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建筑房屋的多点倾角计监测方案

湖南长沙“4·29”特别重大居民自建房倒塌事故牵动亿万人的心,截至2022年5月6日搜救最终结果公布,10人获救,53人遇难! 逝者已矣,我们有很多值得反思。倒塌的这栋楼原设计只有六层,后来加高到八层,各个楼层又经过不断改建,直接严重超过设计负荷。作为传感安全监测的多年工作者,我们认为,那些建设时间比较长、楼层高的建筑,众多的自建房隐患巨大,人工一一排查工作量太大,而且日晒雨淋、地质运动、人类工程活动都在无时不刻地影响着这些危房的隐患指数,实时、在线的监测势在必行。

建筑结构开裂与变形是普遍存在的隐患,大部分结构的破坏和倒塌是因楼体变形从裂缝处开始扩展的。房屋的不合理使用、承重墙超负载、温差导致的混凝土干裂、地基的不均匀沉降等因素都会引起房屋发生倾斜,结构倾斜变形是导致楼房失稳倒塌的主要特征。一旦变形倾斜,内部应力会迅速变化,局部承重结构断裂失效后会连带其他部分迅速坍塌。

按常规的监测方法,可以通过布置多点静力水准仪、裂缝计、倾角传感器等设备,对房屋进行检测。但由于人工监测的周期长,布置和设备维护成本高。所以本文提出了在建筑结构变形监测中,最简单有效的多点倾斜监测法。下面针对不同的建筑结构介绍一下基于倾角计的倾斜监测的方法。

一般建筑物主体位移的倾斜观测

建筑物主体的倾斜观测,根据建筑物的高度H,建筑物主体的倾斜度i, 计算建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值△,即

△=i*H = tan α *H

式中 i——建筑物主体的倾斜度;

H——建筑物的高度(m);

α——倾斜角(°),可以基于三轴的倾角计分解为俯仰、横滚、航向三个维度的变化。

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值Δ。偏移值Δ的测定按规范采用经纬仪投影法,为下图ΔA 和ΔB的平方和的根。

建筑物基础沉降的倾斜观测

通过建筑物的基础倾斜观测量i,再根据两点间的距离L,可以在线监测出基础两端点的沉降量差值Δh,即

△H = L* i

对整体刚度较好的建筑物的倾斜观测,亦可采用基础沉降量差值,推算主体偏移值。

比如结合精密水准测量测定建筑物基础两端点的沉降量差值Δh,再根据建筑物的宽度L和高度H,推算出该建筑物主体的偏移值ΔD,即

ΔD=Δh/L*H

蓝牙倾角计

蓝牙倾角计BTS(Bluetooth Tilt Sensor)是敏源传感基于最新的导航级三轴MEMS加速度芯片,是一款新型、智能、适用多种应用场景的微功耗多功能监测仪系统。倾角计集成了蓝牙通信系统及低功耗供电系统,可输出三维的加速度、角度以及温度等多参数信息。产品尺寸小、成本低,可配合蓝牙/4G网关实现多传感监测点接入,内置电池可连续工作三年,便于安装、降低了应用成本。广泛应用于崩塌、建筑工程、输变电塔、危房、危险物等安全监测领域。


蓝牙倾角计

测量范围:沿X/Y/Z三轴旋转的角度变化信息,-90~+90º;

倾角精度:±0.1º

倾角分辨率:0.002º;

三轴加速度分辨率:0.1mg;

工作温度范围:-40℃~+125℃,带温度传感输出;

供电:内置电池,10min一次采集,可以连续工作3年;

功耗:内置电池3年寿命;

产品尺寸:64x59x37mm(长x宽x高);

可配合蓝牙/4G网关实现1-32个传感监测点接入;

网关组网灵活,与网关通信半径50米;

防水等级:IP68。

实际应用案例

下图为多点蓝牙倾角计监测的应用案例。广西某武警支队后山挡土墙有鼓胀、裂缝等形变,为防止崩盘、滑坡等地质灾害,根据实际形变隐患点布置了30处蓝牙倾角计,如下图粉色点所示。由于整个安装区域面积较大,部分监测点有岩体及植被的遮挡,4G蓝牙网关在中心处布置了两台,如黄色点所示,每台负责15台倾角计的监测平台接入。

每处安装点用PVC衬板打膨胀螺丝固定

针对规模大的建筑,比如监测点大于5个,我们推荐使用上述的带4G蓝牙网关的蓝牙倾角计BTS。如果建筑规模只需要监测1-5个点,则可使用另外一种直接NBIOT上网的更经济方案:NBTS 倾角计。

NB倾角计

NB倾角计NBTS是一款高精度的姿态测量设备,集供电、数据采集和传输等功能于一体。设备包含高精度三轴MEMS重力加速度和温度传感,具备阈值触发功能,功耗低,内置电池,3年免维护,可布控在危岩体、挡土墙、危房、滑坡、电塔等监控隐患点周围,在线监测崩塌、滑坡、形变、倾斜、沉降等隐患,广泛应用在地灾监测、桥梁、建筑物等安全监测领域。

倾角测量范围:沿X/Y/Z三轴旋转的角度变化信息,-90~+90º;

倾角测量精度:±0.5º    分辨率:0.01º;

加速度测量精度:0.5mg  分辨率±0.1mg;

加速度测量范围:±16g;

输出信号:NB-IOT;

采样间隔:0s~24h   上传间隔:0s~72h;

工作温度范围:-40℃~+125℃,带温度传感输出;

供电方式:内置电池供电,满足连续3年正常工作;

产品尺寸:119x119x61mm(长x宽x高);

产品重量:670g;

防水等级:IP68。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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