结构裂缝监测系统的设计与实现
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
８ 结语
的抗剪性能和延性，然而由于受到造价等因素的影响，其在实
在建筑行业不断发展的形势下，怎样在设计方面同时满
际工程中应用的相对较少。设计中应该合理控制剪力墙墙肢 足建筑样式的创新、功能需求的不断提高以及结构的安全性，
的长度大小，将长墙切割为开洞连肢墙，在洞顶位置设置跨高 已经成为行业未来发展的主要目标及方向。建筑结构设计中
相对较小。
设计水平。
７ 剪力墙设计中的几个原则
设计剪力墙结构时应遵守以下设计原则：剪力墙墙肢应 简单规则，剪力墙结构侧向刚度不应过大；剪力墙应该尽量布 置在恒荷载较大位置、平面形状变化处、楼梯位置；在平面布 置时应尽量保持对称、均匀，以降低结构扭转，无法保证对称 时，需要使建筑结构刚度中心与质量中心尽量重合。在纵向布 置上尽量保证剪力墙贯通建筑全高，从而使建筑结构上下刚 度均匀且连续；墙上的洞口尽量设置在墙体的中间部位，不宜 将其设置在剪力墙的端部或者柱边。对于高层建筑，不可运用
42
图 ２ 数据采集于传输系统结构图
２．５ 自动化监测软件
整套软件包括服务器端软件、客户端软件两部分，客户端 软件又包括电脑客户端和手机客户端两种版本。
服务器端软件作为整套系统的核心，包括有参数设置模 块、实时监测模块、数据分析处理模块、数据库交互模块。参数 设置用于测点编号、监测采样间隔、通讯端口以及其他一些控 制参数的设置。实时监测模块用于各个裂缝测点开合度信息 的数字化、图形化的显示。数据分析处理模块用于异常、错误 监测数据的滤除以及裂缝形变量预警、报警以及错误信息的 输出。数据库交互模块用于设置参数和监测数据与数据库之 间的交互。软件系统框图如图 3 所示。客户端软件主要作为远 程监测数据查看的平台，通过移动互联技术，电脑、手机可实 时了解现场裂缝测点开合度情况。
【摘 要】在新建地铁线路施工过程中，需要对区间下穿、上穿既有运营地铁线路以及下穿房屋建筑进行实时的自动化监测，提
供实时、准确、可靠的隧道和建（构）筑物形变监测数据，对于施工过程中减少对地层的扰动，确保既有线路的安全运营以及减少
建（构）物沉降、倾斜、开裂有着重要的意义。结构裂缝膨胀监测作为自动化监测的一个重要项目，论文主要阐述了结构裂缝膨胀
岩石力学与工程学报, 2001,20(增 1):1684-1686. 【3】麟, 肖红渠, 王刚. 自动化监测技术在新建地铁穿越既有线中的应
用[J]. 隧道建设,2008(6): 359-361.
下特点：进行全天候的监测，降低了人力成本和消除了人为误
差，实现了结构裂缝开合度的监测。采用 3G 无线通信技术，缩 短了监测时间。监测数据稳定可靠。作为一个开放的监管平
通过安装在监测现场的数据采集系统将采集、获取的位 移传感器的裂缝数据，经数据传输系统发送到监测服务器，再
41
工程建设与设计
Construction & Design For Project
经软件计算、分析、存储、显示。通过移动互联技术，相关人员 通过手机或电脑客户端，可实时查看现场裂缝数据信息。
数据管理分析系统（服务器端）
６ 剪力墙的延性设计
常见的剪力墙结构中，经常出现连梁的高度较高而刚度 较大，连梁中往往仅配置普通的抗剪箍筋和受弯纵向钢筋，其 延性较差。对于这种连梁，应用斜向交叉配筋可有效提高连梁
少且墙肢较短，则为防止水平荷载影响下楼盖平面内发生弯 曲变形，需要对剪力墙的最大间距进行严格控制，注意剪力墙 的数量和结构高度、结构体型之间的内在联系。
２．３ 数据采集与传输系统
数据采集与传输子系统主要包括：信号调理模块、数据采 集模块、数据传输模块以及电源模块组成，如图 2 所示。信号 调理模块负责为前端的传感器供电，以及信号调理、电平转 换。数据采集模块实现模拟量到数字量采集的功能，采集信号 通过 RS485 总线输出。通过数据传输模块建立通信链路，将裂 缝开合度信息传输给监测中心服务器。电源模块为信号调理、 数据采集以及数据传输模块供电，同时模块内置电池，为整套 系统提供不间断供电。
监测系统的设计，以及在地铁施工过程中的应用。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】In the new subway line construction process, we need to monitor the existing subway line passed through the
new line and the building above it, provide real-time, accurate and reliable deformation monitoring data of the tunnel and
科技创新与应用,2012(9):1-2. 【4】黄宝峰,吴洪,王履塽.底部框架—剪力墙结构布置的讨论分析 [C]//
山东建筑学会成立 50 周年优秀论文集,2003.
