T∕CECS 1339-2023 大跨度钢结构监测技术规程.docx

CECSTCECS13392023中国工程建设标准化协会标准大跨度钢结构监测技术规程Technica1.specificationformonitoringof1.arge-spanstee1.structures中国工程建设标准化协会标准大跨度钢结构监测技术规程Technica1.specificationformonitoringof1.arge-spanstee1.structuresT/CECS13392023主编单位：浙江大学批准单位：中国工程建设标准化协会施行日期：2023年10月1日2023北京中国工程建设标准化协会公告第1575号关于发布大跨度钢结构监测技术规程的公告根据中国工程建设标准化协会关于印发2019年第一批协会标准制订、修订计划的通知(建标协字(2019)12号)的要求,由浙江大学等单位编制的大跨度钢结构监测技术规程，经协会建筑产业化分会组织审查，现批准发布，编号为T/CECS13392023,自2023年10月1日起施行。中国工程建设标准化协会二。二三年五月十八日大跨度钢结构监测技术规程（以下简称规程）是根据中国工程建设标准化协会关于印发2019年第一批协会标准制订、修订计划的通知（建标协字（2019）12号）的要求进行编制。编制组经深入调查研究，认真总结实践经验，参考国内外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。本规程共分为10章和1个附录，主要内容包括：总则，术语，基本规定，网格结构，索杆结构，开合屋盖结构，监测设备，数据采集与分析，预警，监测系统施工、安装与验收等。本规程的某些内容可.能直接或间接涉及专利，本规程的发布机构不承担识别这些专利的责任。本规程由中国工程建设标准化协会建筑产业化分会归口管理，由浙江大学负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议，请反馈给浙江大学建筑工程学院（地址：浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号浙江大学安中大楼A座823,邮编：310058,邮箱：1.uoyz）。主编单位：浙江大学参编单位：中国建筑标准设计研究院有限公司中国建筑科学研究院有限公司北京工业大学兰州理工大学天津大学浙江东南网架股份有限公司中冶建筑研究总院有限公司北京市建筑设计研究院有限公司中国建筑西南设计研究院有限公司北京市建筑工程研究院有限责任公司上海市建筑科学研究院有限公司陕西省建筑科学研究院有限公司浙江大学长三角智慧绿洲创新中心建研院检测中心有限公司中国矿业大学东南大学汕头大学浙大城市学院太原理工大学主要起草人：罗尧治沈雁彬郁银泉王秀丽万华平黎赫东吴金志常乐韩庆华周观根张泽宇秦凯兰春光丁北斗徐杰王煜成郑正学许贤陆金钮喻莹马帜柳明亮雷宏刚张彦蔡朋程李炜主要审查人：冯远顾磊伊廷华孙文波陈务军施刚营正罡1 总则(1)2 术语(2)3 基本规定(4)4 网格结构(9)4.1 一般规定(9)4.2 网架结构(9)4.3 网壳结构(I1.)4.4 桁架结构(14)5索杆结构(17)5.1 一般规定(17)5.2 索网结构(17)5.3 索桁结构(18)5.4 张弦结构(20)5.5 索穹顶结构(23)6开合屋盖结构(25)7监测设备(26)7.1 一般规定(26)7.2 位移监测(26)7.3 内力监测(27)7.4 振动监测(28)7.5 荷载作用与环境监测(29)8数据采集与分析(31)8.1 一般规定(31)8.2 数据采集(31)8.3 数据预处理(31)8.4 数据分析(32)9预警(33)10监测系统施工、安装与验收(35)10.1 一般规定(35)10.2 监测系统施工(35)103监测系统安装(36)10.4 监测系统验收(37)附录A典型大跨度钢结构应变监测部位及测点布置.(40)用词说明(50)引用标准名录(51)附：条文说明(53)Contents1 Genera1.provisions(1)2 Terms(2)3 Basicrequirements(4)4 Gridstructure(9)4.1 Genera1.requirements(9)4.2 Spcetrussstructure(9)4.3 1.atticedshe1.1.structure(I1.)4.4 Trussstructure(14)5 Cab1.e-struttensi1.estructure(17)5.1 Genera1.requirements(17)5.2 Cab1.e-netstructure(17)5.3 