钢筋结构建筑不同结构点的抗震与变形监测

钢筋结构建筑不同结构点的抗震与变形监测

孙婷婷

身份证： 37140219880508**** 山东 德州 253000

摘要：传统建筑结构抗震性能分析方法忽略了对建筑结构不同结构点的测量,导致传统方法无法有效监测到建筑结构的受力钢筋黏结应变、滞回曲线和延性系数,出现监测精度低问题。通过对回归平面以及变形状态的计算,完成强震冲击下建筑结构抗震性能及变形监测。实验结果表明,所提方法能够有效监测出建筑结构受力钢筋黏结应力、滞回曲线以及延性系数,且变形监测精度较高。

关键词：钢筋结构；建筑结构；抗震性能；变形监测；

引言

抗震结构设计已经成为目前建筑结构设计中较为重要的组成部分，并关系到建筑工程的质量及人员的安全。尤其在一些地震多发地区内，更要提升抗震结构的设计水平，保障建筑的安全性。

1建筑抗震结构设计中需要严格遵守的设计原则

1.1整体性原则

在抗震结构设计中，设计人员应从整体性角度实行综合分析与考量，综合思考建筑要求，合理规划建筑结构布局，以此来完善设计内容，优化建筑结构抗震性能，减少问题的产生。同时要注重前期试验，确定不同等级结构在地震灾害中产生的变化特征，合理选择材料种类，增强结构抗震性。此外，在设计过程中，需考虑到力传导性特点，避免应力集中在某一点致使局部破损，影响建筑结构质量，威胁建筑安全性。

1.2刚度与抗震能力相适应原则

刚度与抗震能力的协调处理可以保证建筑在地震灾害下，通过两个力的相互抵消减轻地震波带来的干扰和破坏，保证建筑结构的稳定性。在设计中，设计人员要充分考虑到建筑结构刚度和抗震能力间的关系，注重力学参数的准确计算，利用两者的相互作用力，对地震波加以分散，降低地震波对建筑结构带来的影响。现阶段，随着高层建筑数量的增多，高度的增加，对抗震结构设计要求有所提高，在抗震结构设计中，需要综合考虑建筑高度、结构特征，注重承力分析和研究，确定承载能力，科学选择连接构件，从而优化结构刚度和抗震性能。

1.3清晰性原则

抗震结构设计中，主要是通过传力路径的科学规划，对地震力予以分散和消耗，保障建筑结构的稳固性。实际设计中，应坚持清晰性原则，根据建筑结构特征对传力路径加以科学规划。构建三维立体模型，对整个建筑结构实行分析和探讨，了解结构受力特征及外力施加中可能出现的位移情况，再结合模型进行计算，承载负荷，以此对传力路径加以科学规划，降低地震灾害发生时对建筑结构带来的影响。

2建筑结构的变形结构监测

2.1测量建筑结构的不同结构点

由于强震后的建筑结构数据无法直接采集,因此要在建筑结构上固定五个以上的结构点,帮助测量强震后的建筑结构变形点数据。对建筑结构变形点进行不间断测量,取得该建筑结构的结构点坐标,并设定该坐标为测量点。测量点的交换测量过程如下:1)测量点在交换时,只能与平行的测量点交换,因此测量点的坐标方向不存在变动。设定强震后的建筑结构变形点F坐标为(x0,y0,z0),建筑结构的第一测量点与坐标之间的距离为P0,方向为(ε0,φ0,φ0),坐标的获取过程如下式所示:

若经过交换的建筑结构变形测量点位于第二测量点,那么震后的变形建筑结构点F的坐标为(x1,y1,z1),坐标之间的距离为P1,方向为(ε1,φ1,φ1),则获取新坐标的过程如下式所示:

式中的距离变化值的获取用ΔF来表示。2)在建筑结构的变形测量点在交换时若围绕坐标原点进行转动,方向也无需变换。这时的测量点若处于第二测量位置,那么测量点围绕坐标原点进行变换后就为(ζx,ζy,ζz),新的坐标就为(x′1,y′1,z′1),获取过程如下式所示:

