玻璃(石材)幕墙无损检测技术

2020-03-02 13:48:55 阅读次数:351

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摘要:高层建筑物中伴随着玻璃(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成为玻璃(石材)幕墙行业亟待解决核心问题之一。

关键词:房屋结构安全检测, 玻璃幕墙检测, 玻璃幕墙无损检测, 房屋


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。因此,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)幕墙行业需要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图2所示的力学模型,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发生时,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。幕墙无损检测技术正是利用幕墙弯曲模态参数变化来判断幕墙是否存在损伤的。该模型将锁具或者玻璃粘结支承简化为一个支撑刚度,玻璃或者石材简化为弹性体结构。

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(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 玻璃(石材)幕墙品质无损检测技术验证

2.1 石材松动锁件

通过对墙壁上的松动锁件进行测试,验证幕墙无损检测技术,实验结果如图3所示,根据图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频率如图3中左侧1-5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中右侧6-10曲线所示。

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图3 石材松动模拟特性

2.2 玻璃胶质连接破损

将玻璃幕墙模拟实际情况固定安装,测试分析所得结果如图4所示,根据图4可知

1) 通过对双层300X300mm玻璃特性测试,敲击五个位置所得频率具有图4中所示的双峰特征,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使用裁纸刀割开,所得参数如图4右侧所示。第一个振动频率降低,而第二个峰值变化不明显,说明该破坏仅影响了第一个特征频率。

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图4 玻璃松动模拟特性

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,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。


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图5 INV3080手持振动分析仪


2)振动信号采集传感器

传感器可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,提高系统便携性。监测方案拟采用东方所INV9206或类似参数的声学传感器进行测试。

3) 玻璃(石材)幕墙激励装置

激励装置采用橡胶类软质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的机器人实现。

3.2 DASP-MTS 幕墙结构故障预测与健康管理平台

DASP-MTS结构故障预测与健康管理平台基于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和操作。检测设备分布在不同位置,通过4G/5G网络连入互联网,可以连入任何城市中的一台客户端设备,如图6所示。

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图6 DASP-MTS 幕墙结构故障预测与健康管理平台