上海世博会英国馆结构健康监测

24

施工技术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2011年1月第40卷第2期

上海世博会英国馆结构健康监测

111112

罗尧治，王洽亲，童若飞，程华强，沈雁冰，毛德灿

（1.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310058；2.同济大学建筑设计研究院，上海200092）

［摘要］介绍基于无线传感的监测技术在上海世博会英国馆施工及展出阶段结构健康检测方面的研究。详细阐述了无线远程监测系统的组成框架、结构健康检测方法、测点布置方案及检测数据分析整理的相关技术，并比较了实测值和理论计算值，及时了解结构的运行状况。

［关键词］上海世博会；英国馆；应力监测；振动监测；无线传感技术［中图分类号］TU392

［文献标识码］A

［8498（2011）02-0024-04文章编号］1002-

StructureHealthMonitoringforUKPavilionofExpo2010Shanghai

LuoYaozhi1，WangQiaqin1，TongRuofei1，ChengHuaqiang1，ShenYanbing1，MaoDecan2

（1.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ZhejiangUniversity，Hangzhou，Zhejiang

2.ArchitecturalDesignandResearchInstituteofTongjiUniversity，Shanghai

310058，China；

200092，China）

Abstract：AuthorsintroducethestructurehealthmonitoringresearchofUKpavilionintheconstructionandoperationatExpo2010Shanghai，whichisbasedonwirelesssensortechnology.Thecompositionofwirelessremotemonitoringsystemframework，methodsofstructurehealthmonitoring，measuringpointslocationandtestingtechnologiesrelatedtodataanalysisarediscussed.itcompareswiththemeasuredandtheoreticalvalues，understandstheoperationalstatusofthestructure.

Keywords：Expo2010Shanghai；UKpavilion；stressmonitoring；vibrationmonitoring；wirelesssensorstechnology1

工程概况

上海世博会英国馆位于世博园区C片区，外型简洁独特。展馆最大的亮点是由6万根蕴含植物种。这子的透明亚克力刺杆组成的巨型“种子殿堂”顶端都带有一个细小的彩色光些触须状的“种子”

源，所有触须会随风轻微摇动，使展馆表面形成可变幻的色彩和光泽，如图1所示。

英国馆主展馆的总尺寸：25m（宽）×25m（长）×20m（高）；内结构盒尺寸：15m（宽）×15m（长）×10.4m（高）。结构采用钢木结合体系，8根箱形斜钢柱作为结构的竖向支承构件，主展馆楼板部分为钢桁架结构，主展馆与周边混凝

土结构之间的连接钢桥约束结构的水平位移。

该工程采用的钢材均为Q345B，结构用钢量约150t；展厅的墙和屋面采用一种木肋梁-板的木结构

［09-01收稿日期］2010-［基金项目］国家“863”项目（2007AA04Z441）；国家自然科学基金资助项目（50378083）

［作者简介］罗尧治，浙江大学建筑工程学院教授，博士生导师，空间结构研究中心常务副主任，杭州市浙江大学紫金港校区安中大楼A821

310058，E-mail：[email protected]电话：（0571）87952349，

图1Fig.1

英国馆建筑效果EffectofUKpavilion

体系，通过钢板节点连接到钢桁架楼板上，形成盒状封闭空间。亚克力刺杆通过木结构内外表面的安装孔固定，整个主展馆建筑装饰总共需要6.4万余根7.6m长的刺杆，每根刺杆质量约为8kg，折算成荷载达5120kN，由亚克力刺杆产生的墙面及屋面荷

2

载约为5kN/m，是整个结构的最主要荷载，如图2

所示。2

基于无线传感技术的应力、振动监测系统本监测方案采用一种创新、先进的现场无线组网及远程实时监控系统。可有效避免大量布线造成

设备。33.1

测点布置

应力应变测点布置

为了有效地获得结构在施工和展出阶段的真实受力情况，参考理论计算结果，找出结构的关键及敏8根斜钢柱作为感部位，布设监测点。在钢结构中，其柱端由于受轴力和弯整个结构的主要支撑构件，

矩的双重作用，压应力较大，需在此布设必要的监测

图2

Fig.2

英国馆结构剖面示意

点，如图4所示；平面网架中与斜钢柱柱端相接的8根箱形主梁作为上部荷载的传递中枢，受力情况类似于悬臂结构，节点处弯矩较大，选择性地在4根主梁的节点处下表面布设监测点，如图5所示。在木结构中，屋顶楼板跨中处弯矩值较大，在其上下表面各布设1个监测点；在四面墙中部各布设1个测点，用来监测水平荷载作用下墙面的应力变化；主展馆上部结构悬挑入口处由于开洞导致局部刚度削弱，