由上述的计算结果可知,通过计算可直接变形测量点的新坐标进行获取。经过交换后的建筑结构变形测量点为q′(x′1,y′1,z′1),坐标夹角为(εq,φq,φq)。最终的建筑结构变形结构点位置信息的获取过程如下式所示:

通过对上述过程的计算,完成震后建筑结构的变形位置信息数据进行采集。

2.2建筑结构变形分析模型

通常对建筑结构进行变形监测时,会根据坐标与变形测量点的不一致性,对建筑结构的震后沉降值、倾斜值、位移值进行提取。在对建筑结构的倾斜值进行监测时,需要在建筑结构的顶部设定固定的监测点对建筑结构的倾斜数据进行提取,并将提取的数据进行运算最终获取该建筑结构强震后的倾斜变形值。再依据建筑结构的变形分析模型,将采集到的建筑结构变形位置信息进行倾斜方向、角度、数值的整体分析。

3.2.1回归平面

构建三维立体坐标,对设定的建筑结构变形测量点采集到的震后建筑结构数据信息进行全方位的检测。首先设定三维坐标点为(x,y,z),依据坐标点获取回归平面,由下式进行表示:

式中,H,I,J为强震后建筑结构变形后三个方向的回归系数,K为常数。将其进行变换后,如下式所示:

建筑结构在强震后的变形测量点的残差Uzj在回归平面中的表示如下式所示:

式中,xj为坐标x中的第j个数据。结合最小二乘方法,获取最小残差平方的解向量,过程如下式所示:

3.2.2确定变形状态

通过上述可知,利用回归平面的建筑结构变形回归系数能够确定该建筑结构在强震后的变形方向、倾斜角度以及倾斜值。设定建筑结构在强震作用下的变形法线向量与三维立体坐标的夹角分别为δ,ν,μ,夹角的获取过程如下式所示:

式中,δ为建筑结构的震后倾斜值,而强震作用于建筑结构的变形方向则用ν,μ表示。最终依据获取的参数数据,完成强震冲击下的建筑结构变形检测。

3实验

3.1钢筋黏结应变指标测试利用方法1、方法2以及方法3对受力钢筋的黏结应变进行测试,以下式为标准指标对钢筋黏结应变进行监测:

测试结果如图1所示。

图1受力钢筋的黏结应变测试结果

分析图2可知,方法1能够有效监测到建筑结构受力钢筋的黏结应变。这主要是因为方法1在建筑结构上固定了五个以上的变形测量点,完成了对强震后的建筑结构所有变形值的采集。因此该方法能够在对建筑结构进行变形监测时,有效地监测到建筑结构的受力钢筋黏结应变,从而提升该方法的监测精度。

3.2建筑结构滞回曲线指标测试

利用方法1、方法2以及方法3对强震冲击下的建筑结构的滞回曲线进行监测,监测结构如图2所示。分析图2可知,方法1能够有效地监测出该建筑结构的滞回曲线,并且监测出的滞回曲线与标准曲线相接近。这主要是因为方法1通过对建筑结构变形点的数据采集结果,构建了该建筑结构的结构点坐标,因此该方法在对建筑结构进行变形监测时,能够有效监测出该建筑的滞回曲线。

图2不同方法的滞回曲线监测结果

结束语

提出一种更加高效的建筑结构变形监测方法就显得尤为迫切。针对传统监测方法中所存在的漏洞,提出强震冲击下建筑结构抗震性能及变形检测方法。再依据分析结果构建建筑结构的变形分析模型,对震后的建筑结构进行变形量的采集;最后依据采集的数据对建筑结构的变形方向,倾斜角度以及倾斜值进行计算,通过计算结果完成对强震冲击下的建筑结构变形监测。

参考文献

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