混?凝?土?澆?筑?完?畢?后?應(yīng)?及?時?進(jìn)?行?連?續(xù)?養(yǎng)?護(hù)

混?凝?土?澆?筑?完?畢?后?應(yīng)?及?時?進(jìn)?行?連?續(xù)?養(yǎng)?護(hù)

      1 傳感器概念
      施工中所用的傳感器主要是利用傳感設(shè)備,從施工現(xiàn)場采集構(gòu)件溫度、變形、受力、設(shè)備運(yùn)行及現(xiàn)場施工狀況等反映施工中各種施工生產(chǎn)要素及其狀態(tài)的有用信息的數(shù)據(jù)與圖像技術(shù)系統(tǒng)。它研究如何利用傳感器將施工所需數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時地收集和傳遞,從而為項目決策和控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以利于施工控制和管理的高效化,是實現(xiàn)信息自動采集與錄入的基礎(chǔ)。
      2 建筑工程施工中的傳感器應(yīng)用
      傳感器是指基于計算機(jī)的傳感設(shè)備。工程施工中的傳感設(shè)備將反映各施工要素狀態(tài)的物理信息通過IΠO站轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能識別的數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)信息收集的自動化。用于施工中的傳感器從功能上分主要有測溫傳感器、應(yīng)變傳感器、光(波)傳感器、壓力傳感器、光纖和視覺傳感器等。
      2.1 測溫傳感器
      在施工中應(yīng)用溫度傳感器主要是對大體積混凝土的裂縫進(jìn)行控制。利用溫度傳感器(現(xiàn)場多用銅-康銅熱電偶)將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,傳輸入計算機(jī),由相關(guān)軟件對其進(jìn)行運(yùn)算、分析和其他處理后顯于計算機(jī)屏幕上,通過計算機(jī)屏幕可以隨時了解掌握混凝土的溫差變化,并具備報警功能。通過人工智能專家系統(tǒng)對報警部位提供相應(yīng)的技術(shù)建議,從而采取措施消除隱患。
      除了控制混凝土裂縫外,溫度傳感器在混凝土的蓄熱養(yǎng)護(hù)、冬季施工、凍結(jié)法施工中也能發(fā)揮作用。同時還可對施工中構(gòu)配件裝配進(jìn)行溫度監(jiān)控,以保證安裝精度和結(jié)構(gòu)安全。
      在智能生態(tài)建筑中,溫度傳感器可以根據(jù)室內(nèi)環(huán)境自動測溫并調(diào)溫等,以保持室內(nèi)適宜的溫度和節(jié)約能源。此外在建材產(chǎn)品中,如鋼材、水泥、磚在生產(chǎn)制造中也要用溫感進(jìn)行控制,以保證生產(chǎn)和質(zhì)量控制。
      2.2 位移傳感器
      位移傳感器除了用于檢測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變化、房屋的傾斜、沉降外,最重要是用在基坑開挖時的地質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)中。通過測位計、測斜儀等儀器,在基坑開挖時,監(jiān)控邊坡的穩(wěn)定,防止邊坡失穩(wěn)、滑移等,對施工周邊的環(huán)境保護(hù)具有重要意義。利用應(yīng)力應(yīng)變來檢測樁端質(zhì)量也得到大量應(yīng)用。對于樁基檢驗,采用樁基動測分析系統(tǒng),成樁后在樁頂作動測試驗和分析,根據(jù)微機(jī)分析結(jié)果來判斷樁身的完整性,然后決定對樁的施工質(zhì)量處理方案,是檢驗樁的一種重要手段。
      中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研制了樁基完整性動力檢測裝置,其中定量分析采用微機(jī)。中國建筑科學(xué)研究院研制的FEI2A型樁基動測分析系統(tǒng),既可用作低應(yīng)變動力檢測,又可用于高應(yīng)變動力檢測,是我國當(dāng)前樁基動力檢測的最佳裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展,位移傳感器的應(yīng)用將越來越廣。
      2.3 光(波)傳感器
      工程施工中的光波傳感器主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的無損檢測,包括混凝土構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)焊縫等。采用光波傳感器進(jìn)行無損檢測常用的有超聲脈沖法、射線法、脈沖回波法、雷達(dá)掃描法、紅外熱譜法、聲發(fā)射法等。
