先勤 汪洋

(1.國家電網(wǎng)四川省電力公司宜賓供電公司，四川宜賓 644099;2.上海電力學院電力安全管理研究所，上海 200090)

0 引言

電力系統(tǒng)作為城市生命線工程的重要組成部分，其各類的房屋安全與否關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的安全運行，對國民生產(chǎn)和生活都至關(guān)重要。尤其是房屋在遭受各類自然災(zāi)害后需要進行迅速的安全評估，并采取相應(yīng)的措施，以便盡快的投入生產(chǎn)，以利于抗災(zāi)救災(zāi)和災(zāi)后重建工作。因此，電力系統(tǒng)房屋的安全檢測與評價，已成為建筑安全檢測和電力建設(shè)管理共同關(guān)注的重要課題。

目前傳統(tǒng)的房屋安全檢測還是依照GBJ 50292-1999 民用建筑可靠性鑒定標準和GBJ 50144-2008 工業(yè)建筑可靠性鑒定標準來執(zhí)行的，該規(guī)范方法檢測過程內(nèi)容多，周期長，而且現(xiàn)在房屋類型及結(jié)構(gòu)體系多種多樣，且各種評價指標之間的關(guān)系較為復(fù)雜，有時會出現(xiàn)相互矛盾的情況。因此如何應(yīng)用現(xiàn)代先進的檢測技術(shù)，以科學合理的方式應(yīng)用在電力系統(tǒng)房屋的安全檢測中，以保障電力系統(tǒng)的安全運行，將具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 動測技術(shù)的基本原理

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)檢測方法有回彈法、超聲法、鉆芯取樣法、現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗等，有的只能對材料強度做出檢測評定，有的雖然能對結(jié)構(gòu)整體安全做出評價(現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗)，卻容易引起結(jié)構(gòu)損壞。動力測試技術(shù)是通過激振或環(huán)境脈動測出結(jié)構(gòu)的動力特性，根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)動力參數(shù)的改變，來作為判斷結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的標志，同時借助一定的理論分析和現(xiàn)場測試以診斷結(jié)構(gòu)的損傷部位和程度［1］。動力測試技術(shù)因其設(shè)備簡單、快速、安全，對結(jié)構(gòu)無損傷而獲得了迅速的推廣。

如上所述，目前研究與應(yīng)用中動力測試技術(shù)所用的動力參數(shù)眾多，如何針對某類型房屋，找出能準確測量的參數(shù)，以及給出一個損傷程度的判斷標準，這是目前動力測試技術(shù)應(yīng)用研究的重點和難點。

2 電力系統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)動測的具體實施

考慮到電力系統(tǒng)中房屋的特點，一般房屋結(jié)構(gòu)相對比較簡單，多為多層的框架和砌體結(jié)構(gòu)房屋，體型比較規(guī)整。運行環(huán)境比較特殊，安全檢測應(yīng)盡可能不影響人員的工作和設(shè)備的運行。因此，如何用1 個～2 個簡單易測且較為準確的指標，去迅速判斷電力系統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)的健康狀況和損傷程度，是我們研究的重點。

從近年來國內(nèi)外的學者在結(jié)構(gòu)動力檢測評價指標研究的成果來看［2-4］，頻率指標因其測量容易，準確度高，已廣泛作為房屋結(jié)構(gòu)損傷評價指標。同時對于低阻尼比的房屋，阻尼比也是一個較為簡單準確的評價指標。因此筆者根據(jù)長期的工程結(jié)構(gòu)安全檢測的經(jīng)驗，針對電力系統(tǒng)房屋檢測的特點提出以下兩個損傷判斷指標。

2.1 頻率破損指標

在結(jié)構(gòu)的動力特性參數(shù)中，自振頻率尤其是低階頻率(第1階～第3 階自振頻率)最容易測量，且容易激發(fā)，通常環(huán)境激勵即可測到，噪聲對其干擾小，而且電力系統(tǒng)中的房屋以單層或多層的磚混結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)房屋居多，此類房屋剛度大，1 階自振頻率較高，這樣局部損傷，尤其是早期損傷容易在低階自振頻率的改變中反映出來［5］。因此本文以結(jié)構(gòu)的一階自振頻率作為此類房屋結(jié)構(gòu)損傷程度評價的指標。具體指標見式(1)和表1:

其中，σf1為初始結(jié)構(gòu)或完好結(jié)構(gòu)的一階自振頻率;f1為實測結(jié)構(gòu)的一階自振頻率。

表1 損傷指標I1的定量分析

2.2 阻尼比指標

對于電力系統(tǒng)中很多有設(shè)備運行的房屋，設(shè)備開動時的激勵能量較大，而阻尼比此時對結(jié)構(gòu)的整體損傷比較敏感，其改變量的大小能及時反映結(jié)構(gòu)的整體損傷情況。因此，在本文把結(jié)構(gòu)一階阻尼比也作為一個判斷指標，具體指標見式(2)和表2:

