本发明涉及结构工程与防灾减灾领域，尤其是涉及一种高层建筑结构自感知分布式韧性防灾系统。
背景技术：
结构健康监测技术已经成为土木工程领域的研究热点。结构健康监测技术是个多学科交叉的科学领域，通过分析定期采集的结构中布置的传感器阵列的动力响应数据来观察体系随时间推移产生的变化，提取损伤敏感特征值并通过数据分析来评估结构的健康状态。传统的结构健康监测技术采用监测数据有线式收集，排线繁琐且不利于长期监测。最新的无线传感器结构健康监测技术大多应用在大跨桥梁上，通过数据定期更新来评估结构老化和恶劣服役环境对工程结构的损伤，以及结构是否有能力继续实现设计功能。在一些重要的高层公共建筑中因为结构内部构造复杂，钢筋混凝土板削弱了无线传感器网络的传感器节点信号，造成了传输信号的屏蔽，从而影响了无线传感器网络在钢筋混凝土结构中的应用。
非接触式ic卡，又称感应卡、射频卡，它成功地将无线识别技术和ic卡技术结合起来，解决了无源(卡中无电源)和非接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。与传统的接触式ic卡相比较，它继承了接触式ic卡的优点，如容量大，保密性好，又克服了接触式ic卡的诸多弱点，如机械故障率高，操作不方便，ic卡芯片寿命低等，在ic卡的应用领域里又向前迈进了一大步。
“韧性”一词来源于物理学，与之相关联的是弹性。物理学中的弹性指物体发生弹性形变后可以恢复原来状态的一种性质。韧性指材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。城市问题研究者把弹性一词移植于城市规划建设领域中，提出“韧性城市”概念，指城市具备较高的灾害承载能力，其内涵主要包括两个方面，一是城市具备较低的易损性，即灾害的发生不易对城市造成破坏；二是城市具备高效的可恢复性，即灾害发生后城市易恢复或修复。
随着韧性城市概念的提出，实现高层建筑结构震后快速评估和修复成为研究热点。高层剪力墙结构是一种被广泛采用的结构抗震体系，目前采用的可更换耗能连梁大多是在中震和大震下才开始耗能，可更换连梁通过可更换段金属屈服耗能或者铅芯橡胶阻尼器耗能，无法全阶段保护主体的安全和舒适，缺少对连梁内部相对变形响应数据的监测。电涡流阻尼器通过导体质量块在磁场中运动形成电涡流，产生电阻热效应消耗振动能量。将导体棒放置在电涡流阻尼器内部，导体棒与磁场随着两侧的连梁产生相对运动，输出感应电流电信号，可以反演出连梁的关键剪切位移。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高层建筑结构自感知分布式韧性防灾系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高层建筑结构自感知分布式韧性防灾系统，用以实时监测并控制建筑结构的关键响应数据，该系统包括：
组合式耗能减振子系统：为一自感知电涡流型可更换耗能连梁；
分布式本地数据监测子系统：与组合式耗能减振子系统连接，用以获取自感知电涡流型可更换耗能连梁的楼层三向加速度和连梁相对变形的监测数据；
非接触式数据传输子系统：作为非接触式的移动监测基站，用以通过无线通信的方式获取分布式本地数据监测子系统的监测数据，并进行集成和汇总。
优选地，所述的自感知电涡流型可更换耗能连梁包括两侧的非消能段、通过螺栓连接非消能段的上下两块金属耗能板以及设置在上下两块金属耗能板之间且与非消能段连接的电涡流阻尼模块。
优选地，所述的电涡流阻尼模块包括相互插合的凸形组件和凹形组件，所述的凸形组件和凹形组件分别与两端的非消能段螺栓连接，所述的凸形组件包括凸形连接件和中间铜板，所述的凹形组件包括凹形连接板和两块约束钢板，所述的约束钢板内侧设有分别作为磁场n极和s极的两块相对设置的永磁体板，所述的中间铜板另一端插合到上下两块永磁体板之间，且能够与永磁体板发生相对运动。
优选地，所述的分布式本地数据监测子系统包括通过数据线连接的传感模块和数据汇聚节点模块，所述的传感模块包括用于获取楼层三向加速度的压电式加速度传感器以及用于监测连梁相对变形响应的电涡流监测电路，所述的压电式加速度传感器设置在两侧的非消能段上，所述的电涡流监测电路包括依次连接的导体棒、外加电阻、信号放大器和处理器，所述的导体棒设置在中间铜板两侧。
优选地，所述的数据汇聚节点模块包括处理器以及分别与处理器连接的存储器、射频识别阅读器和本地时钟电路，所述的射频识别阅读器与非接触式数据传输子系统无线通信。