需在此处布设监使墙面开口角点处拉应力值较大，

测点，如图6所示。综上所述，累计在主展馆结构上共布设20个应力应变监测点，其中钢结构上12个，木结构上8个

。

ThesectionalviewofUKpavilion

的现场维护困难及系统的不稳定性。该监控网络系统的整体运行过程可简单描述为：展馆结构内部的将采集到的数各类监测点相互之间形成智能网络，

据通过接力点（路由节点）传输到基站节点，然后由基站节点经USB或串口传输给现场服务器，现场服务器通过3G无线网络接入Internet。仅通过互联网对采集到的数就能实现与现场服务器的数据交换，

分析和管理，从而远程实时监控现场的据进行显示、

情况，图3为英国馆项目无线远程监测系统结构

。

图3

Fig.3

无线远程监测系统

图4

Fig.4

钢柱测点布置

Wirelessremotemonitoringsystem

2.1应力监测方法

应力监测采用项目组自主开发的无线振弦式应

Arrangementofthestressmeasuring

pointsonthe

columns

力应变监测系统。振弦式传感器是目前国内外普遍采用的一种直接输出振弦的自振频率信号的非电量电测的传感器，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、温度影响小、性能稳定可靠、耐振动、寿命长等特点，与工程、科研中普遍应用的电阻有着突出的优越性。其原理是通过测应变计相比，

量安装在传感器中钢弦的输出频率，根据输出频率与钢弦的应力以及钢弦与结构本身之间的变形协调关系，求得结构本身的应力。振弦式传感器可以同时测量测点附近的温度。2.2

振动监测方法

振动监测同样采用自主开发的一种低成本、低功耗、功能完善的无线三轴加速度芯片传感器。该传感器制作精细，采用单极低通滤波，自动温补，测量敏感度可根据需要在±（1.6～6）g内调节，既可测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态加速度（如重力加速度），可根据重力调零而无需辅助

3.2

Fig.5

图5

主梁测点布置

Arrangementofthestressmeasuring

pointsonthebeams

加速度测点布置

整个结构给人的视由于英国馆结构形式特殊，

觉感受有点头重脚轻，振动监测点主要选择布置在能够明显反映出结构上部振动情况的木结构方盒的8个角点位置，以及四面墙的墙中和屋顶的跨中位置，共计13个测点，如图7所示。4

监测结果与分析

此次监测工作主要分为2个阶段：①第1阶段

图6

Fig.6

木结构测点布置

图8Fig.8

施工阶段斜柱柱端压应力变化Memberstressmonitoringresults

inconstruction

Arrangementofthestressmeasuringpointsonwood

structure

图8可知其变化趋势较为平缓，其中2010年2月11日到2010年2月19日因春节放假，现场停工9d，在图8中可明显观察到应力增长停滞区段。就现场施结构对荷载的反应正常。插杆施工收工进度来看，

结构受力情况趋于稳定，所有斜钢柱压应力尾阶段，

绝对值较小，均不超过60MPa，期间未出现应力突变结构受力状态正常。为了更加深入形象地说情况，

图7

Fig.7

加速度测点布置

明整个施工过程中的8根钢柱的应力分配及变化趋势，以2010年2月4日的检测数据为例，该阶段亚克力杆施工量约为24000根，是亚克力杆总量的40%，折算成质量约为200t，此阶段的实测应力变化如图9所示

。值与理论计算值作比较，

Arrangementoftheacceleration

measuringpoints

是跟随亚克力杆安装施工全过程，通过监测来判断分析各典型构件内力变结构承载力能否满足要求，

化规律，评判结构建造情况与设计的一致程度，并对结构今后在正常运行阶段的稳定性进行预测。②第2阶段是对世博会运行期间主展馆在某些特殊或复即主要位置加杂环境下的动态响应进行实时监测，

速度值的时程变化。加速度值的变化可以表征结构的振动频率与振动幅度，对结构在复杂环境下的动态特性作量化处理，从而对结构运行时的可靠性与稳定性做出评价。4.1

结构施工阶段应力监测分析

英国馆施工主要分为3个阶段：①第1阶段是下部钢结构施工；②第2阶段是上部木结构施工；③第3阶段是亚克力杆安装施工。监测工作从施工的第3阶段介入，从亚克力杆施工之前开始进行，对亚克力杆的整个安装施工过程进行每天跟踪监测。亚克力杆现场安装施工是由上往下逐步开展。

