基于健康监测的火灾后钢结构连廊加固评价研究

作     者：李新超 

作者单位：大连海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏健;易南概

授予年度：2023年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：健康监测 钢结构连廊 施工阶段 分析评价 

摘      要：现代建筑为了外形美观、内部视野开阔而大量选用易形成大跨结构的钢材,钢材本身不燃,但因为火灾的高温作用,建筑也会在火灾中受损,不论受损程度如何,火灾均对建筑结构的使用产生了影响,并且其承载性能、强度均受到不同程度的损害,导致火灾后建筑物安全性、耐久性明显下降。为减少火灾损失,对于火灾后受损的结构一般采取加固补强措施以恢复其使用功能,然而钢结构的修复加固并不能直观地表现出来。因此引入结构健康监测对加固过程进行分析评价,并且也为其他建筑的火灾后加固提供一些参考。本文以大连凯旋国际大厦火灾后加固工程为背景,围绕位于25层——28层的钢结构连廊为主要目标,对连廊的拆除和加固的全过程进行健康监测,并对加固过程进行了探讨,主要内容有:确定传感器类别、型号和采集设备,通过对钢结构连廊的有限元模拟,选定结构变化较明显的部位布设传感器,制定传感器编号规则,并对各部位的传感器进行具体布设。基于温度场理论对连廊的温度分布进行探究,运用统计学方法对温度分布进行拟合,得到了连廊温度的分布规律,建立了温度分布的数学模型,结合应变分析二者的相关性,结果表明二者相关程度一般;随后分析了在持续升温的整个施工过程中,温度应力对结构的影响主要集中在顶层和各层端部,进而为减少因温度而产生的变形影响,提高加固施工质量提供一定的建议。应变监测数据在分离温度诱导的影响后,结合施工各阶段具体分析了连廊各部的应变情况,认为在拆除阶段对结构应变影响程度小,在楼板在浇筑完成后,楼板下的钢结构柱开始受到较大的应变;对应变数据的变异性和结构的可靠度的分析表明应变处于弱变异状态,可靠度满足要求。对加速度数据的时程分析结合施工现场情况并考虑参数识别方法对分析的影响,对加速度进行快速傅里叶变换获得加速度时程和基于希尔伯特——黄变换获得其频谱,可以很好地实现对施工过程中结构加速度响应监测;对比前后施工阶段连廊部位自振频率的变化,其结构刚性显著提高,为加固的有效性提供数据支撑;根据采集的加速度数据评判施工阶段的人体舒适度,表明钢结构连廊在施工阶段内满足规范要求。