土木工程結(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測及新技術(shù)研究的進(jìn)展

楊雄

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的建筑業(yè)也迎來發(fā)展的新機(jī)遇。為了有效的緩解城市化建設(shè)中日益激烈的人地矛盾、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題，大量建筑物、橋梁等土木工程結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市中被廣泛建設(shè)著。但是隨著土木工程結(jié)構(gòu)施工數(shù)量的增加，在質(zhì)量方面存在較多問題，一旦此類結(jié)構(gòu)工程遇到極端惡劣氣候，或者地質(zhì)災(zāi)害，容易出現(xiàn)部分結(jié)構(gòu)的墜落、整體坍塌情況，給建筑使用者造成了極大的人身安全威脅和經(jīng)濟(jì)損失，尤其是大風(fēng)災(zāi)害。因此需要建筑單位在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工中，對于風(fēng)荷載加強(qiáng)關(guān)注，通過風(fēng)場實(shí)測，了解設(shè)計(jì)方案是否合理，以此有效的預(yù)防風(fēng)災(zāi)對建筑物、橋梁質(zhì)量的不利影響?；诖耍疚耐聊竟こ探Y(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測的具體內(nèi)容進(jìn)行了分析，之后探究了風(fēng)場實(shí)測的新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：土木工程結(jié)構(gòu)；風(fēng)場實(shí)測；新技術(shù)

目前全球的生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重的破壞，使得各個(gè)國家遭受了不同類型、程度的自然災(zāi)害，由此引起的人員死亡、財(cái)產(chǎn)損失問題需要引起全社會的關(guān)注。風(fēng)災(zāi)屬于自然災(zāi)害中破壞性非常強(qiáng)的一種災(zāi)害類型，每年因?yàn)轱L(fēng)災(zāi)引起的建筑物倒塌數(shù)量較多，此類工程結(jié)構(gòu)對于風(fēng)力的有效抵御與風(fēng)荷載指標(biāo)有著直接的關(guān)系，因此在工程結(jié)構(gòu)的預(yù)防風(fēng)災(zāi)侵襲的設(shè)計(jì)中，需要對風(fēng)荷載的科學(xué)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測。

1、結(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測分析

首先對于建筑物的風(fēng)場實(shí)測。建筑物屬于土木工程結(jié)構(gòu)中施工較多的一種工程，現(xiàn)階段對建筑物進(jìn)行的風(fēng)荷載檢測，適用于高層高聳建筑物。在實(shí)際的檢測中，建筑物的高度越高，風(fēng)的橫向振動力會相應(yīng)的增加，此時(shí)建筑物容易受到風(fēng)運(yùn)動時(shí)周期激力的干擾，一旦結(jié)構(gòu)橫向振動頻率靠近建筑時(shí)，將會導(dǎo)致建筑物整體發(fā)生強(qiáng)烈的共振反應(yīng)，使得建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。目前對于土木結(jié)構(gòu)受到的橫向風(fēng)振響應(yīng)參數(shù)，無法直接獲得，需要建筑設(shè)計(jì)人員深入到施工現(xiàn)場中通過結(jié)構(gòu)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測試相關(guān)信息，帶入到經(jīng)驗(yàn)公式中進(jìn)行計(jì)算才可以獲得。因此高層建筑在風(fēng)的橫向湍流、漩渦脫漏的影響下，壓力分布容易出現(xiàn)不均衡情況，通過實(shí)測可以獲得當(dāng)前該處建筑物場所中風(fēng)引起的振動、風(fēng)速變化等情況，設(shè)計(jì)人員據(jù)此可以分析出壓力在強(qiáng)風(fēng)天氣下的靜態(tài)、動態(tài)情況，便于建筑物整體結(jié)構(gòu)、抗風(fēng)材料，設(shè)計(jì)與使用合理性的實(shí)現(xiàn)[1]。

其次，對于大跨橋梁的實(shí)測。土木工程結(jié)構(gòu)中的橋梁結(jié)構(gòu)在日常使用中，由于架設(shè)區(qū)域的水文條件較為發(fā)達(dá)，因此受到的風(fēng)力影響非常大。在十九世紀(jì)由于人們對于風(fēng)載荷的研究較少，很多橋梁在強(qiáng)風(fēng)的天氣中非常容易發(fā)生損毀，因此為了有效提高橋梁的抗風(fēng)性，科研人員初步構(gòu)建了抗風(fēng)理論，使得橋梁可以在部分大風(fēng)天氣里抵御風(fēng)力的振蕩影響。進(jìn)入到二十一世紀(jì)，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的大背景下，對于橋梁的抗風(fēng)研究越來越多，也取得了一定的研究成果，例如數(shù)值模擬技術(shù)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)等。目前應(yīng)用較多的是風(fēng)場實(shí)測技術(shù)，通過該項(xiàng)技術(shù)對于大跨度橋梁施工作業(yè)場所的風(fēng)力條件進(jìn)行監(jiān)測，可以對振動響應(yīng)情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，進(jìn)而把握設(shè)計(jì)出的橋梁抵御強(qiáng)風(fēng)的能力。風(fēng)場實(shí)測在橋梁中的應(yīng)用，可以對數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行直接性的監(jiān)測與計(jì)算，獲得的數(shù)據(jù)有著較為理想的精確度，但是完成一次實(shí)驗(yàn)所需的費(fèi)用較高，無法在此類工程設(shè)計(jì)施工中進(jìn)行推廣應(yīng)用[2]。