12-25到2010-03-15，此阶段施工工期为2009-为期81d。以2009年12月24日即亚克力杆施工前一天的结构受力状态为零状态，根据期间所得数据，做出8根斜钢柱柱端压应力随时间变化曲线，如图8所示。

6万根亚克力杆重达500t，是整个结构的主要荷载。随着上部插杆数量不断增加，结构自重不断增大，下部8根斜钢柱的柱端压应力值随之降低，

由

图9Fig.9

理论计算与实测数据比较Thecomparisonoftheoretically

calculatedandmeasureddata

从图9中可以看出，相比理论计算结果，实际测量所得的大部分柱端压应力绝对值偏小，而少数偏大。其原因在于：在进行屋顶插杆施工时，在展馆内部搭满脚手架，当插杆工作进行到墙面时，部分脚手架也随之拆除，导致结构上部荷载的一增一减，使已施工部分的亚克力杆自重没能完全有效地体现在斜钢柱的应力增长上；同时该展馆为特殊的空间结构各部分构件的相互作用效应较大，造成8根斜体系，

柱的受力分布较理论计算偏于平均。但从图9可以看出，在实际结构中，上部荷载在8根斜钢柱中的分S1，S2，S3，S6，S7与布规律与理论计算基本相符，

S8柱受力较大，S4与S5柱受力较小，说明施工结果基本满足设计要求。

4.2世博会展出期间应力监测分析

插杆施工结束到世博会开幕之前是展馆施工的

也是展馆的预运行阶段，主要是馆内参观收尾阶段，

走道的铺设，走道护栏和电气设备的安装。从图103-16—4-30期间各柱的压应力略有增加，可以看出，

但变化值不大，均不超过10MPa。说明结构自身恒1—8-结构受力状态趋于稳定。而5-荷载基本完成，

31期间，通过每天定时对英国馆进行监测，各柱应力状态平稳，但略有微小波动，其波动值在±3MPa之间，均属于正常情况

。

图11Fig.11

5月1日钢柱柱端压应变变化MemberstrainmonitoringresultsonMay

1st

图10Fig.10

展出期间柱端压应力变化atExpoexhibition

Memberstressmonitoringresults

图12Fig.12

5月1日测点S6应变变化StrainmonitoringresultsofS6onMay1st

5月1日，上海世博会盛大开幕。英国馆以其独特的造型和创意，吸引大量的游客前来参观。当天对展馆8根斜柱的受力情况进行了全天跟踪监测。据英国馆官方信息表明：英国馆开馆时间为9：30，闭馆时间为21：30，在为时12h的展出过程中，英国馆首日接待人数超过2.5万人次，排队通过人流统计约为100人/3min。当天监测结果如图11所示。由图11可见，英国馆主展馆参观人数密集时段集中在11：00—20：00，之后英国馆的城市广场举行现场露天演出，大量游客涌入户外，相应主展馆内这一变化趋势在图中清晰可见。的参观人数减少，

主展馆馆内钢结构走道面积非常有限，目测估计最多可容纳140人左右，按一个人质量为70kg计算，以测点S6为例（见图12），馆内参观人数基本维持这与实际情况完全相符。在60～120人，4.3

振动监测结果

自世博会开幕起，根据上海当地的实时天气情况，选择性的对结构的动力响应进行监测。2010年9月19日14：35，现场风力4～5级，此时亚克力刺杆摇摆厉害，并相互碰撞，以此次监测中动力响应较8测点为例，为明显的ACC-其振动情况如图13所示。结构在此情况下，动力响应以水平方向的振动

2

为主，最大加速度约为±0.67m/s，而竖向振动相对2较小，其最大加速度约为±0.33m/s，

结构未发生较

大的振动，展馆结构处于安全控制范围以内

。

图13Fig.13

ACC-8测点振动情况ThevibrationofACC-8

5结语

本文利用基于无线传感技术的应力、加速度监

测系统对英国馆在施工与展出阶段进行了全面的监测，得出以下结论和经验。

1）英国馆建筑造型采用的亚克力杆作为结构的主要荷载，占整个展馆质量的67.5%左右。通过对结构施工第3阶段的全过程实时监测，其结果表明：结构中关键部位的应力实测变化值均在60MPa以内。由此可估算结构的真实受力情况均远小于材料的屈服强度，各测点的应力状态始终处于弹性应力工作状态，从而可得知设计时对材料的利用留有充足的余量，主展馆已经完全具备服役能力。并且施工阶段的应力实测值变化与设计值变化基本相符

