哈利法塔结构性能和响应的验证:足尺结构健康监测方案

新一代的复杂高层建筑反映了社会在材料、设计、可持续性、施工和IT技术等领域的最新发展。虽然这些复杂的设计可以通过日益进步的结构分析工具和软件来完成,但是最终还要满足规范的最低要求,而规范对于足尺结构相关规定的正确性还有待验证。笔者从方案阶段直到结构封顶全程参与了哈利法塔的设计和施工,这促使笔者对哈利法塔进行了深入的监测研究,并开发了实时结构健康监测系统来验证在设计和施工期间做出的计算假设。由162层上部结构和3层地下室组成的哈利法塔高度达828m,为目前世界上最高的人造建筑。对上部结构体系和基础体系进行了简要介绍,并研究了实时结构健康监测方案的进展情况以及结构参数的预测值和实测值对比,为保密起见,一些实测数据在文中并未详述。结构健康监测方案包括:1)监控塔的基础体系;2)监测地基沉降;3)测量施工过程中和施工完成后巨柱和剪力墙的应变和压缩变形;4)实时测量塔的侧向位移和在施工期间的动力响应特性;5)测量施工期间建筑物在风荷载、地震激励等作用下的侧向位移;6)测量建筑物位移、加速度、动力特性和使用期间的结构性能;7)监测顶部小塔楼的动力特性和疲劳特性。在哈利法塔建设过程中采用的结构健康监测方案是未来的发展模式,随着结构健康监测领域的不断发展,将会出现融合最新设备及IT先进技术的结构健康监测系统。

在役大跨悬索桥扩建方案与运营效果分析

1966年葡萄牙4月25日大桥建成后交通量持续增加以至于出现很多病害,1996年葡萄牙工程师历时三年对大桥进行了扩建,在不中断交通的情况下将原4车道公路桥扩建为6车道和双线铁路的公铁两用桥,原2根主缆上方各增设了1根辅助主缆,还更换了下层桁架和拓宽公路桥面,并安装结构健康监测系统。扩建工程虽造价高昂,20多年以来运营效果表明:新旧结构间的共同工作性能良好,病害很少,结构健康监测系统也可实时监测外部作用与桥梁结构响应,为大桥运营维护提供参考。该桥的扩建措施突破了悬索桥主缆不能更换的传统思路,至今仍是首创,可为今后在役悬索桥的维护改造提供了新思路。

Recent Advancement in Optical Fiber Sensing for Aerospace Composite Structures

Optical fiber sensors have attracted considerable attention in health monitoring of aerospace composite structures. This paper briefly reviews our recent advancement mainly in Brillouin-based distributed sensing. Damage detection, life cycle monitoring and shape reconstruction systems applicable to large-scale composite structures are presented, and new technical concepts, ＂smart crack arrester＂ and ＂hierarchical sensing system＂, are described as well, highlighting the great potential of optical fiber sensors for the structural health monitoring （SHM） field.