• 項目背景

京津城際延伸線于家堡站站房工程地面城際站房為“貝殼”形的穹頂建筑，立面為雙曲面的空間造型，穹頂各方向尺度比例經(jīng)過充分的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，并考慮外觀美學(xué)效果。南端穹頂角度較陡，弧度較大，建筑最高點24米，北端呈平緩的曲面，頂部最高處設(shè)置有的橢圓形孔，豐富了穹頂?shù)牧⒚嬖煨?。穹頂?shù)耐獗砻娌牧现饕獮镋TFE 膜、透明玻璃、鋁合金構(gòu)件組成，整體顏色呈現(xiàn)為柔和的半透明的白色。于家堡網(wǎng)殼為單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，長跨143米，短跨80米，高度24 米。網(wǎng)殼由36根順時針和36根逆時針的鋼箱梁相互編織而成，在頂部交織成36個點與頂部鋼環(huán)梁連接。在底部也交織成36個鋼節(jié)點與底部鋼環(huán)梁連接，這樣頂環(huán)梁+72條桿件編織網(wǎng)+底環(huán)梁的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)通過雙向鉸支座與地下結(jié)構(gòu)及牛腿連接。該項目作為一個大型站房溫度場、應(yīng)力場的監(jiān)測，我司已運維7年，通過健康監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)測設(shè)計中不可預(yù)見的荷載作用以及結(jié)構(gòu)的受力情況，持續(xù)為于家堡的結(jié)構(gòu)健康保駕護航。

• 項目設(shè)計及實施

地面站房網(wǎng)殼運營期間主要的風險事件有網(wǎng)殼整體或局部倒塌、網(wǎng)殼撓度過大、火災(zāi)事件、地震或大風破壞事件。面對眾多運營安全隱患，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)重點監(jiān)測，提出有針對性的解決方案。具體如下：

• 實現(xiàn)功能

1.為鋼結(jié)構(gòu)卸載提供參考

鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過幾個月的分布施工，各種設(shè)計之外的特殊工況難以預(yù)料，再加上施工工藝難以百之百按照設(shè)計的意圖執(zhí)行，造成結(jié)構(gòu)部分桿件的受力情況與設(shè)計發(fā)生偏差。系統(tǒng)在這樣背景下起到了為鋼結(jié)構(gòu)卸載提供參考的作用。所有監(jiān)測的70根桿件受力情況與設(shè)計提供的整體受力情況相對照，找出重點監(jiān)測的區(qū)域及桿件，為卸載施工提供參考。

2. 驗證原始設(shè)計

原始設(shè)計是在理想環(huán)境下模擬進行的，考慮了普遍情況下以及多種極限狀況下結(jié)構(gòu)的承載情況，但實際工況的復(fù)雜程度是設(shè)計難以覆蓋的。監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與原始設(shè)計相輔相成，相互參照驗證，根據(jù)原始設(shè)計可以設(shè)定監(jiān)測系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)，相應(yīng)的，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以修正原始設(shè)計的相應(yīng)條件，完善設(shè)計方案，為以后類似的工程提供設(shè)計參考。

3. 施工過程中及長期運營風險預(yù)警

系統(tǒng)對數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供的結(jié)構(gòu)溫度、變形，支座位移、桿件應(yīng)力/應(yīng)變和加速度等信息進行實時的監(jiān)測和分析處理，當結(jié)構(gòu)觀測數(shù)據(jù)發(fā)生異常時（預(yù)示結(jié)構(gòu)可能發(fā)生損傷）給出預(yù)警；綜合結(jié)構(gòu)溫度、支座位移和桿件應(yīng)力/應(yīng)變等信息，對結(jié)構(gòu)的有限元模型進行修正，利用修正后的模型進行整體結(jié)構(gòu)損傷識別、安全評估及預(yù)警。主要包括三個方面，結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)實時監(jiān)測與預(yù)警；結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)深度分析；結(jié)構(gòu)損傷識別。在施工期卸載過程中，系統(tǒng)已經(jīng)成功預(yù)警一次，指導(dǎo)施工卸載，對鋼支撐的安全卸載起到至關(guān)重要的作用。

4.后續(xù)施工加載監(jiān)測

整體鋼結(jié)構(gòu)的荷載達到了80%，后期仍有20%的荷載會增加，持續(xù)增加的荷載對結(jié)構(gòu)帶來的影響通過監(jiān)測系統(tǒng)可以得到持續(xù)的關(guān)注，仍然重點關(guān)注加載過程中受力發(fā)生突變或者異常的桿件，一旦發(fā)生預(yù)警情況，施工方可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整施工工序或采取有效措施。

5.結(jié)構(gòu)長期運營狀態(tài)安全評估

實現(xiàn)定期對累積監(jiān)測數(shù)據(jù)進行全面深度分析，為判斷服役結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)以及可能的結(jié)構(gòu)損傷情況，提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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• 成功預(yù)警

通過設(shè)置預(yù)警值，實時監(jiān)測桿件受力狀況。在卸載過程中，發(fā)現(xiàn)桿件SG-11達到三級預(yù)警值177Mpa，一級預(yù)警值290MPa，極限設(shè)計應(yīng)力值350MPa。在卸載監(jiān)測過程中，桿件及時預(yù)警，對比現(xiàn)場安裝傳感器及布點位置，此處為車站大門入口處，焊接時人為減少2根桿件，且為短板受力狀態(tài)，與設(shè)計及實際情況吻合。在此情況下，系統(tǒng)及時告知業(yè)主及設(shè)計人員，通過調(diào)整施工工序，以減小受力較大桿件的持續(xù)受力增加，成功解決卸載過程中隱患。

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?桿件SG-11位置

桿件傳感器第6個安裝位置

通過分析，桿件SG-11之所以達到預(yù)警值，是因為這根桿件所有傳感器在卸載之前自身的殘余應(yīng)力已處于一個較大水平，加之這個傳感器位置為壓/應(yīng)力集中的位置，卸載過程中產(chǎn)生的應(yīng)力疊加造成了應(yīng)力持續(xù)增加，達到了三級預(yù)警值，但仍遠小于桿件的極限承載值，處于安全可控狀態(tài)。