全部短肢剪力墙结构形式，如果短肢剪力墙相对较多，那么需
要布置普通的剪力墙，进而形成普通剪力墙和短肢剪力墙共 同承担水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中墙数量较
２．４ 数据管理分析系统
现场采集到的数据通过传输系统传输至监控中心服务 器，软件处理后制作成相应图形图表显示在大屏幕上，监控中 心操作人员根据现场施工工况，通过设置软件参数，灵活地调 整裂缝自动化监测频率。通过强大的数据处理系统，可实现大 量监测数据的实时分析，准确、及时地反映监测结构缝的开合 度信息，为施工控制提供数据参考。
【关键词】裂缝传感器；自动化监测；数据采集
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】crack sensor; automatic monitoring; data acquisition
【中图分类号】TU433
【文献标志码】B
【文章编号】1007-9467（2015）09-0041-02
【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2015.09.006
ZHAO Wei1, WEI Yong-bin1,ZHOU Ming-ming2
（1.China State Construction Engrg.Co.Ltd.,Technical Center, Beijing 101300, China;
2.China Construction South Investment Co. Ltd .,Shenzhen 518000, China）
【参考文献】 【1】沈蒲生,孟焕陵,刘永华,张耀春.基于优化原理框 - 剪结构中剪力墙
合理数量[J].湖南大学学报(自然科学版),2006(5):11-12. 【2】滕军,吕海霞,李祚华,尚守平.平面不规则剪力墙结构大震变形及耗
能反应分析[C]// 第八届全国地震工程学术会议论文集（Ⅰ），2010. 【3】李捍文,童根树,金阳.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].
比不小于 5 的弱连梁，建筑窗台底部和窗顶墙体使用砌体填 充。通过弱化处理，剪力墙和连梁都将拥有较好的抗震耗能能 力、更大的延性以及比较轻的自重，而且钢筋的实际使用量也
剪力墙结构的设计是一项相对繁 琐 并 要 求 细 致 耐 心 的 工 作 ，具 体 实 践 中 需 要 设 计 人 员 透 彻 理 解 各 设 计 规 范 中 剪 力 墙 结 构 相 应 条 款 的 编 制 原 理 ，不 断 提 升 剪 力 墙 工 程 的
整套裂缝动态长期监测系统中，传感器子系统、数据采集 与传输子系统安装在监测现场，数据管理分析子系统运行于 服务器端，通过客户数据查看客户端子系统可实时查看现场 裂缝数据信息，为施工控制提供数据参考。
（下转第 45 页）
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
数据传输模块 数据传输模块
电源 管理 模块
数据管传输系统
监测客户端
信号调理模块
PC
来自百度文库
手机终端
图 １ 系统总体结构图
２．２ 裂缝传感器
该传感器主要由位移传感器和固定夹具等组成，具有高 精度，防水、耐腐蚀性的特性，性能稳定，可以长期监测结构物 伸缩缝的开合度(变形)。使用时，在建（构）筑物表面裂缝的两 侧用膨胀螺丝固定安装夹具，将测缝计固定在夹具上即可。传 感器量程分为：±5mm，±10mm，±20mm，±30mm，也可根据现 场需要定制，可在（-40～＋70℃）温度范围内使用。传感器由 专用的四芯屏蔽电缆传输信号，输出信号不受电缆长度的影 响，适应长期自动化监测。
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
结构裂缝监测系统的设计与实现
Design and Realization of the Structure Crack Monitoring System
赵伟 1，韦永斌 1，周明明 2
（1.中国建筑股份有限公司技术中心,北京 101300；2.中建南方投资有限公司，广东 深圳 518000）
１ 引言
随着城市轨道交通的迅速发展，越来越多的城市将拥有 四通八达的地铁线网，由于地铁施工不可避免地对地层扰动、 造成失水和地层应力损失引起既有地铁线路和沿线建（构）筑 物沉降、位移、变形，会出现裂缝，而裂缝产生和发展将严重影 响建（构）筑物的稳定性和耐用性。因此,裂缝的监测作为地铁 施工自动化监测的重要组成部分[1]，本文阐述了基于位移传感 器的结构裂缝膨胀自动化监测系统，以及在实际工程中的应
important part of the automatic monitoring. This paper mainly discusses the design of monitoring system for structure
crack expansion, as well as the application in the process of subway construction.