Cab1.e-trussstructure(18)5.4 Stringstructure(20)5.5 Cab1.e-domestructure(23)6 Retractab1.er<)fS1.ruc1.urc(25)7 Monitoringequipment(26)7.1 Genera1.requirements(26)7.2 Disp1.acementmonitoring(26)7.3 Interna1.forcemonitoring(27)7.4 Vibrationmonitoring(28)7.5 1.oadactionandenvironmentmonitoring(29)8 Dataacquisitionandana1.ysis(31)8.1 Genera1.requirements(31)8.2 Dataacquisition(31)8.3 Datapre-processing(31)8.4 Dataana1.ysis(32)9 Ear1.ywarning(33)10 Construction,insta1.1.ationandacceptanceofmonitoringsystem(35)10.1 Genera1.requirements(35)10.2 ConstructionOfmonitoringsystem(35)10.3 Insta1.1.ationofmonitoringsystem(36)10.4 Acceptanceofmonitoringsystem(37)AppendixAStrainmonitoringpositionsandpointarrangementsfortypica1.1.arge-spanstee1.structures(40)Exp1.anationofwording(50)1.istofquotedstandards(51)Addition:Exp1.anationofprovisions(53)4风速、风向传感器数据采集应保持同步，对同类监测设备，各测点的测量时间差宜控制在20OmS以内；对于不同类监测设备，测量起始时间差宜控制在50OmS以内。7.5.5风压传感器应符合下列规定：1风压传感器的量程应满足结构设计风场的要求；2风压传感器的精度宜优于±0.4%F.S,且宜优于IOPa;3风压传感器的非线性度应在±0.1%F.S范围内；4风压传感器的采样频率不应小于5Hz;5风压传感器数据采集应保持同步，各测点的测量时间差宜控制在20OmS以内。III雨量监测7.5.6 降水量监测设备可.选用翻斗式雨量传感器、称重式雨量传感器、雷达式雨量传感器及光学式雨量传感器等。7.5.7 屋面天沟、雨水斗水位监测设备可选用超声波液位传感器等。7.5.8 雨量监测设备的量程应根据当地的气候和气象条件确定，测量分辨力不宜大于0.5mmoIV雪荷载监测7.5.9 雪荷载监测设备可选用表压测量传感器、厚度测量传感n½6Z缶O7.5.10 雪荷载监测设备的量程和精度应根据当地的气候和气象条件确定。V地震作用监测7.5.11 地震作用监测设备宜选用强震仪，可选用加速度计。7.5.12 强震仪应能有效捕捉地震信号和即时数据采集，并应符合现行行业标准数字强震动加速度仪DBbIO的有关规定。支承方式长宽比周边支承>1.5:1监测部位示意图监测部位示意图.0.2常规形式网壳结构的应变监测，具体监测部位宜结合监测方案成本，按表A021表A.0.2执行。«A.0.2-1双层球面网亮结构监潸部位失跨比W1.:4支承方式周边支承监测部位示意图表A.034轮精式张弦梁结构漏点布用词说明为便于在执行本规程条款时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1表示很严格，非这样做不可的：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；2表示严格，在正常情况下均应这样做的：颂词朝“应”，反面词瘫“不应”或“咐导”；3表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；4表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。引用标准名录本规程引用下列标准。其中，注日期的，仅对该日期对应的版本适用本规程；不注日期的，其最新版适用于本规程。无损检测基于光纤传感技术的应力监测方法GB/T33213建筑设备监控系统工程技术规范JGJfT334数字强震动加速度仪DB"10结构健康监测系统施工及验收标准T/CECS765制定说明本规程制定过程中，编制组针对大跨度钢结构施工与运营监测进行了广泛深入的调行研究，总结了我国工程建设大跨度钢结构监测的实践经验，同时参考了国内外先进技术法规、技术标准。