应能承受正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形(如超静定结构的支座不均匀沉降) 、约束变形(如温度和收缩变形受到约束)等的作用。在偶然事件(如地震、爆炸)发生时和发生后,结构应能保持整体稳定性,不应发生倒塌或连续破坏而造成生命财产的严重损失。

结构的适用性

结构的适用性是指结构在正常使用期间具有良好的工作性能。如不发生影响正常使用的过大的变形(挠度、侧移) 、振动(频率、振幅) ,或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度。

结构的耐久性

结构的耐久性是指结构在规定的工作环境中,在预定时期内,其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率,在正常维护条件下,结构能够正常使用到规定的设计使用年限。

 

通过上述定义我们可以看出,在正常使用的条件下,结构性能和健康情况是随着时间推移而逐步降低。当遭遇非正常的外在影响,如地震、拆改房屋、超重使用、相邻建筑工地施工等情况,可能就会对结构造成一定程度的损伤,而影响其可靠性和使用寿命。

结构适用性曲线

工程结构的可靠性问题不仅仅存在于正常使用阶段,也普遍存在于工程结构的整个生命周期,即设计→施工→维护→拆卸→再利用各个环节。因此,需要从结构全寿命的角度考虑结构的安全性、适用性、耐久性,改变长期以来人们重设计轻维护的思想,有利于结构可靠性的提高

从经济角度来讲,在工程结构出现较小损伤时,及时发现并进行维护和处理,能够有效提升使用年限,降低维修费用。

结构维护费用

此外,在遭遇突发情况(如自然灾害或围绕结构进行的大型施工)之后,工程结构的可靠性也需要一定的评估。

 

结构可靠性如何评估?

 

01

响应谱分析法 (RSM)

 
 

响应谱分析是计算结构在瞬态激励下峰值响应的近似算法,它是模态分析的扩展。响应谱分析的应用非常广泛,最典型的应用是土木行业的地震响应谱分析,响应谱分析是地震分析的标准分析方法,被应用到各种结构的地震分析中,如大坝、电站、桥梁、房屋建筑等。任何受到地震或其它振动荷载的结构或部件均可以用响应谱分析来进行校核。

响应谱分析

02

性能参数

 
 

工程结构中的一些性能参数,如果超出设计范围,或一定限制,就会对结构造成损伤,如:

  • 加速度

  • 平移(平面位移)

  • 扭转(平面旋转) 

  • 层间位移

  • 频率组成等

上述两种方法,可以有效评估结构的健康情况,及时发现潜在风险,并通过监测软件可以实现自动报警。但是无论是哪种方法,都需要利用安装在结构上的若干类型传感器来检测超过允许的性能参数,也就是我们常说的结构健康监测(SHM-Structural Health Monitoring)。

建筑结构与我们的身体相同,定期的健康检查和长期的健康监测是降低风险的有效手段。建筑结构健康和安全问题,也是近些年研究的重点。

 

结构健康监测典型方案

 

无论是对新建工程还是既有工程,结构的监测及维护都是非常重要的。尤其是在既有建筑结构中,一些需要埋设的监测设备在布设中存在一定困难。

本文将介绍三种典型结构的监测方案,主要采用加速度传感器对工程结构的平移、扭转、横向、纵向等运动情况进行监测,并通过进一步分析,判断结构的损伤和健康情况。

 

01

建筑结构

SHM

对于建筑结构,其运动方向主要为X轴平移Y轴平移X-Y扭转

建筑结构运动方向示意图

在监测过程中,主要采用单轴和双轴加速度传感器,配合布线及数据采集系统,对建筑结构的平移、扭转及层间位移进行监测。

这种采用单、双轴加速度传感器的监测方法,能够最大限度的减少对既有建筑的影响,布设方便。

 

02

桥梁结构

SHM

桥梁结构主要为横向垂向的运动,即沿桥方向的左右、上下运动。

桥梁结构运动方向示意图

在桥梁结构监测中,主要使用单轴和双轴加速度传感器,配合位移、应变、倾斜、气象等传感器,及数据采集系统和无线网络,对桥梁的结构健康状态进行评估。

 

03

大坝结构

SHM

大坝结构的运动形式非常复杂,在监测过程中要对全部方向进行监测。

大坝结构运动方向示意图

对于大坝结构振动情况的监测,需要使用三轴加速度传感器对坝顶,坝肩,坝基及自由场进行监测,以确定大坝整体的运动情况。

结构健康的长期监测,可以实现风险预警,提高建筑结构的安全性。传统传感器监测需要在施工阶段进行设计和埋设,即麻烦又复杂。欧美大地始终提供安全、便捷、有效的高科技方案,提供最新监测方法,以建筑共振频率、主要性能参数为依据为结构安全把脉。

 

了解详细的建筑物结构健康监测方案,请点击下方链接

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