最后為跨度較大土木工程空間結(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測。此類結(jié)構(gòu)是一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系，包括有受力、形體結(jié)構(gòu)，施工時(shí)可以使用的技術(shù)種類較多，結(jié)構(gòu)在受壓時(shí)可以均勻的受力，柔軟性較好，但是由于使用的材料較輕，使得整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的重量很輕。因此對于該種結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)研究時(shí)，可以使用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以了解到此類結(jié)構(gòu)的屋面剛度非常低，如果工程為低矮結(jié)構(gòu)時(shí)，大風(fēng)天氣來臨時(shí)建筑物非常容易被吹走，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)測量結(jié)果得出空間結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載值。對于此種空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行的風(fēng)場實(shí)測，工作人員監(jiān)測時(shí)有著較大的難度，而且花費(fèi)較多，實(shí)用效果不佳，當(dāng)前對于該種結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的內(nèi)容相對較少。

2、新技術(shù)研究分析

國外對于土木工程結(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測的研究開始時(shí)間較早，目前已經(jīng)有豐富的強(qiáng)風(fēng)振動響應(yīng)數(shù)據(jù)測量、處理技術(shù)，我國需要積極進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)。目前實(shí)測時(shí)，可以使用齊墻埋管式單管測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該技術(shù)在監(jiān)測時(shí)一般在工程施工完成后，需要在墻體上開一個(gè)孔洞才可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然在一定程度上可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是給建筑物整體結(jié)構(gòu)的完整性會造成破壞性影響。同時(shí)還可以對測量的風(fēng)壓進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)化，使其成為數(shù)字信號后，將其準(zhǔn)確的輸入到數(shù)據(jù)處理平臺，以此獲得振動響應(yīng)值的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該法實(shí)驗(yàn)時(shí)所需的設(shè)備較多，線路易受到較多干擾因素的影響，應(yīng)用效果不佳。在目前研究的新技術(shù)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是主要的研究方向。其中前者在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)化的監(jiān)督控制，在控制下把握風(fēng)引起的振動響應(yīng)情況，最終獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在傳感器的工作下，及時(shí)快速的傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)中[3]。因此基于該技術(shù)的風(fēng)場實(shí)測對于環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，任何天氣下均可以使用監(jiān)控、傳輸設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與分析，而且減輕了實(shí)驗(yàn)操作人員的工作量以及設(shè)備操作時(shí)所致的數(shù)據(jù)誤差問題，實(shí)驗(yàn)成本較低。較之于常規(guī)應(yīng)用于風(fēng)場實(shí)測的兩種技術(shù)，優(yōu)勢明顯。但是該項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中對于測量點(diǎn)較少的場所進(jìn)行的風(fēng)場實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測靈敏度較低，無法準(zhǔn)確分析相應(yīng)區(qū)域的風(fēng)壓分布特點(diǎn)等數(shù)據(jù)，因此新技術(shù)還需要科研人員繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)用范圍的擴(kuò)大研究。同時(shí)還需要對智能傳感器的成品加強(qiáng)研究，以此使得工作人員無須在土木工程結(jié)構(gòu)上進(jìn)行實(shí)測，直接通過該傳感器獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)即可。

結(jié)束語

土木工程結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能，需要設(shè)計(jì)人員借助于風(fēng)場實(shí)測的手段對風(fēng)荷載值進(jìn)行把握，以此減輕強(qiáng)風(fēng)天氣引起的建筑倒塌問題。但是在實(shí)測時(shí)，由于檢測技術(shù)落后，成本高，缺乏完善的風(fēng)場實(shí)測理論體系研究，使得該項(xiàng)工作開展效果較差。當(dāng)前國外對于風(fēng)場實(shí)測研究相對較多，而我國則處于初步研究階段，需要科研人員不斷學(xué)習(xí)國外研究的先進(jìn)理論、技術(shù)，研究出實(shí)驗(yàn)操作簡單、性價(jià)比高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的新技術(shù)，更好的提高土木工程結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫玉釗.土木工程結(jié)構(gòu)風(fēng)場實(shí)測及新技術(shù)研究[J].中外企業(yè)家，2015（17）：223.

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[3]李錦華，李春祥.土木工程隨機(jī)風(fēng)場數(shù)值模擬研究的進(jìn)展[J].振動與沖擊，2008（09）：116-125+187.