其中，σξ1為設(shè)備靜止時結(jié)構(gòu)的一階阻尼比;ξ1為設(shè)備運行時結(jié)構(gòu)的一階阻尼比。

表2 損傷指標I2的定量分析

3 工程實測分析

為驗證本文提出方法的科學性和可行性，通過一個典型的電力系統(tǒng)房屋的工程安全檢測，利用兩種方法分別進行測試，綜合比較兩種方法的測試過程和結(jié)果，以得出客觀判斷。

南方某省一火電廠汽輪發(fā)電機室因技術(shù)改造需要進行安全檢測，該結(jié)構(gòu)平面呈矩形，采用鋼筋混凝土柱與鋼屋架組成的排架結(jié)構(gòu)，總建筑面積約1 444 m2，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，廠房內(nèi)部汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)之間設(shè)有縫寬約100 mm 的抗震縫，屋面采用C 型檁條和壓型彩鋼板屋面，抗震等級為二級。該房屋汽輪發(fā)電機室結(jié)構(gòu)平面如圖1 所示。因電廠進行技術(shù)改造，對該房屋的可靠性進行檢測評估。

圖1 排架結(jié)構(gòu)平面圖

3.1 傳統(tǒng)檢測過程及結(jié)果

1)現(xiàn)場測試。

根據(jù)現(xiàn)場測繪，發(fā)現(xiàn)本工程除少數(shù)門窗洞口尺寸或位置存在變更，其余建筑、結(jié)構(gòu)布置均與原設(shè)計圖紙相符。

通過現(xiàn)場勘察，建筑物周邊地面未見明顯沉陷，未發(fā)現(xiàn)排架柱、梁、板明顯變形和開裂現(xiàn)象，鋼屋蓋未見明顯異常情況，填充墻體、屋面檐口等圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作狀態(tài)未見明顯異常，所以判斷該房屋地基基礎(chǔ)無嚴重靜載缺陷。

2)傾斜測量。

根據(jù)現(xiàn)場實際條件布置16 個測點量測鋼筋混凝土柱排架平面內(nèi)頂點的側(cè)向位移，測量數(shù)據(jù)表明，排架柱頂點側(cè)移方向無明顯一致性，其中最大測點側(cè)向位移值為1/600H;排架柱平面外未見明顯變形，吊車運行正常。

3)結(jié)構(gòu)材料強度檢測。

根據(jù)圖紙資料，在現(xiàn)場抽取6 根鋼筋混凝土柱、6 根鋼筋混凝土梁及2 跨鋼筋混凝土吊車梁構(gòu)件進行混凝土強度回彈法檢測。數(shù)據(jù)表明，所檢柱構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土強度推定值為28.6 MPa～34.1 MPa，基本滿足設(shè)計強度等級C30 的要求;所檢梁構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土強度推定值為30.8 MPa～36.2 MPa，滿足設(shè)計強度等級C30 的要求;所檢吊車梁構(gòu)件現(xiàn)齡期混凝土強度推定值為32.7 MPa，滿足設(shè)計強度等級C30 的要求。

4)計算分析。

利用SAP 軟件對該房屋結(jié)構(gòu)進行建模計算分析，分析結(jié)果表明原房屋的實際所配鋼筋及構(gòu)造措施均能滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

5)結(jié)論。

根據(jù)GBJ 50144-2008 工業(yè)建筑可靠性鑒定標準，該房屋結(jié)構(gòu)可靠性等級可評為二級，即“可靠性略低于國家現(xiàn)行標準規(guī)范要求，不影響正常使用，個別項目應(yīng)采取措施”。

3.2 動測法及結(jié)果

本文動力檢測設(shè)備采用的是同濟大學結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所自主研發(fā)的SVSA 振動信號采集與分析系統(tǒng)，在汽輪發(fā)電機室設(shè)備靜止和設(shè)備運行狀態(tài)下分別進行了測試，其結(jié)果見表3。從測試結(jié)果分析，該房屋縱、橫向頻率指標和阻尼比指標基本均在本文表1 和表2 所列的正常范圍內(nèi)，表明該房屋結(jié)構(gòu)健康狀況良好，既有設(shè)備改造時不需要進行結(jié)構(gòu)整修和加固。

表3 汽輪機房振動測試結(jié)果

4 結(jié)語

本文簡單介紹了動力測試技術(shù)的原理和方法，并提出了一階頻率和阻尼比兩個評價指標及其判斷標準，通過一個工程實例，綜合比較了傳統(tǒng)檢測方法和動力測試方法，從兩種方法的對比可以看出，采用傳統(tǒng)檢測方法耗時很長(整個汽輪機室現(xiàn)場檢測花費約需1 d 時間，且后期的數(shù)據(jù)處理也需要一定時間)，部分檢測項目可能影響到正常生產(chǎn)(如吊車梁的回彈和鋼筋掃描須設(shè)備停運)。而動測法檢測過程僅需30 min，且不會影響正常生產(chǎn)，所得結(jié)論準確，說明動力測試技術(shù)對于電力系統(tǒng)中這類有特殊需要的房屋安全檢測更為適用。

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