building, which plays an important role in reducing the disturbance to the formation of the construction process, the
settlement of the building and ensuring the safety of the existing line, structural crack expansion monitoring is an
【作者简介】赵伟（１９８６～），男，河南鹤壁人，工程师，从事土木工程 监测、建筑楼宇自动化系统的研究，（电子信箱）ｗ ｅｉｚｈａｏ＠ｃｓｃｅｃ． ｃｏｍ ．ｃｎ。
用。
２ 系统设计
２．１ 系统总体设计
传统的裂缝监测方法主要是通过人工进行逐个测量、记 录，工作比较繁琐,同时人工存在读数和操作误差。为了弥补手 工测量方法上的缺陷，同时结合监测现场环境，整套监测系统 由传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据管理分析子系 统以及数据查看客户端子系统构成[2]。结构裂缝监测系统构成 示意图如图 1 所示。
图 ３ 软件系统框图
模块
３ 工程应用
由于地铁施工不可避免地对地层扰动、造成失水和地层 应力损失将会引起沿线建（构）筑物沉降、开裂，给沿线居民带 来不便甚至造成不良的社会影响。对周边部分重要的建（构） 筑物进行全天候、实时监测，提供及时、可靠的监测数据和信 息，对确保建筑物安全有着积极的作用[3]。
台，通过手机短信、手机客户端信息推送，实时数据共享，方便
管理。
【参考文献】
【1】汤宇达, 黄智勇, 黄国伟. 智能裂缝监测系统设计[J]. 科技传播, 2011（, 22）: 149.
【收稿日期】2015-04-20
45
【收稿日期】2015-03-19
ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
（上接第 42 页）
【2】王浩, 葛修润, 邓建辉,等. 隧道施工期监测信息管理系统的研制[J].
４ 结语
本文介绍了结构裂缝膨胀监测系统的设计以及在实际工 程中的应用，通过现场测试，结果分析表明，该套系统具有以
的抗剪性能和延性，然而由于受到造价等因素的影响，其在实
在建筑行业不断发展的形势下，怎样在设计方面同时满
际工程中应用的相对较少。设计中应该合理控制剪力墙墙肢 足建筑样式的创新、功能需求的不断提高以及结构的安全性，
的长度大小，将长墙切割为开洞连肢墙，在洞顶位置设置跨高 已经成为行业未来发展的主要目标及方向。建筑结构设计中
相对较小。
设计水平。
７ 剪力墙设计中的几个原则
设计剪力墙结构时应遵守以下设计原则：剪力墙墙肢应 简单规则，剪力墙结构侧向刚度不应过大；剪力墙应该尽量布 置在恒荷载较大位置、平面形状变化处、楼梯位置；在平面布 置时应尽量保持对称、均匀，以降低结构扭转，无法保证对称 时，需要使建筑结构刚度中心与质量中心尽量重合。在纵向布 置上尽量保证剪力墙贯通建筑全高，从而使建筑结构上下刚 度均匀且连续；墙上的洞口尽量设置在墙体的中间部位，不宜 将其设置在剪力墙的端部或者柱边。对于高层建筑，不可运用
42
图 ２ 数据采集于传输系统结构图
２．５ 自动化监测软件
整套软件包括服务器端软件、客户端软件两部分，客户端 软件又包括电脑客户端和手机客户端两种版本。
服务器端软件作为整套系统的核心，包括有参数设置模 块、实时监测模块、数据分析处理模块、数据库交互模块。参数 设置用于测点编号、监测采样间隔、通讯端口以及其他一些控 制参数的设置。实时监测模块用于各个裂缝测点开合度信息 的数字化、图形化的显示。数据分析处理模块用于异常、错误 监测数据的滤除以及裂缝形变量预警、报警以及错误信息的 输出。数据库交互模块用于设置参数和监测数据与数据库之 间的交互。软件系统框图如图 3 所示。客户端软件主要作为远 程监测数据查看的平台，通过移动互联技术，电脑、手机可实 时了解现场裂缝测点开合度情况。
【摘 要】在新建地铁线路施工过程中，需要对区间下穿、上穿既有运营地铁线路以及下穿房屋建筑进行实时的自动化监测，提
供实时、准确、可靠的隧道和建（构）筑物形变监测数据，对于施工过程中减少对地层的扰动，确保既有线路的安全运营以及减少
建（构）物沉降、倾斜、开裂有着重要的意义。结构裂缝膨胀监测作为自动化监测的一个重要项目，论文主要阐述了结构裂缝膨胀
岩石力学与工程学报, 2001,20(增 1):1684-1686. 【3】麟, 肖红渠, 王刚. 自动化监测技术在新建地铁穿越既有线中的应
用[J]. 隧道建设,2008(6): 359-361.