（下转第55页）

表2

Table2

钢梁表面防腐涂装维修方案

Repairplansofsteelbeamsurfaceanti-corrosioncoating

方案2Sa2.5正常

环氧富锌底漆

1道80μm

热喷铝或锌环氧封闭漆

环氧云铁中间漆丙烯酸聚氨酯面漆

2道150μm2道80μm310μm

环氧云铁中间漆丙烯酸聚氨酯面漆

方案3≥Sa3较严

1道120μm1道20μm2道60μm2道80μm280μm

涂装体系表面处理要求底层封闭层中间层面层总厚度

方案1≥Sa2.5较严

无机富锌底漆环氧封闭漆环氧云铁中间漆氟碳面漆

1道75μm1道25μm2道150μm2道80μm330μm

比较好的涂料生产厂家都会有全面的涂装工艺说明，一般会根据自己的涂料性能选择合适的工艺方法。涂刷要做到不流挂，注意均匀，先难后易，自上而下，自左左右，在第1遍满涂之前，先对焊缝部分进行预涂，以保证满涂后焊道凸起部位能够达到膜厚要求。

涂料匹配性关系到涂装体系的成败，尤其是维修涂装与原有涂装体系进行涂料的一些匹配性试验至关重要。在众多的匹配性能中附着力显得特别重要，在现场试验中一定要检验测试所采用涂料之间涂料在现场特定温度、湿度环境下以及特的黏结力，

定的表面处理后与涂装基体的黏结力。因此在正式涂装前应进行小面积预涂装，然后再进行大面积的正式涂装。5

结语

1）影响涂装体系的实际防腐效果的因素众多，不仅与桥梁所处的腐蚀环境、所选用涂料的性能及设计的配套体系有关，更重要的是与结构表面的处理质量、涂层的实际膜厚及涂装方法等施工影响因素息息相关，如果忽视其重要性则会为涂装体系的

耐久性埋下隐患。

2）由于当前阶段普遍存在“重建轻养”，桥梁的后期养护资金有限，因此对于桥梁钢梁的涂装维修设计不仅要考虑到养护管理的特点，注意其经济性，同时还要考虑到施工的可操作性及现场的施工条件，采用合理的涂装体系。

3）维修涂装设计首要任务就是了解涂层劣化其次才是涂装体系的选程度及桥梁所处腐蚀环境，

宜按长效型保护年限进行设计，尽量以较少的投择，

入获得较长的维修周期。

参考文献：

［1］GB/T15957—1995大气环境腐蚀性分类［S］.北京：中国标

1995.准出版社，

［2］JT/T722—2008公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件［S］.北

2008.京：人民交通出版社，

［3］曾荣昌.桥梁的腐蚀与防护［J］.材料保护，2000（10）：35-37.［4］沈仲元.户外钢制构件的防腐层的配套［J］.现代涂料与涂

2001（4）：37-39，51.装，

［5］叶觉明.大跨度桥梁钢箱梁的防腐涂装［J］.现代涂料与涂

2002（1）：19-21.装，

［6］范立础.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1987.

（上接第27页）

合，施工结果基本满足设计上要求。

2）在世博会运行期间，主展馆在长期持续人流结构的反应正常，期间并未出现较大的荷载作用下，

8根斜钢柱受力状态保持稳定，突变情况，结构处于安全的受力范围内。

3）结构振动监测结果表明，整个展馆在遭受4～5级风作用时，最大加速度值在0.67m/s以下。虽然在视觉上，英国馆结构头重脚轻，并且在风荷载亚克力杆摇摆厉害，但事实上内部结构并未作用下，

出现较大振动，说明结构本身已具备足够的刚度和稳定性，满足结构安全性要求。

4）本工程采用的基于无线传感技术的振弦应力和加速度监测系统和传统的有线系统相比，监测设备操作更方便、工作性能相对稳定、并能向检测者

2

是一种便捷、及时准确地呈现结构的真实工作状态，先进、科学有效的结构监测系统。

参考文献：

［1］顾英.来自大不列颠的礼物2010上海世博会英国馆设计

［J］.时代建筑，2009（4）：92-93.