为便于广大技术和管理人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定，编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明。对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项等进行了说明。本条文说明不具备与规程正文及附录同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握规程规定的参考。1总则(59)3 基本规定(60)4 网格结构(63)4.1 一般规定(63)4.2 网架结构(63)4.3 网壳结构(64)4.4 桁架结构(65)5 索杆结构(66)5.1 索网结构(66)5.2 索桁结构(66)5.3 张弦结构(66)6 开合屋盖结构(67)7 监测设备(68)7.1 一般规定(68)7.3 内力监测(68)7.5 荷载作用与环境监测(70)8 数据采集与分析(71)8.1 一般规定(71)8.2 数据采集(71)8.3 数据预处理(71)8.4 数据分析(72)9 预警(74)10 监测系统施工、安装与验收(75)10.1 一般规定(75)附录A典型大跨度钢结构应变监测部位及测点布置.(76)表2各类应蝴技术特点应变计类型电阻式应变计振弦式应变计光纤类应变传感器磁感应式应变传感器时漂较高，可通过特殊定制适当减小小，适宜长期量测小，适宜长期量测小灵敏度高较低较高（与解调系统精度行关）较高对温度的敏感性通过电柝实现温度补偿需要修正需要修正较低信号线长度影响需进行导线电阻影响的修正几乎不影响量测结果不影响量测结果不影响星测结果信号传输距离短较长很长，可达几十公里较长抗电磁干扰能力楚较强强差对绝缘的要求高不高光信号，无需考虑高动态响应很好差好很好精度高较高较高高7.3.3光纤应变传感器的解调系统各项指标需要符合被监测对象对待测参数的规定，且布设的所有光纤应变传感器所选择的参考波长需要各不相同，避免光谱信号重叠造成数据混淆。II索力监测7.3.6振动频率法中，拉索自振频率可通过加速度计、激光测振仪等设备测量得到。现行行业标准建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范JGJ/T302-2013第6.2.4条表明采用振动频率法测量索力时，两端较接的细长索索力可按卜.式计算：4×w×1.X/：T=式中：T一索力；m拉索单位长度质量；1.一拉索长度；f11横向振动第n阶频率；n索横向振动振型阶数。73.8拉索表面应变由应变计和转换装置测量得到，转换装置需要在索张拉之前安装，需要确保在索力监测过程中转换装置(如刚性夹具)与索体之间不发生相对滑移。7.5荷载作用与环境监测II风监测7.5.2 风致响应监测设备按照本规程第7.4节确定。7.5.3 风压传感器一般采用压力传感器，通常分为差压式、表压式、绝压式三个类型。相对大气压力(I(PPa),结构工程领域的风压(IOPa100OPa)属于微压级别，若使用表压传感渊，应注意其参考大气压的测量构造，确保参考大气压不受静压场的影响；若使用差压传感器，可将差压传感器的参考压力端接入室内或不受建筑静压场影响的参考点位，当用;已建成结构的风压监测时，建筑周边环境一般不具备布设参考压力管路的条件，需要考虑表面风压实测结果的准确性。7.5.4 结构风致响应的采集根据风速测量值控制。V地震作用监测7.5.11 地震作用监测包括地震动与地震响应加速度，地震响应加速度监测设备按照本规程第7.4节确定。8数据采集与分析8.1 一般规定8.1.2数据预处理需要具备正确处理粗差、系统误差、偶然误差的功能，能判断并区分引起异常数据的原因，即由结构状态变化引起或监测系统自身引起，建议数据预处理具备剔除由监测系统自身引起的异常数据的功能。8.2 数据采集8.2.1混合式数据采集方式指总体分布式与局部集中式的混合方式。8.2.3运营阶段结构处于稳定状态下，从节约能耗的角度，建议为白天与夜晚各采集一次。8.3数据预处理8.3.1监测数据分析前需要进行数据预处理、检查、评判，从而消除误差，保证数据的精确性。误差包括偶然误差与系统误差。对采样频率较低的结构静态数据，可以在每次采集时进行多次采样，取其平均值降低偶然误差影响；对采样频率较高的结构振动数据，可以采用数字滤波降噪等方法降低偶然误差影响。系统误差可采用修正仪器或添加补偿等方法消除，如对传感器进行事先标定：对温度造成的应变采集误差，可以采取增加温度补偿片等方法。