下特点：进行全天候的监测，降低了人力成本和消除了人为误
差，实现了结构裂缝开合度的监测。采用 3G 无线通信技术，缩 短了监测时间。监测数据稳定可靠。作为一个开放的监管平
通过安装在监测现场的数据采集系统将采集、获取的位 移传感器的裂缝数据，经数据传输系统发送到监测服务器，再
41
工程建设与设计
Construction & Design For Project
经软件计算、分析、存储、显示。通过移动互联技术，相关人员 通过手机或电脑客户端，可实时查看现场裂缝数据信息。
数据管理分析系统（服务器端）
６ 剪力墙的延性设计
常见的剪力墙结构中，经常出现连梁的高度较高而刚度 较大，连梁中往往仅配置普通的抗剪箍筋和受弯纵向钢筋，其 延性较差。对于这种连梁，应用斜向交叉配筋可有效提高连梁
少且墙肢较短，则为防止水平荷载影响下楼盖平面内发生弯 曲变形，需要对剪力墙的最大间距进行严格控制，注意剪力墙 的数量和结构高度、结构体型之间的内在联系。
２．３ 数据采集与传输系统
数据采集与传输子系统主要包括：信号调理模块、数据采 集模块、数据传输模块以及电源模块组成，如图 2 所示。信号 调理模块负责为前端的传感器供电，以及信号调理、电平转 换。数据采集模块实现模拟量到数字量采集的功能，采集信号 通过 RS485 总线输出。通过数据传输模块建立通信链路，将裂 缝开合度信息传输给监测中心服务器。电源模块为信号调理、 数据采集以及数据传输模块供电，同时模块内置电池，为整套 系统提供不间断供电。
监测系统的设计，以及在地铁施工过程中的应用。
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】In the new subway line construction process, we need to monitor the existing subway line passed through the
new line and the building above it, provide real-time, accurate and reliable deformation monitoring data of the tunnel and
科技创新与应用,2012(9):1-2. 【4】黄宝峰,吴洪,王履塽.底部框架—剪力墙结构布置的讨论分析 [C]//
山东建筑学会成立 50 周年优秀论文集,2003.
全部短肢剪力墙结构形式，如果短肢剪力墙相对较多，那么需
要布置普通的剪力墙，进而形成普通剪力墙和短肢剪力墙共 同承担水平力的剪力墙结构。如果在剪力墙结构中墙数量较
２．４ 数据管理分析系统
现场采集到的数据通过传输系统传输至监控中心服务 器，软件处理后制作成相应图形图表显示在大屏幕上，监控中 心操作人员根据现场施工工况，通过设置软件参数，灵活地调 整裂缝自动化监测频率。通过强大的数据处理系统，可实现大 量监测数据的实时分析，准确、及时地反映监测结构缝的开合 度信息，为施工控制提供数据参考。
【关键词】裂缝传感器；自动化监测；数据采集
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】crack sensor; automatic monitoring; data acquisition
【中图分类号】TU433
【文献标志码】B
【文章编号】1007-9467（2015）09-0041-02
【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2015.09.006
ZHAO Wei1, WEI Yong-bin1,ZHOU Ming-ming2
（1.China State Construction Engrg.Co.Ltd.,Technical Center, Beijing 101300, China;
2.China Construction South Investment Co. Ltd .,Shenzhen 518000, China）
【参考文献】 【1】沈蒲生,孟焕陵,刘永华,张耀春.基于优化原理框 - 剪结构中剪力墙
合理数量[J].湖南大学学报(自然科学版),2006(5):11-12. 【2】滕军,吕海霞,李祚华,尚守平.平面不规则剪力墙结构大震变形及耗
能反应分析[C]// 第八届全国地震工程学术会议论文集（Ⅰ），2010. 【3】李捍文,童根树,金阳.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析[J].