［2］罗尧治，沈雁彬，童若飞等.空间结构健康监测与预警技术

［J］.施工技术，2009，38（3）：4-8.

［3］罗尧治，童若飞，王小波.基于无线传感网络监测预警软件系

//第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集［C］.统［A］2009.

［4］王柏生.结构试验与检测［M］.杭州：浙江大学出版社，

2007.

［5］董石麟，.罗尧治，赵阳.新型空间结构分析、设计与施工［M］

北京：人民交通出版社，2006.

［6］沈雁彬.基于动力特性的空间网格结构状态评估方法及检测

.杭州：浙江大学，2007.系统研究［D］

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施工技术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2011年1月第40卷第2期

上海世博会英国馆结构健康监测

111112

罗尧治，王洽亲，童若飞，程华强，沈雁冰，毛德灿

（1.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310058；2.同济大学建筑设计研究院，上海200092）

［摘要］介绍基于无线传感的监测技术在上海世博会英国馆施工及展出阶段结构健康检测方面的研究。详细阐述了无线远程监测系统的组成框架、结构健康检测方法、测点布置方案及检测数据分析整理的相关技术，并比较了实测值和理论计算值，及时了解结构的运行状况。

［关键词］上海世博会；英国馆；应力监测；振动监测；无线传感技术［中图分类号］TU392

［文献标识码］A

［8498（2011）02-0024-04文章编号］1002-

StructureHealthMonitoringforUKPavilionofExpo2010Shanghai

LuoYaozhi1，WangQiaqin1，TongRuofei1，ChengHuaqiang1，ShenYanbing1，MaoDecan2

（1.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ZhejiangUniversity，Hangzhou，Zhejiang

2.ArchitecturalDesignandResearchInstituteofTongjiUniversity，Shanghai

310058，China；

200092，China）

Abstract：AuthorsintroducethestructurehealthmonitoringresearchofUKpavilionintheconstructionandoperationatExpo2010Shanghai，whichisbasedonwirelesssensortechnology.Thecompositionofwirelessremotemonitoringsystemframework，methodsofstructurehealthmonitoring，measuringpointslocationandtestingtechnologiesrelatedtodataanalysisarediscussed.itcompareswiththemeasuredandtheoreticalvalues，understandstheoperationalstatusofthestructure.

Keywords：Expo2010Shanghai；UKpavilion；stressmonitoring；vibrationmonitoring；wirelesssensorstechnology1

工程概况

上海世博会英国馆位于世博园区C片区，外型简洁独特。展馆最大的亮点是由6万根蕴含植物种。这子的透明亚克力刺杆组成的巨型“种子殿堂”顶端都带有一个细小的彩色光些触须状的“种子”

源，所有触须会随风轻微摇动，使展馆表面形成可变幻的色彩和光泽，如图1所示。

英国馆主展馆的总尺寸：25m（宽）×25m（长）×20m（高）；内结构盒尺寸：15m（宽）×15m（长）×10.4m（高）。结构采用钢木结合体系，8根箱形斜钢柱作为结构的竖向支承构件，主展馆楼板部分为钢桁架结构，主展馆与周边混凝

土结构之间的连接钢桥约束结构的水平位移。

该工程采用的钢材均为Q345B，结构用钢量约150t；展厅的墙和屋面采用一种木肋梁-板的木结构

［09-01收稿日期］2010-［基金项目］国家“863”项目（2007AA04Z441）；国家自然科学基金资助项目（50378083）

［作者简介］罗尧治，浙江大学建筑工程学院教授，博士生导师，空间结构研究中心常务副主任，杭州市浙江大学紫金港校区安中大楼A821

310058，E-mail：[email protected]电话：（0571）87952349，

图1Fig.1

英国馆建筑效果EffectofUKpavilion

体系，通过钢板节点连接到钢桁架楼板上，形成盒状封闭空间。亚克力刺杆通过木结构内外表面的安装孔固定，整个主展馆建筑装饰总共需要6.4万余根7.6m长的刺杆，每根刺杆质量约为8kg，折算成荷载达5120kN，由亚克力刺杆产生的墙面及屋面荷

2

载约为5kN/m，是整个结构的最主要荷载，如图2

所示。2

基于无线传感技术的应力、振动监测系统本监测方案采用一种创新、先进的现场无线组网及远程实时监控系统。可有效避免大量布线造成

设备。33.1

测点布置

应力应变测点布置

为了有效地获得结构在施工和展出阶段的真实受力情况，参考理论计算结果，找出结构的关键及敏8根斜钢柱作为感部位，布设监测点。在钢结构中，其柱端由于受轴力和弯整个结构的主要支撑构件，

