随着我国国力的强盛、城市大规模建设的需要,一批批高层建筑、超高层建筑拔地而起,由轻刚结构配合板块单元组成的幕墙饰面造型成为现代建筑艺术标志之一。而玻璃(石材)幕墙以其晶莹剔透、轻巧美观、耐候性好、密封性佳、安装方便、维护简便等诸多优点而在高层建筑上迅速崛起,独领风骚如图1所示。然而,伴随着玻璃(石材)幕墙使用量的增多和服役年限的增加,玻璃(石材)幕墙的安全质量问题越来越突出,松动、破裂或坠落事故时有发生,严重威胁着人们的安全;如何快速检测并能进行健康寿命预测与评估,减少经济损失成为玻璃(石材)幕墙行业迫切解决核心问题之一。
图1 玻璃幕墙示意图(源于网络)
1、玻璃(石材)幕墙品质无损检测原理
将幕墙石材或者玻璃板可以简化为如下图2所示力学模型,模型中将石材固定锁具或者玻璃粘结胶质简化为具有弹性支撑的约束边界。当锁具松动或者粘接老化等原因产生时,边界弹性支撑约束条件发生变化,从而引起石材或者玻璃弹性弯曲模态参数改变。幕墙无损检测技术原理即利用改力学参数特性进行参数识别检测。该模型中锁具或者玻璃粘结支承考虑为一个支撑刚度,玻璃或者石材为弹性体结构。
(a)玻璃幕墙扣件结构示意图 (b)玻璃幕墙扣件结构说明 (c)玻璃幕墙构件力学模型
图2 玻璃幕墙构架示意图
2、幕墙品质无损检测技术验证
2.1、玻璃(石材)幕墙品质无损检测技术验证
通过墙壁上松动锁件进行无损检测,通过图3分析可以看出:
1) 同一片石材敲击五个位置所得石材模态参数如图3中1-5曲线所示频率值103Hz;
2) 将其一锁件松动后,石材频率特性发生改变,频率值降低,如图3中6-10曲线特征所示。
图3 石材松动模拟特性
2.2 玻璃胶质连接破损模拟测试
将玻璃幕墙模拟实际情况进行固定安装,经测试分析所得结果如下:
1) 通过对双层300X300mm玻璃特性测试,敲击五个位置所得参数如图4中(左侧)所示双峰特征,该特性为结构对称性的正方形玻璃特性。
2) 将玻璃幕墙连接橡胶并使用拆纸刀割开,所得参数如图4(右侧)所示。第一个峰值发生降低,而第二个峰值变化不明显。说明该破坏仅影响了第一个峰值结构特性。
图4 玻璃胶质松动模拟特性
3、玻璃(石材)幕墙品质无损检测系统
3.1、玻璃(石材)幕墙结构振动特性采集分析硬件
1)INV3080手持振动分析仪
INV3080采用国际领先的双核采集技术,内置双24位ΔΣ方式的高精度AD转换器,一档量程范围达160dB,满足各种传感器的动态范围,测量过程中无需进行档位切换,彻底解决由于精度和量程带来的诸多测量问题,INV3080手持振动分析仪如图5所示。
图5 INV3080手持式声学测量分析仪
2)振动信号采集传感器
传感器拟采用振动或者声学非接触式测量方案,可降低人工操作强度和便携性。本方案中采用东方所INV9206声学传感器进行样机阶段工作。
3)玻璃(石材)幕墙激励装置
激励装置采用INV9312型橡胶类的力棒对幕墙进行激励,获取结构参数。激励可以采用人工或者爬墙类机器人实现。
3.2 DASP-MTS 幕墙结构健康与预测报警管理系统平台
DASP-MTS 幕墙结构健康与预测报警管理系统平台
基于B/S(浏览器/服务器) 架构,可在局域网中运行,也可在互联网中运行。通过网络连接进行测量设备的管理,操作。检测设备分布在不同位置,通过3G/4G网络连入互联网,一方面可以连接远在其他城市的测量设备,另一方面则可以连入任何城市中的一台客户端设备。