832当某个数据Xb符合下述条件时，则认为该数据为异常数据：xb-1.>3(2)式中：P一近期监测数据分布均值；。近期监测数据分布标准差。8.3.3监测数据缺失修复方法说明如下：(1)多元线性回归法：通过建立数据缺失的测点与附近若干测点数据间的线性回归关系，利用后者对前者进行缺失数据修复。(2)K最近邻法：对于监测数据修复，可将每一次采样得到的各测点数据看作多维坐标，在所有监测序列中选取与数据缺失点欧拉距离最近的K个样本，将这K个样本对应数据缺失点的值的平均作为缺失数据的修复结果。(3)神经网络：在缺失数据修复前，首先利用多测点的完整数据训练神经网络模型，以表征各测点数据间的非线性关系，再基于训练好的网络，采用数据完整的测点对数据缺失的测点进行修复。(4)概率主成分分析：利用最大期望算法找到各组数据间的隐式关系，进而对缺失数据进行修复。(5)压缩感知：在信号满足稀疏性或可压缩性的条件下，直接对信号进行压缩采样，通过复杂度较高的重构算法来重构原始信号。8.3.4滤波降噪可以采用FFT带通滤波、小波降噪等方法。针对含噪信号，建议对噪声进行来源检查，并采取有效措施进行处理：先排除仪器内部等因素造成的干扰，对存在的干扰信号进行时频分析，确定其特征参数；最后可根据具体情况，通过泄波降噪、去直流、去趋势项、截取等信号处理方法，提高信号的信噪比。8.4数据分析8.4.1不同监测项目的数据分析内容见表3。«3不同监濡项目的敷据分析内容监测项H分析内容位移位移绝对最大值、累计位移、位移时程等应力、应变应变最大值、应变最小值、应力增量、应力幅最大值等，关健构件应力、应变时程等索力索力最大值、最小值、平均值等续表3监测项目分析内容振动加速度修值、最大均方根值，频谱特征、频响特征和模态分析等温度、湿度最高温湿度、最低温湿度等特征值，构件断面最大温度梯度、结构整体温度分布图等风速、风向最大风速、平均风速、阵风因子、脉动风谱、风攻现图等风压最大风压、平均风压、峰值因子、风压系数、风压分布图等地作用地族发生识别，地剧中的加速度峰值、速度峰值、持续时间等雨量本次降雨最、天降雨盘、周降雨量、月降雨量、年降雨盘雪荷数积雪最大厚度、每日增值、历史M度增长曲线等9.0.2预警系统应服务于监测系统建设单位或日常管理与运营维护部门，具备安全状态实时预警、自动处理预警信息功能，可以根据需要将各种预警信息及时通知相关人员采取措施，并报送上级部门和有关单位。9.0.3施工阶段的预警阈值可以结合施工过程设计值、规范限定值以及材料强度允许值等确定，建议对监测项目各参数设置相应的限值要求和不同危急程度的预警值；运营阶段的预警阈值可以根据结构性能，结合设计值、规范限定值、材料强度允许值、长期数据枳累等，提出与结构安全性、适用性和耐久性相应的限值要求和不同危急程度的预警值。可以通过对监测数据进行处理获得预警阈值，监测数据建议从服役期满一年且结构未见异常的连续监测数据中获取。由广大跨度钢结构属于一种典型的时变结构，在其长期服役过程中，其性能具有明显的时变特征，因此，随着结构运营年限的增加，预警阈值应根据环境变化、结构状态、认知深入而不断补充、修正和优化，使其更加合理。本条所述的“定期”建议至少为一年。本条所述的监测数据“分布均值”和“标准差”可采用移动窗策略选取近期一段时间内的监测数据进行直接统计，也可通过贝叶斯推断方法进行实时估计。当监测数据中环境作用引起的趋势项较明显时，应以去除趋势项后的数据为对象，设定相应的预警阈值并进行预警判断。9.0.7相对位移或变形超出U±3.5范围的概率约为0.0465K相对位移或变形超出+4.5范围的概率约为6.79×10-4%o10监测系统施工、安装与验收10.1 一般规定10.1.1 监测中心般指用于安放监测系统相关的服务器、工作站、存储介质、显示装置等设备的集中场所。附录A典型大跨度钢结构应变监测部位及测点布置A.0.1表中两类监测部位示意图与本规程第4.2.3条构件重要性对应：图关注I类构件，图中通过RGB(60,60,60)色号区域表示其所监测部位；图增设I类构件的监测，RGB(18O,I8O,180)色号区域表示图相较于图增加的监测部位。A.0.2表中两类监测部位示意图与本规程第4,3.3条第4.3.6条构件重要性对应，示意图表达方式同本规程条文说明第A.0.1条。A.0.3表中，张弦梁结构拉索测点以应变形式标注在图中。表中两类测点布置示意图与本规程第5.4.2条构件重要性对应：图关注I类构件，图中通过RGB(60,60.60)色号实心圆表示其测点布置：图增设II类构件的监测，RGB(180,180,180)色号实心圆表示图相较于图增加的测点布置O