矩的双重作用，压应力较大，需在此布设必要的监测

图2

Fig.2

英国馆结构剖面示意

点，如图4所示；平面网架中与斜钢柱柱端相接的8根箱形主梁作为上部荷载的传递中枢，受力情况类似于悬臂结构，节点处弯矩较大，选择性地在4根主梁的节点处下表面布设监测点，如图5所示。在木结构中，屋顶楼板跨中处弯矩值较大，在其上下表面各布设1个监测点；在四面墙中部各布设1个测点，用来监测水平荷载作用下墙面的应力变化；主展馆上部结构悬挑入口处由于开洞导致局部刚度削弱，

需在此处布设监使墙面开口角点处拉应力值较大，

测点，如图6所示。综上所述，累计在主展馆结构上共布设20个应力应变监测点，其中钢结构上12个，木结构上8个

。

ThesectionalviewofUKpavilion

的现场维护困难及系统的不稳定性。该监控网络系统的整体运行过程可简单描述为：展馆结构内部的将采集到的数各类监测点相互之间形成智能网络，

据通过接力点（路由节点）传输到基站节点，然后由基站节点经USB或串口传输给现场服务器，现场服务器通过3G无线网络接入Internet。仅通过互联网对采集到的数就能实现与现场服务器的数据交换，

分析和管理，从而远程实时监控现场的据进行显示、

情况，图3为英国馆项目无线远程监测系统结构

。

图3

Fig.3

无线远程监测系统

图4

Fig.4

钢柱测点布置

Wirelessremotemonitoringsystem

2.1应力监测方法

应力监测采用项目组自主开发的无线振弦式应

Arrangementofthestressmeasuring

pointsonthe

columns

力应变监测系统。振弦式传感器是目前国内外普遍采用的一种直接输出振弦的自振频率信号的非电量电测的传感器，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、温度影响小、性能稳定可靠、耐振动、寿命长等特点，与工程、科研中普遍应用的电阻有着突出的优越性。其原理是通过测应变计相比，

量安装在传感器中钢弦的输出频率，根据输出频率与钢弦的应力以及钢弦与结构本身之间的变形协调关系，求得结构本身的应力。振弦式传感器可以同时测量测点附近的温度。2.2

振动监测方法

振动监测同样采用自主开发的一种低成本、低功耗、功能完善的无线三轴加速度芯片传感器。该传感器制作精细，采用单极低通滤波，自动温补，测量敏感度可根据需要在±（1.6～6）g内调节，既可测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态加速度（如重力加速度），可根据重力调零而无需辅助

3.2

Fig.5

图5

主梁测点布置

Arrangementofthestressmeasuring

pointsonthebeams

加速度测点布置

整个结构给人的视由于英国馆结构形式特殊，

觉感受有点头重脚轻，振动监测点主要选择布置在能够明显反映出结构上部振动情况的木结构方盒的8个角点位置，以及四面墙的墙中和屋顶的跨中位置，共计13个测点，如图7所示。4

监测结果与分析

此次监测工作主要分为2个阶段：①第1阶段

图6

Fig.6

木结构测点布置

图8Fig.8

施工阶段斜柱柱端压应力变化Memberstressmonitoringresults

inconstruction

Arrangementofthestressmeasuringpointsonwood

structure

图8可知其变化趋势较为平缓，其中2010年2月11日到2010年2月19日因春节放假，现场停工9d，在图8中可明显观察到应力增长停滞区段。就现场施结构对荷载的反应正常。插杆施工收工进度来看，

结构受力情况趋于稳定，所有斜钢柱压应力尾阶段，

绝对值较小，均不超过60MPa，期间未出现应力突变结构受力状态正常。为了更加深入形象地说情况，

图7

Fig.7

加速度测点布置

明整个施工过程中的8根钢柱的应力分配及变化趋势，以2010年2月4日的检测数据为例，该阶段亚克力杆施工量约为24000根，是亚克力杆总量的40%，折算成质量约为200t，此阶段的实测应力变化如图9所示