优选地，所述的非接触式数据传输子系统包括手持式射频ic卡和射频识别数据采集仪，所述的手持式射频ic卡与射频识别阅读器无线通信。
本发明采用周期性人工巡检和维养人员作为移动式基站，通过维养人员手持射频ic卡自动识别搭载射频识别阅读器的数据汇聚节点模块，将数据汇聚节点模块存储的监测数据通过rfid无线传输到手持式射频ic卡，同时完成本地时钟电路与移动式数据基站的时间标定和校准，手持式射频ic卡通过设置在中央控制室的射频识别数据采集仪自动完成结构整体响应数据的集成与汇总。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、组合式数据存储与无线传输，改善传统监测系统大量铺装硬件和排线繁琐的不足。
二、信号传输稳定：改善传统无线传感系统由于惰性效应引起的信号传输限制。
三、结构监测与结构消能减震防灾的一体化：通过监测系统与耗能减震系统有机结合起来，有利于灾后快速评估和修复，
四、满足韧性抗灾要求：结合电涡流型可更换耗能连梁可更换和全阶段耗能的特点，有效支持单体建筑的韧性抗灾需求，符合建设韧性城市的新概念。
五、高效接收与采集：与高层建筑日常巡检和维养管理相结合，在保证数据传输质量的条件下，实现监测数据的高效接收与采集。
本发明可用于重要高层建筑结构，用以实时监测并控制结构的关键响应数据，无线传输监测数据，实现结构监测与结构消能减震防灾的一体化，满足单体建筑的韧性抗灾需求。
附图说明
图1为本发明的主体框架逻辑示意图。
图2为本发明的分布式本地监测数据子系统示意图。
图3为本发明的组合式耗能减振子系统及电涡流监测电路示意图。
图4为本发明的工作方式示意图。
图中标记说明：
11、数据汇聚节点模块，12、压电式加速度传感器，13、电涡流监测电路，21、手持式射频ic卡，22、射频识别数据采集仪，31、非消能段，32、耗能金属板，33、凸形组件，34、凹形组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1-4所示，本发明提供一种高层建筑结构的自感知分布式韧性防灾系统，用以实时监测并控制结构的关键响应数据，具体包括分布式本地数据监测子系统、非接触式数据传输子系统、组合式耗能减振子系统。分布式本地数据监测子系统包括传感器节点模块和数据汇聚节点模块11，非接触式数据传输子系统包括的手持式射频ic卡21和射频识别数据采集仪22，组合式耗能减振子系统包括电磁阻尼模块和传统金属屈服型耗能连梁。
组合式耗能减震子系统为一种自感知电涡流型可更换耗能连梁，传统金属屈服型耗能连梁包括非消能段31和两块金属耗能板32，金属耗能板32两端与非消能段31采用螺栓连接。电涡流阻尼模块包括相互插合的凸形组件33和凹形组件34，分别与两端的非消能段31螺栓连接且能够发生相对运动，凸形组件33包括铜板，凹形组件34包括两块磁极相反的永磁体。
传感器节点模块包括用于楼层三向加速度观测的压电式加速度传感器12和用于监测连梁相对变形响应的电涡流监测电路13。压电式加速度传感器12设置在连梁的非消能段，用于监测楼层的三向加速度响应信号；电涡流监测电路13包括导体棒、外加电阻、信号放大器和处理器，导线棒穿过凸形组件33和凹形组件34间隙，用于输出连梁相对变形响应的电信号。
数据汇聚节点模块11包括数据线、处理器、存储器、射频识别阅读器和本地时钟电路。数据线用于传输传感器节点模块的监测数据到数据汇聚节点模块11。处理器对监测数据进行初步处理，转化成射频识别传输格式存储在数据存储器上。射频识别阅读器用于与维养人员的手持射频ic卡22进行无线数据识别与传输。本地时钟电路用于存储数据的时间标定。
非接触式数据传输子系统，利用周期性人工巡检和维养人员作为移动式基站，通过维养人员手持射频ic卡21自动识别搭载射频识别阅读器的汇聚节点模块11，将汇聚节点模块11存储的监测数据通过无线射频识别技术rfid技术无线传输到手持射频ic卡21，同时完成本地时钟电路与移动式数据基站的时间标定和校准。手持式射频ic卡21通过设置在中央控制室的射频识别数据采集仪22，自动完成结构整体响应数据的集成与汇总。
本发明的工作原理如下：
在小震和风振下通过组合式耗能减振子系统的电涡流阻尼器进行结构弹性阶段耗能，满足高层建筑结构舒适度要求，在大震下通过电涡流阻尼器和传统金属屈服共同耗能，实现全阶段保护结构安全的目的。在各种灾害作用下，通过分布式本地数据监测子系统收集高层剪力墙结构各个连梁部位电涡流阻尼器自感知的连梁相对位移响应数据和三向加速度传感器监测数据。采用rfid技术，并结合人工巡检人员作为移动基站实现数据的无线传输与集成处理。