      隨著混凝土無損檢測方法和電子技術(shù)的發(fā)展,利用傳感技術(shù)進(jìn)行無損檢測也發(fā)展到一個新水平,目前國內(nèi)外關(guān)于無損檢測儀器的研究動向主要有以下趨勢:
      (1)儀器智能化 近年來無損檢測技術(shù)測試數(shù)據(jù)的處理 和評價方法日趨復(fù)雜,迫切要求提高儀器的自身數(shù)據(jù)處理能力,因此新研制的儀器普遍運(yùn)用了計算機(jī)技術(shù)。
      (2)傳感系統(tǒng)多樣化 近年來高靈敏傳感器系統(tǒng)不斷出 現(xiàn),其中包括紅外、微波、射線等傳感系統(tǒng)。由于超聲檢測方法的多樣化,超聲探頭的品種也日益增多,尤其是短余振探頭、反射探頭、組合探頭等特種探頭相繼問世,使以往無法實現(xiàn)的某些檢測方法和設(shè)想,通過新型傳感器的研究成功而獲得解決。比如,天津市地質(zhì)工程勘察院引進(jìn)了日本超聲波成孔控測儀,利用該儀器特制的探頭,一次下孔連續(xù)測量孔壁的4個方向,可提供影響鉆孔質(zhì)量的幾乎所有參數(shù)。該儀器在充滿泥漿的鉆孔中,上下連續(xù)拍攝,使人們看到了鉆孔的真實狀況,這在大直徑鉆孔灌柱樁成孔檢測中是一大進(jìn)步。
      (3)專用化、小型化、一體化、集約化 為了適用某些特 殊結(jié)構(gòu)物的檢測需要,國內(nèi)外都有依據(jù)這些特殊要求制成專用儀器的做法,例如法國CEBTP公司根據(jù)鉆孔灌注樁的檢測特點制成專用儀器,該儀器把探頭升降、光學(xué)記錄系統(tǒng)、超聲發(fā)射和接收等集于一體,既滿足了要求又縮小了體積。湖南大學(xué)研制的樁基檢測專用儀器,更把超聲發(fā)射系統(tǒng)等都裝入探頭中,整機(jī)(包括升降機(jī)、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算等)由計算機(jī)控制,使超聲儀更適合于樁基檢測的特殊條件。一體化也是當(dāng)今儀器的發(fā)展趨勢之一,例如天津建筑儀器廠把回彈值、超聲速度、衰減、頻譜分析等指標(biāo)的測試和處理都集于HTC21回彈超聲綜合檢測儀中,提高了儀器中信息處理單元的利用率,縮小了體積,提高了檢測效率。近年來國外還主張把各種檢測功能的儀器組裝在一輛檢測專用車上,數(shù)據(jù)由共用的計算機(jī)處理和貯存,稱之為集約化趨勢。例如英國的道路工程超聲檢測系統(tǒng)就是集約化的典型儀器群。它把各種道路 無損檢測裝置安裝在一輛車子內(nèi),在車前及車下安裝了許多非接觸式超聲探頭,車子行走過程中同時可測出路面的平整度、粗糙度、厚度等一系列質(zhì)量指標(biāo),并由車內(nèi)計算機(jī)作較大容量的信息處理,給出對道路狀況的綜合評價結(jié)論。這種集約化的檢測儀器群機(jī)動性強(qiáng),檢測功能齊全,處理信息量大,可適應(yīng)各種工程的檢測,是一個可移動的檢測試驗中心。
      值得說明的是,無損光波傳感器(檢測儀)除了用于混凝土檢驗外,在鋼結(jié)構(gòu)焊縫檢驗、材質(zhì)檢驗、砌塊墻體檢驗等方面也得到大量應(yīng)用,原理基本相同。
      2.4 光纖傳感器的應(yīng)用
      近年來,歐美日等發(fā)達(dá)國家已逐步將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控,并結(jié)合利用信息處理、驅(qū)動機(jī)構(gòu)以及一些新型材料,探討感應(yīng)結(jié)構(gòu)和更先進(jìn)的智能結(jié)構(gòu)等研究試驗,并取得一定的研究成果。他們將光纖傳感技術(shù)成功地應(yīng)用于常年的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控,并在此基礎(chǔ)上,增設(shè)并組裝驅(qū)動機(jī)構(gòu)(激勵器)及計算機(jī),通過指令、行動等功能,由計算機(jī)進(jìn)行控制,使結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控納入自動化管理,并使混凝土構(gòu)筑物成為具有一定靈敏度的感應(yīng)結(jié)構(gòu)。在上述感應(yīng)結(jié)構(gòu)中,進(jìn)一步進(jìn)行智能型結(jié)構(gòu)的研究,即綜合利用 光纖傳感器的檢測功能、激勵器的指令、行動功能和信息處理機(jī)的判斷、結(jié)論等功能,在自動監(jiān)控的基礎(chǔ)上,進(jìn)行綜合判斷、處理的試驗,以進(jìn)一步達(dá)到能自我檢測、判斷、自我修復(fù)的智能型結(jié)構(gòu)。
      光纖傳感器在土木工程中進(jìn)展的概況主要體現(xiàn)在以下幾個方面:①監(jiān)控結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形;②對結(jié)構(gòu)開裂進(jìn)行檢測;③對大體積混凝土測溫;④組成傳感網(wǎng)絡(luò),遙控監(jiān)測結(jié)構(gòu)性能;⑤結(jié)構(gòu)安全預(yù)示報警。