。值与理论计算值作比较，

Arrangementoftheacceleration

measuringpoints

是跟随亚克力杆安装施工全过程，通过监测来判断分析各典型构件内力变结构承载力能否满足要求，

化规律，评判结构建造情况与设计的一致程度，并对结构今后在正常运行阶段的稳定性进行预测。②第2阶段是对世博会运行期间主展馆在某些特殊或复即主要位置加杂环境下的动态响应进行实时监测，

速度值的时程变化。加速度值的变化可以表征结构的振动频率与振动幅度，对结构在复杂环境下的动态特性作量化处理，从而对结构运行时的可靠性与稳定性做出评价。4.1

结构施工阶段应力监测分析

英国馆施工主要分为3个阶段：①第1阶段是下部钢结构施工；②第2阶段是上部木结构施工；③第3阶段是亚克力杆安装施工。监测工作从施工的第3阶段介入，从亚克力杆施工之前开始进行，对亚克力杆的整个安装施工过程进行每天跟踪监测。亚克力杆现场安装施工是由上往下逐步开展。

12-25到2010-03-15，此阶段施工工期为2009-为期81d。以2009年12月24日即亚克力杆施工前一天的结构受力状态为零状态，根据期间所得数据，做出8根斜钢柱柱端压应力随时间变化曲线，如图8所示。

6万根亚克力杆重达500t，是整个结构的主要荷载。随着上部插杆数量不断增加，结构自重不断增大，下部8根斜钢柱的柱端压应力值随之降低，

由

图9Fig.9

理论计算与实测数据比较Thecomparisonoftheoretically

calculatedandmeasureddata

从图9中可以看出，相比理论计算结果，实际测量所得的大部分柱端压应力绝对值偏小，而少数偏大。其原因在于：在进行屋顶插杆施工时，在展馆内部搭满脚手架，当插杆工作进行到墙面时，部分脚手架也随之拆除，导致结构上部荷载的一增一减，使已施工部分的亚克力杆自重没能完全有效地体现在斜钢柱的应力增长上；同时该展馆为特殊的空间结构各部分构件的相互作用效应较大，造成8根斜体系，

柱的受力分布较理论计算偏于平均。但从图9可以看出，在实际结构中，上部荷载在8根斜钢柱中的分S1，S2，S3，S6，S7与布规律与理论计算基本相符，

S8柱受力较大，S4与S5柱受力较小，说明施工结果基本满足设计要求。

4.2世博会展出期间应力监测分析

插杆施工结束到世博会开幕之前是展馆施工的

也是展馆的预运行阶段，主要是馆内参观收尾阶段，

走道的铺设，走道护栏和电气设备的安装。从图103-16—4-30期间各柱的压应力略有增加，可以看出，

但变化值不大，均不超过10MPa。说明结构自身恒1—8-结构受力状态趋于稳定。而5-荷载基本完成，

31期间，通过每天定时对英国馆进行监测，各柱应力状态平稳，但略有微小波动，其波动值在±3MPa之间，均属于正常情况

。

图11Fig.11

5月1日钢柱柱端压应变变化MemberstrainmonitoringresultsonMay

1st

图10Fig.10

展出期间柱端压应力变化atExpoexhibition

Memberstressmonitoringresults

图12Fig.12

5月1日测点S6应变变化StrainmonitoringresultsofS6onMay1st

5月1日，上海世博会盛大开幕。英国馆以其独特的造型和创意，吸引大量的游客前来参观。当天对展馆8根斜柱的受力情况进行了全天跟踪监测。据英国馆官方信息表明：英国馆开馆时间为9：30，闭馆时间为21：30，在为时12h的展出过程中，英国馆首日接待人数超过2.5万人次，排队通过人流统计约为100人/3min。当天监测结果如图11所示。由图11可见，英国馆主展馆参观人数密集时段集中在11：00—20：00，之后英国馆的城市广场举行现场露天演出，大量游客涌入户外，相应主展馆内这一变化趋势在图中清晰可见。的参观人数减少，

主展馆馆内钢结构走道面积非常有限，目测估计最多可容纳140人左右，按一个人质量为70kg计算，以测点S6为例（见图12），馆内参观人数基本维持这与实际情况完全相符。在60～120人，4.3

振动监测结果

自世博会开幕起，根据上海当地的实时天气情况，选择性的对结构的动力响应进行监测。2010年9月19日14：35，现场风力4～5级，此时亚克力刺杆摇摆厉害，并相互碰撞，以此次监测中动力响应较8测点为例，为明显的ACC-其振动情况如图13所示。结构在此情况下，动力响应以水平方向的振动

