基于振动频率响应的月牙形屋架钢结构安全监测装置及方法与流程

1.本发明涉及建筑结构安全监测技术领域，具体涉及基于振动频率响应的月牙形屋架钢结构安全监测装置及方法。


背景技术：

2.钢结构在我国应用越来越广。然而，钢结构在得到大力发展推广的同时，由于自然环境因素、荷载作用以及边界条件的改变等原因，使得结构系统在使用过程中产生缺陷、变形、损伤和抗力衰减、甚至导致工程事故。近年来，国内外都曾发生过不同类型、不同原因、不同程度的钢结构质量事故，有些甚至造成钢结构倒塌毁损，造成了严重的人员伤亡和经济损失。
3.目前，我国已经进人工程建设改造和新建并重的重要发展阶段，其中相当部分既有钢结构已进入功能退化期甚至出现安全性失效风险。基于目前的国情，将这部分既有钢结构拆除后重建，势必会造成极大的资源浪费，同时也会造成严重的环境问题。因此，合理利用和改造既有钢结构才是一种可持续发展的正确战略。为确定既有钢结构是否安全可靠，就需要对既有钢结构进行检测并对其可靠性进行科学的鉴定评估，然后，根据鉴定评估结论进行合理必要的维修和加固，以提高既有钢结构的安全性和延长结构寿命。因此，建立关于既有钢结构鉴定方法与评定标准，具有重要的理论价值和工程实用意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供基于振动频率响应的月牙形屋架钢结构安全监测装置及方法，通过振动频率检测传感器合理的布点所监测的数据与结构本身计算得来的数据进行对比来判断该月牙形屋架钢结构是否处于正常的振动状态，该方法能准确识别并监测该结构的振动频率发生情况，对结构后期的检修工作具有指导意义。
5.为实现上述目的，基于振动频率响应的月牙形屋架钢结构安全监测装置及方法，包括传感器系统、数据采集与处理系统、数据传输系统、信息分析与安全评估系统；
6.所述传感器系统主要由风速检测传感器和振动监测传感器组成；
7.所述数据采集与处理系统与传感器系统连接，主要用于采集传感器所得信号并储存在相应的器件内；
8.所述数据传输系统利用无线传感技术来完成，将数据采集与处理系统器件中储存的数据传输到信息分析与安全评估系统中；
9.所述信息分析与安全评估系统由计算机和信号处理器所组成，用于分析各种信号并转化为具体数据显示在平台上；
10.所述的月牙形屋架钢结构为一个左右对称的屋架结构，上层一根带有弧度的钢杆两端分别与下层一根钢杆两端相连接，上下层之间分别由竖直的钢杆和与水平面成一定角度的钢杆组成，首尾连接并和上下两层都有焊接接触。
11.月牙形屋架钢结构传感器的安装点的方法如下：
12.记上层中点为a0，从上层中点左侧开始到左端点依次为 a1，
……
，an；
13.记下层中点为b0，从下层中点左侧开始到左侧端点依次为b1……
， bn；
14.记内部的钢杆从与底部接触的端点开始到另一端点依次为c
ij (i＝1，2，...，n；j＝1，...，n)，长度分别为yi(i＝1，2，...，n)；
15.同理，竖直方向的钢杆从下往上安装点依次为d
ij
(i＝1，2，...， n；j＝1，...，n)，长度分别为qi(i＝1，2，...，n)；
16.a0与a1之间记为a
01
作为第一段，直线距离记为x1，a1与a2之间记为a
12
作为第二段，直线距离记为x2，以此类推；
17.b0与b1之间记为b
01
作为第一段，直线距离记为x
′1，b1与b2之间记为b
12
作为第二段，直线距离记为x
′2，以此类推；
18.c
i1
与c
i2
之间记为c
i12
作为第一段，直线距离记为l
i1
，c
i2
与c
i3
之间记为c
i23
作为第二段，直线距离记为l
i2
，以此类推；
19.d
i1
与d
i2
之间记为d
i12
作为第一段，直线距离记为l
i1
′
；d
i2
与d
i3
之间记为d
i23
作为第二段，直线距离记为l
i2
′
，以此类推；
20.上层a
01
与水平面夹角记为θ1′
，a
12
与水平面夹角记为θ2′
，，以此类推；
21.下层与水平面夹角记为θ
′
，从屋顶中线的右侧斜杆开始与水平面的夹角分别为θi(i＝1，2，...，n)，从结构上看，θ
′
＝0
°
；
22.屋顶底端距离地面高度记为h，屋顶顶端与底端中点的距离记为 h0；
23.a1与地面高度为h+h
0-x
1 sinθ1′
，a2与地面的高度记为h+h0‑ꢀ
(x1+x2)sinθ2′
，以此类推；
24.内部斜杆c
i1
与地面的高度为h+l
i1
sinθi，c
i2
与地面的高度为h+ (l
i1
+l
i2
)sinθi，以此类推；
25.内部竖直钢杆d
i1
与地面的高度为h+l
i1
′
，d
i2
与地面的高度为h+ (l
i1
′
+l
i2
′
)，以此类推；
26.上层第i段上传感器安装点距离屋顶顶端的距离记为zi，zi应满足公式：
[0027][0028]
中层斜置第i根拉杆第j段上传感器安装点距离与屋顶底端接触端的距离记为w
ij
，w
ij
应满足公式：
[0029][0030]
中层竖直第i根拉杆第j段上传感器安装点与屋顶底端接触端的距离记为w
ij
′
，w
ij
′
应满足公式：
[0031][0032]
下层第i段上传感器安装点距离屋顶底端中点的距离记为z
′i，z
′i应满足公式：
[0033][0034]
该结构左右两侧对称，因此左右两侧的传感器按照对称布置。
[0035]
进一步，根据各个传感器的位置，将多个传感器串接在同一条光纤线缆上，形成监测现场的分布式传感器网络，每个传感器串称为一个通道，把所有通道汇集到监测现场的数据收发器，利用一根主光缆传输到远端的控制室，远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台，并对现场数据进行分析处理，形成安全监测报告，进而对结果作进一步处理。
[0036]
进一步，根据振荡和风速传感器的监测数据与公式计算结果进行比较，判断月牙形屋架钢结构是否属于正常振荡状态，公式为：
[0037][0038]
式中，f为屋架钢结构检测点处的振动频率，k为横向变形系数， s为检测处钢结构横截面积，d为检测处壁厚，v为检测处所测的风速，g为切变弹性模量，h为检测处距离水平面的高度，w为钢结构抗弯系数，e弹性模量，l为检测单元钢结构的直线长度。
[0039]
当振动测量传感器所测振动频率数值fn≤1.2f时，振动属于合理范围，月牙形屋架钢结构处于正常状态；当fn》1.2f时，该结构振动幅度较大，处于危险状态；这为评估月牙形屋架钢结构振动状态和检修工作提供参考。
附图说明
[0040]
图1本发明结构及传感器安装点示意图
[0041]
图2本发结构振动频率监测与安全评估流程图
[0042]
以上内容仅仅是对本发明结构所作的说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体结构做各种各样的修改或补充，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。