      我國已將光纖傳感材料用于三峽大壩和部分橋梁的健康檢測和安全評定等。
      2.5 視覺(圖像)傳感器
      視覺傳感器通過光電檢測器將光轉(zhuǎn)化為電信號,最常用的光電檢測器是攝像管和固態(tài)圖像傳感器。我們這里主要介紹利用CCD光電傳感器對高層建筑施工的垂直度監(jiān)測。
      該系統(tǒng)由激光發(fā)射裝置、CCD光電傳感器、視頻發(fā)生器、圖像采集管及系統(tǒng)主控機(jī)組成。激光沿直線發(fā)射激光束后,通過激光接收靶上CCD光電傳感器驅(qū)動電路完成自掃描,經(jīng)視頻信號處理電路濾波放大,并經(jīng)數(shù)字化后作為圖像采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計算機(jī),在經(jīng)過對圖像像變及照度進(jìn)行補(bǔ)償與數(shù)字濾波的圖像處理后再顯示在計算機(jī)屏幕上,這樣可及時準(zhǔn)確地取得在滑模施工中已經(jīng)發(fā)生的垂直度偏扭程度,可及時地采用有效的糾偏措施,將施工誤差控制在允許范圍內(nèi)。
      利用該系統(tǒng)進(jìn)行滑模施工的垂直偏扭監(jiān)測不僅速度快,而且準(zhǔn)確程度高,同時垂直度偏扭監(jiān)測為動態(tài)管理,可以隨時了解并掌握滑模施工中已經(jīng)發(fā)生的垂直偏扭值及偏扭發(fā)展趨勢,有利于及時地采取有效的技術(shù)措施對已經(jīng)發(fā)生的偏扭進(jìn)行糾正。光電傳感器在武漢國貿(mào)中心大廈中已受到應(yīng)用,且取得了良好的應(yīng)用效果。此外在三峽大壩混凝土澆筑中,也利用光電視覺傳感器進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)控。
      2.6 壓力傳感器
      壓力傳感器在建筑工程施工中常用在基坑開挖與邊坡支護(hù)、樁端承載力檢驗、各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析等方面。有人已開發(fā)出了微機(jī)控制下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力張拉工藝,當(dāng)實際張拉力與設(shè)計要求相對誤差大于5%時,微機(jī)提示作業(yè)人員進(jìn)行補(bǔ)張拉力。此外,利用壓力傳感器制成的電子計算秤也應(yīng)用在混凝土攪拌站中各種配料的自動稱重攪拌中,實現(xiàn)自動配置骨料,保證混凝土澆筑質(zhì)量。
      對土壓力的測定是通過土壓力傳感器進(jìn)行的。常用的土壓力傳感器有鋼弦式和電阻式兩大類。道路橋梁、房屋建筑預(yù)應(yīng)力工程、基坑錨桿、建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力的測定、結(jié)構(gòu)荷載的測量、加荷千斤頂?shù)臉?biāo)定等工作均可由測力傳感器進(jìn)行。
      3 結(jié)束語
      本文介紹了建筑工程施工中各種傳感器的工作原理與應(yīng)用,旨在說明傳感器的功能與效果。值得一提的是,3S技術(shù)尤其是RS和GPS技術(shù)也是一類重要的信息獲取方法和手段。在施工中,運(yùn)用遙感技術(shù)可充分了解工程所處的地理環(huán)境,了解其地下的土層構(gòu)造及地下水等。而GPS技術(shù)則提供的是位置信息,是一種重要的施工要素,所以也可歸入傳感系統(tǒng)。利用GPS輔助工程施工測量已有應(yīng)用,如由中國建筑三局三公司施工的廈門建設(shè)銀行大樓,應(yīng)用衛(wèi)星定位技術(shù),垂直精度大大提高。這種數(shù)據(jù)處理自動化、精度高、全天候 的高層建筑觀測對傳統(tǒng)的測量方法是一次革命。所以重視對3S在工程中的研究應(yīng)用也是傳感系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方面。歸結(jié)起來,無論是從溫度、位移、力、光(波)、視覺等傳感信息獲知方面,還是從RS、GPS給予的信息資源看,傳感器的作用可歸結(jié)為:①代替人工獲取信息;②完成人工所不能和不好達(dá)到或完成的工作。傳感器主要是收集施工現(xiàn)場所需的各種技術(shù)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)經(jīng)AΠD轉(zhuǎn)換或過濾后,將變?yōu)橛杏玫男畔鬏斀o項目管理信息系統(tǒng),經(jīng)過綜合和決策,指導(dǎo)工程的具體施工和維護(hù)。對于傳感器應(yīng)用,應(yīng)做好兩方面的工作:①施工企業(yè)與儀器廠合作,大量開發(fā)和研究施工所用傳感器;②施工企業(yè)在工程中轉(zhuǎn)變觀念,大力推廣運(yùn)用。做好這些工作,就為數(shù)字化施工體系的建立奠定了信息基礎(chǔ)。