2

为主，最大加速度约为±0.67m/s，而竖向振动相对2较小，其最大加速度约为±0.33m/s，

结构未发生较

大的振动，展馆结构处于安全控制范围以内

。

图13Fig.13

ACC-8测点振动情况ThevibrationofACC-8

5结语

本文利用基于无线传感技术的应力、加速度监

测系统对英国馆在施工与展出阶段进行了全面的监测，得出以下结论和经验。

1）英国馆建筑造型采用的亚克力杆作为结构的主要荷载，占整个展馆质量的67.5%左右。通过对结构施工第3阶段的全过程实时监测，其结果表明：结构中关键部位的应力实测变化值均在60MPa以内。由此可估算结构的真实受力情况均远小于材料的屈服强度，各测点的应力状态始终处于弹性应力工作状态，从而可得知设计时对材料的利用留有充足的余量，主展馆已经完全具备服役能力。并且施工阶段的应力实测值变化与设计值变化基本相符

（下转第55页）

表2

Table2

钢梁表面防腐涂装维修方案

Repairplansofsteelbeamsurfaceanti-corrosioncoating

方案2Sa2.5正常

环氧富锌底漆

1道80μm

热喷铝或锌环氧封闭漆

环氧云铁中间漆丙烯酸聚氨酯面漆

2道150μm2道80μm310μm

环氧云铁中间漆丙烯酸聚氨酯面漆

方案3≥Sa3较严

1道120μm1道20μm2道60μm2道80μm280μm

涂装体系表面处理要求底层封闭层中间层面层总厚度

方案1≥Sa2.5较严

无机富锌底漆环氧封闭漆环氧云铁中间漆氟碳面漆

1道75μm1道25μm2道150μm2道80μm330μm

比较好的涂料生产厂家都会有全面的涂装工艺说明，一般会根据自己的涂料性能选择合适的工艺方法。涂刷要做到不流挂，注意均匀，先难后易，自上而下，自左左右，在第1遍满涂之前，先对焊缝部分进行预涂，以保证满涂后焊道凸起部位能够达到膜厚要求。

涂料匹配性关系到涂装体系的成败，尤其是维修涂装与原有涂装体系进行涂料的一些匹配性试验至关重要。在众多的匹配性能中附着力显得特别重要，在现场试验中一定要检验测试所采用涂料之间涂料在现场特定温度、湿度环境下以及特的黏结力，

定的表面处理后与涂装基体的黏结力。因此在正式涂装前应进行小面积预涂装，然后再进行大面积的正式涂装。5

结语

1）影响涂装体系的实际防腐效果的因素众多，不仅与桥梁所处的腐蚀环境、所选用涂料的性能及设计的配套体系有关，更重要的是与结构表面的处理质量、涂层的实际膜厚及涂装方法等施工影响因素息息相关，如果忽视其重要性则会为涂装体系的

耐久性埋下隐患。

2）由于当前阶段普遍存在“重建轻养”，桥梁的后期养护资金有限，因此对于桥梁钢梁的涂装维修设计不仅要考虑到养护管理的特点，注意其经济性，同时还要考虑到施工的可操作性及现场的施工条件，采用合理的涂装体系。

3）维修涂装设计首要任务就是了解涂层劣化其次才是涂装体系的选程度及桥梁所处腐蚀环境，

宜按长效型保护年限进行设计，尽量以较少的投择，

入获得较长的维修周期。

参考文献：

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［6］范立础.桥梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1987.

（上接第27页）

合，施工结果基本满足设计上要求。

2）在世博会运行期间，主展馆在长期持续人流结构的反应正常，期间并未出现较大的荷载作用下，

8根斜钢柱受力状态保持稳定，突变情况，结构处于安全的受力范围内。

3）结构振动监测结果表明，整个展馆在遭受4～5级风作用时，最大加速度值在0.67m/s以下。虽然在视觉上，英国馆结构头重脚轻，并且在风荷载亚克力杆摇摆厉害，但事实上内部结构并未作用下，

出现较大振动，说明结构本身已具备足够的刚度和稳定性，满足结构安全性要求。

4）本工程采用的基于无线传感技术的振弦应力和加速度监测系统和传统的有线系统相比，监测设备操作更方便、工作性能相对稳定、并能向检测者

2

是一种便捷、及时准确地呈现结构的真实工作状态，先进、科学有效的结构监测系统。

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北京：人民交通出版社，2006.

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