比不小于 5 的弱连梁，建筑窗台底部和窗顶墙体使用砌体填 充。通过弱化处理，剪力墙和连梁都将拥有较好的抗震耗能能 力、更大的延性以及比较轻的自重，而且钢筋的实际使用量也
剪力墙结构的设计是一项相对繁 琐 并 要 求 细 致 耐 心 的 工 作 ，具 体 实 践 中 需 要 设 计 人 员 透 彻 理 解 各 设 计 规 范 中 剪 力 墙 结 构 相 应 条 款 的 编 制 原 理 ，不 断 提 升 剪 力 墙 工 程 的
整套裂缝动态长期监测系统中，传感器子系统、数据采集 与传输子系统安装在监测现场，数据管理分析子系统运行于 服务器端，通过客户数据查看客户端子系统可实时查看现场 裂缝数据信息，为施工控制提供数据参考。
（下转第 45 页）
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
数据传输模块 数据传输模块
电源 管理 模块
数据管传输系统
监测客户端
信号调理模块
PC
来自百度文库
手机终端
图 １ 系统总体结构图
２．２ 裂缝传感器
该传感器主要由位移传感器和固定夹具等组成，具有高 精度，防水、耐腐蚀性的特性，性能稳定，可以长期监测结构物 伸缩缝的开合度(变形)。使用时，在建（构）筑物表面裂缝的两 侧用膨胀螺丝固定安装夹具，将测缝计固定在夹具上即可。传 感器量程分为：±5mm，±10mm，±20mm，±30mm，也可根据现 场需要定制，可在（-40～＋70℃）温度范围内使用。传感器由 专用的四芯屏蔽电缆传输信号，输出信号不受电缆长度的影 响，适应长期自动化监测。
建筑与结构设计
Architectural and Structural Design
结构裂缝监测系统的设计与实现
Design and Realization of the Structure Crack Monitoring System
赵伟 1，韦永斌 1，周明明 2
（1.中国建筑股份有限公司技术中心,北京 101300；2.中建南方投资有限公司，广东 深圳 518000）
１ 引言
随着城市轨道交通的迅速发展，越来越多的城市将拥有 四通八达的地铁线网，由于地铁施工不可避免地对地层扰动、 造成失水和地层应力损失引起既有地铁线路和沿线建（构）筑 物沉降、位移、变形，会出现裂缝，而裂缝产生和发展将严重影 响建（构）筑物的稳定性和耐用性。因此,裂缝的监测作为地铁 施工自动化监测的重要组成部分[1]，本文阐述了基于位移传感 器的结构裂缝膨胀自动化监测系统，以及在实际工程中的应
important part of the automatic monitoring. This paper mainly discusses the design of monitoring system for structure
crack expansion, as well as the application in the process of subway construction.
building, which plays an important role in reducing the disturbance to the formation of the construction process, the
settlement of the building and ensuring the safety of the existing line, structural crack expansion monitoring is an
【作者简介】赵伟（１９８６～），男，河南鹤壁人，工程师，从事土木工程 监测、建筑楼宇自动化系统的研究，（电子信箱）ｗ ｅｉｚｈａｏ＠ｃｓｃｅｃ． ｃｏｍ ．ｃｎ。
用。
２ 系统设计
２．１ 系统总体设计
传统的裂缝监测方法主要是通过人工进行逐个测量、记 录，工作比较繁琐,同时人工存在读数和操作误差。为了弥补手 工测量方法上的缺陷，同时结合监测现场环境，整套监测系统 由传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据管理分析子系 统以及数据查看客户端子系统构成[2]。结构裂缝监测系统构成 示意图如图 1 所示。
图 ３ 软件系统框图
模块
３ 工程应用
由于地铁施工不可避免地对地层扰动、造成失水和地层 应力损失将会引起沿线建（构）筑物沉降、开裂，给沿线居民带 来不便甚至造成不良的社会影响。对周边部分重要的建（构） 筑物进行全天候、实时监测，提供及时、可靠的监测数据和信 息，对确保建筑物安全有着积极的作用[3]。
台，通过手机短信、手机客户端信息推送，实时数据共享，方便
管理。
【参考文献】
【1】汤宇达, 黄智勇, 黄国伟. 智能裂缝监测系统设计[J]. 科技传播, 2011（, 22）: 149.
【收稿日期】2015-04-20
45
【收稿日期】2015-03-19
ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ
（上接第 42 页）
【2】王浩, 葛修润, 邓建辉,等. 隧道施工期监测信息管理系统的研制[J].
４ 结语
本文介绍了结构裂缝膨胀监测系统的设计以及在实际工 程中的应用，通过现场测试，结果分析表明，该套系统具有以