一种塔式起重机结构风致疲劳安全预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及塔式起重机安全保护技术领域，具体涉及一种塔式起重机结构风致疲劳安全预警系统。
【背景技术】
[0002]塔式起重机具有工作重心高，工作负载大，稳定性差，频繁转移工作场所等特点，属于事故多发设备之一。塔机一旦发生事故，危害性特别大，动辄便是机毁人亡的重大事故，给国家和社会造成了巨大的损失。塔式起重机作为一种高耸结构设备，在设计和使用过程中风荷载是一个重要的安全控制因素。随着经济和社会的发展，高层建筑的发展日新月异，塔式起重机的高度也越来越高，因此风荷载对塔机的影响也随之增大，然而现阶段对塔机在风荷载作用下所做的研究工作比较少。根据目前所参考的文献资料来看，对塔机在风载荷作用下的研究仅局限于设计阶段，所考虑的风载荷也只是以6级风压作为其计算风压进行设计。因此可以说塔机在特殊风载荷作用下的研究几乎空白，其研究价值显而易见。该项目的研究成果可应用于大型电视塔、输电线塔、风力发电塔、通讯桅杆、无线电桅杆、烟囱、排气塔、大气污染监测塔、安装塔、缆索高塔架和大型游乐设备等。
[0003]风灾是自然灾害中影响最大的一种，它发生频率高，发生灾害大，影响范围广，给人类带来过巨大的生命和财产损失。其中，土木建筑的风致破坏是整个风灾损失的重要组成部分。桅杆、输电塔等高耸结构受气候影响十分显著，风荷载是其主要荷载，其分布规律及其动力特性比较复杂。由于结构的高柔性和风荷载的随机性，桅杆、输电塔等高耸钢塔架结构对风的作用特别敏感，较易因风力引起的结构构件的疲劳破坏而造成整个结构的倒塌。高耸钢塔架结构因风力的作用而导致的破坏屡见不鲜，强风引起的灾害显而易见，但长期的、频繁的弱风作用也不能忽视，它使高耸结构某些部位产生疲劳，久而久之导致破坏、失稳甚至倒塌，同时疲劳损伤的累积也增加了结构在强风作用下倒塌的可能性。
[0004]塔式起重机的倒塌破坏事故造成了巨大的经济损失和社会影响。大量塔式起重机事故研究报告表明，倒塌事故多数是由于疲劳损伤而后引起结构失稳或构件超过极限强度。塔式起重机风致破坏的一个重要原因也是由于塔式起重机结构风致疲劳损伤的累积，降低了钢结构塔架的抗风能力和承载能力，从而引起它们在强风作用下的倒塌。因此若能监测塔式起重机等高耸塔架结构的疲劳损伤状况，对疲劳剩余寿命做出评估，及早地提醒人们及时修复，对于防止损伤积累直至导致结构倒塌事故的发生是十分必要和重要的。
[0005]考虑到高耸结构构件的风致疲劳破坏是一种累积效应，它不是突然发生的，以塔式起重机结构为例，若能将所有塔式起重机结构构件中风致疲劳效应达到80%或90%的构件实时告知用户，并据此更换己接近疲劳极限寿命的结构构件，那就可保证塔式起重机结构不会发生因结构构件风致疲劳破坏而引发的结构倒塌，从而保证塔式起重机结构的安全。显然，这是一个极具诱惑力的研究思路。但是，它仅对少量简单受力构件是容易实现的。因为它只需在此部分构件上布置传感器，直接测量构件的风致响应，再实时判断它是否疲劳即可。而要对塔式起重机主要构件都做到这一点是比较困难的。因为，首先，不可能布置那么多的传感器；其次，桅杆结构构件一般受力复杂，不是单纯的拉压构件(塔式起重机也因节点不是完全铰接而受力复杂)，无法直接布置传感器。因此，这里需要建立一套采用少量传感器就可知道整个塔式起重机结构构件的实时风致响应，并据此作出各结构构件疲劳程度实时判断的理论和方法。由此可知，建立只用少量传感器就可实现高耸塔式起重机结构风致疲劳破坏安全预警的理论对于高耸结构的安全是十分有意义的，它具有深远的理论意义和广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种塔式起重机结构风致疲劳安全预警系统，其具有只用少量传感器就可实现高耸塔式起重机结构风致疲劳破坏安全预警。
[0007]为了解决【背景技术】所存在的问题，本发明是采用以下技术方案的:它包含传感器系统、信号同步采集和处理系统、数据库、动力风载识别模块、有限元模型修正模块、疲劳分析与评估模块、诊断人机交互界面，传感器系统与信号同步采集和处理系统连接，信号同步采集和处理系统与数据库连接，数据库分别与动力风载识别模块、有限元模型修正模块、疲劳分析与评估模块、诊断人机交互界面连接，动力风载识别模块、有限元模型修正模块、疲劳分析与评估模块分别与诊断人机交互界面连接。
[0008]所述的传感器系统由风速风向仪、风压力传感器、节点层振动加速度、速度、位移传感器、索的拉环节点疲劳应变传感器等组成，主要作用是测量塔式起重机结构疲劳状况安全预警所需的荷载及响应信息。
[0009]所述的信号同步采集和处理系统主要包括对传感器数据的收集和对收集数据进行信号处理，如对信号进行交直分离、信号滤波、信号放大、A/D转换(信号采集)、采样控制、信号预处理(异常值处理及标定)，以完成信号采集的基本功能。
[0010]所述的数据库主要是实现对来自传感器采集的数据、经数字信号处理后的数据、后续分析数据进行存储管理，还包括用于结构可视化的相关的结构模型信息，完成整个安全预警系统各模块之间数据的传递存贮和管理，以保证整个系统的正常运行。
[0011]所述的动力风载识别模块是通过传感器获取有限点结构响应信息的基础上，实现对整个塔式起重机结构等效二维动力风荷载的识别。
[0012]所述的有限元模型修正模块对桅杆结构的有限元理论模型进行修正，使其尽量与实际结构一致。
[0013]所述的疲劳分析与评估模块根据识别得到的动力风荷载和修正的桅杆结构有限元模型进行结构风振响应计算，得到结构构件的风致疲劳累积损伤及剩余寿命，对结构构件的安全状况进行实时评估，并实现报警。