0 引言

　　人工检测和远程监测是目前建筑性能检测评估中主要采用的2种方法。在这2种方法中，通常考察的指标为沉降、倾斜、裂缝及损伤等传统性能指标^[1]，以基于动力响应数据的评价指标应用很少，如建筑的频率、阻尼比、振型、模态柔度及振动速度和加速度等。既有建筑在使用过程中受到外部影响后会使建筑的动力特性参数发生变化。在检测鉴定中，通过对其动力特性参数的识别，对建筑安全是否受到影响做出快速判断。

　　在城镇现代化大潮中，既有建筑的维护利用得到越来越高的关注和研究，既有居住建筑的检测中，安全快速也是非常重要的一点，尽量少给住户干扰。在既有建筑特别是居住建筑的性能评估中引入动力方法的评估手段十分必要。本文结合实际工程，通过对既有居住建筑受周边施工影响前后的动力特性变化，并结合监测结果为同行提供借鉴^[2]。

　　1 基本原理

　　在现场测试时，选取既有建筑上的某个点进行脉动法测试。通过量测由环境随机激振而产生的建筑物微小振动，即“脉动”来分析结构的动力特性。从脉动信号中可分析得出建筑物的固有频率。环境的随机激振主要来自2个方面:一个是地面振动，另一个是风和气压等引起的微幅振动。频率是一个整体量，是目前振动测试技术中所能最易测也是最准确的模态参数，几乎可在结构的任一点进行测量，虽然其不能反映空间结构变化信息，但将其应用于结构损伤预警很合适^[3,4]。

　　在测试中，结构测试点上的速度或加速度随时间变化，拾振器获得这些数据并转换为模拟电信号。数据采集器内的转换器以等时间间隔采样模拟信号，并转换成数字信号使其可得到进一步处理。采集到的离散的脉动数据X_i(i=1,2，…，M)中，M为离散点数。在规定时间范围内，对X_i进行数据分析，将原始信号数据X_i乘以一窗函数d_i，设截断所得的离散数据为Y_i。其中

　　式中:N取为2的幂次方。

　　采用频率域分析方法确定结构的自振特性，即固有频率。在频率域处理脉动信号时，首先计算任一测点脉动信号Y_i的Fourier振幅谱|Y_(ω)|及功率谱S_(ω)，然后，从|Y_(ω)|或S_(ω)峰值可确定出结构的固有频率。

　　本文中现场测试，无需专门的激振设备，与建筑物的结构形式和体量也无关联。采集设备收集到所考察建筑物的振动数据，经过软件的专业分析，便可得出建筑物的动力特性。这种方法是一种无损检测方法，不会在现场留下痕迹和损伤。

　　2 工程概况

　　某居民小区6栋楼房均为6层砌体结构，竖向由纵横墙体承重，大部分墙体采用粉煤灰砌块及混合砂浆砌筑;楼屋盖为预制板，屋面进行了平改坡。

　　该居民小区附近正在进行隧道开挖，盾构施工会经过该小区6栋房子的正下方。盾构方向为由西向东推进(见图1,2)。

　　为了保证居民的房屋安全，对该小区房屋采取自动化监测为主、人工检测为辅的措施。自动化监测包括房屋沉降监测、房屋倾斜监测及墙体裂缝监测，由静力水准仪、倾角计和裂缝计3类传感器及数据采集、传输系统形成传感器自动化监测系统，同时辅以自动化全站仪监测系统(以下简称“遥测系统”)。同时，采取独立于自动化监测仪器的人工测量方式，同时也包括沉降、倾斜和裂缝测量，在传统检测的同时，本工程在盾构经过前后对被检测房屋进行了动力特性测试。

　　图1 不同外观的小区楼房 

　　图2 不同布置的小区楼房  

　　3 数据采集及整理

　　本项目中采用了DASP振动测试系统，传感器采用941B传感器(速度传感器)和Lance压电式加速度传感器。该系统有可靠的准确度和较高效率。测试时，在每栋房屋顶层质心附近宽敞地面安装传感器进行测试。在盾构施工经过该小区前后进行了动力测试，得到建筑物在环境脉动激励下东西向和南北向的反应时程曲线，经过快速傅里叶变换得到结构东西向和南北向的功率谱，进行识别后得到建筑物的频率。

　　将所测试的6栋楼编号为1～6号。因篇幅所限，仅给出部分时程曲线和相应的功率谱，如图3～6所示。6栋楼的双向频率如表1所示。

　　图3 1号楼东西向振动时程曲线、频谱曲线(f=2.625Hz)  

　　图4 受施工影响后1号楼东西向振动时程曲线、频谱曲线(f=2.5Hz)  

　　从盾构通过前后房屋测得的动力特性来看，盾构通过后，6栋房屋的频率东西向都略有减小，周期略有增加，结构刚度变小。盾构通过后，房屋存在一定程度的损伤，但频率下降值都在10%以内，根据韩瑞龙等的研究^[5]，频率下降在10%以内时，房屋仍属于基本完好，可正常使用。南北向频率变化中，6栋房屋只有3栋略有减小，且减小频率<5%。由此可见，盾构推进的方向对与其同方向的墙体损伤大一些，而垂直方向的墙体影响可忽略不计。

　　图5 1号楼南北向振动时程曲线、频谱曲线(f=2.625Hz)  

　　图6 受施工影响后1号楼南北向振动时程曲线、频谱曲线(f=2.625Hz)  

　　同时，与进行的自动监测结果结合对比分析，6栋房屋东西向测点的相对沉降相较于南北向大一些，但都在安全范围之内。

　　4 结语

　　本文以某小区受盾构施工影响时的安全检测为工程背景，对几幢既有居住建筑受施工影响前后的动力特性进行测试，根据动力特性的变化对既有居住建筑的受损情况进行快速判定，并与监测结果相互验证。

　　表1 施工前后各栋房屋测试频率 

　　Hz

　　表1 施工前后各栋房屋测试频率

　　1)结构的动力特性是结构的固有特性，表征结构的全局特征。检测方法也不受结构规模和隐蔽的限制，结构的响应易实现和量测。根据动力特性的变化对既有居住建筑的受损情况进行快速判定，并与监测结果相互验证，证明该方法的实用性。

　　2)动力特性检测方法是一种无损检测方法，不会在现场留下痕迹和损伤。相较于需安装固定设备及开槽、开洞的传统检测方法，动力检测方法对居民的干扰尽量减小到最低，快捷方便。其对于既有居住建筑的检测，甚至某些历史保护建筑都非常适用。

　　3)周边环境施工特别是盾构施工会对砌体结构的既有居住建筑带来一定程度损伤。顺着盾构推进方向的墙体受损情况会更严重一些，而垂直于推进方向的墙体受影响较小，甚至不受影响。既有居住建筑在受到施工影响时，结构安全性检测非常重要，而动力检测技术提供了快速的诊断方法。