一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法与流程

1.本发明涉及建筑结构安全监测技术领域，具体涉及一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法


背景技术：

2.我国建筑工程快速发展背景下，建筑施工技术水平不断提高，使建筑工程质量能够得到充分保障。钢结构是一种以钢材加工而成的建筑结构类型，该结构所组成的钢材包含诸多优点，如强度高、自重轻、刚度优、抗剪强等，故在一些重要、复杂的建筑工程项目中应用广泛。建筑工程发展到21世纪，钢结构以其诸多优势逐渐取代钢筋混凝土结构，成为建筑基础结构。而其施工质量也关乎着建筑的整体质量与安全性。为保证施工质量与效果符合设计要求，施工过程安全可靠，不仅需要做好基础施工工作，还需要对其结构进行检测、检定以及承载力计算，并根据检测计算结论制订科学的检修或者加固方案。因此，本发明提供了一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，旨在进一步提高钢框架结构建筑工程施工技术水平。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，通过应变力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屋架顶梁结构是否处于正常的应变状态，该方法能准确识别并监测该结构的应变发生情况，对结构后期的检修工作具有指导意义。
4.为实现上述目的，一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，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；
5.所述传感器系统主要由应变检测传感器组成；
6.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；
7.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；
8.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；
9.所述的屋架顶梁结构为一个左右对称的屋架结构，腰部由两根钢杆头部对接，底部由同样材质的钢杆两端分别相接腰部两侧钢杆尾部，内部由牵拉杆交相连接。
10.该屋架顶梁结构计算应变传感器安装点的方法如下：
11.记屋顶顶端为a0，在屋顶顶端左侧开始到左端点依次为a1，
……
，an；
12.记屋顶低端中点为b0，从中点左侧开始到左侧端点依次为b1……
，bn；
13.记内部牵拉杆与底部接触点记为c0，从最右侧一根牵拉杆开始依次为c
ij
(i＝1，2，...，n，表示第几根；j＝1，...，n每根牵拉杆上的点)，长度分别为yi(i＝1，2，...，n)；
14.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；
15.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；
16.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；
17.屋顶上层与水平面夹角记为θ，屋顶底端与水平面夹角记为θ
′
，屋顶内部从最右侧的牵拉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
°
；
18.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；
19.a1与地面高度为h+h
0-x
1 sinθ，a2与地面的高度记为h+h0(x1+x2)sinθ，以此类推；
20.内部牵拉杆c
i1
与地面的高度为h+l
i1
sinθi，c
i2
与地面的高度为h+h0(l
i1
+l
i2
)sinθi，以此类推；
21.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：
[0022][0023]
中层第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：
[0024][0025]
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：
[0026][0027]
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。
[0028]
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。
[0029]
进一步，根据应变传感器的监测数据与公式计算结果进行比较，判断该屋架顶梁结构是否属于正常应变状态，公式为：
[0030][0031]
式中，e为弹性模量，g为切变弹性模量，v为横向变形系数，xm为传感器安装点延钢结构杆件距离杆件左侧末端的长度，/为截面惯性矩，a为钢结构杆件所测位置的截面积，k为剪切修正系数，h为钢结构杆件所测位置距离水平面的高度，l为延杆件朝左侧末端方向某两个传感器安装位置的距离，θ为传感器所在杆件与竖直方向上的夹角(0≤θ≤90
°
)。
[0032]
当应变测量传感器所测应变数值εn≤1.45ε时，该结构的应变属于合理范围，处于
正常状态；当εn＞1.45ε时，该结构的应变变化较大，处于危险状态；这为评估该屋架顶梁结构的状态和检修工作提供参考。
附图说明
[0033]
图1本发明结构及传感器安装点示意图
[0034]
图2本发明结构应变监测与安全评估流程图
[0035]
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。


技术特征：
1.一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，其特征在于，包括有：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；所述传感器系统主要由应变检测传感器组成；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；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；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。2.根据权利要求1所述的一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，其特征在于，所述的屋架顶梁结构为一个左右对称的屋架结构，腰部由两根钢杆的头部对接，底部由同样材质的钢杆的两端分别相接腰部两侧钢杆尾部，内部由牵拉杆交相连接。3.根据权利要求1所述的一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，其特征在于，应变传感器的安装点的方法如下：记屋顶顶端为a0，在屋顶顶端左侧开始到左端点依次为a1,
……
,a
n
；记屋顶低端中点为b0，从中点左侧开始到左侧端点依次为b1……
，b
n
；记内部牵拉杆与底部接触点记为c0，从最右侧一根牵拉杆开始依次为c
ij
(i＝1，2，
…
，n，表示第几根；j＝1，
…
，n每根牵拉杆上的点)，长度分别为y
i
(i＝1，2，
…
，n)；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；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；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；屋顶上层与水平面夹角记为θ，屋顶底端与水平面夹角记为θ
′
，屋顶内部从最右侧的牵拉杆开始与水平面的夹角分别为θ
i
(i＝1，2，
…
，n)，从结构上看，θ
′
＝0
°
；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，a1与地面高度为h+h
0-x1sinθ，a2与地面的高度记为h+h0(x1+x2)sinθ，以此类推；内部牵拉杆c
i1
与地面的高度为h+l
i1
sinθ
i
，c
i2
与地面的高度为h+h0(l
i1
+l
i2
)sinθ
i
，以此类推；上层第i段上传感器安装点距离屋顶顶端的距离记为z
i
，z
i
应满足公式：中层第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：
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：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。4.根据权利要求1所述的一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，其特征在于，能够根据应变传感器的监测数据与公式计算结果进行比较，判断该屋架顶梁结构是否属于正常应变状态，公式为：式中，e为弹性模量，g为切变弹性模量，v为横向变形系数，x
m
为传感器安装点延钢结构杆件距离杆件左侧末端的长度，i为截面惯性矩，a为钢结构杆件所测位置的截面积，k为剪切修正系数，h为钢结构杆件所测位置距离水平面的高度，l为延杆件朝左侧末端方向某两个传感器安装位置的距离，θ为传感器所在杆件与竖直方向上的夹角(0≤θ≤90
°
)；当应变测量传感器所测应变数值ε
n
≤1.45ε时，该结构的应变属于合理范围，结构处于正常状态；当ε
n
>1.45ε时，该结构的应变变化较大，结构处于危险状态；这为评估该屋架顶梁结构的状态和检修工作提供参考。

技术总结
本发明提供了一种屋架顶梁结构的应变监测布置与安全评估方法，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。本发明通过在屋架顶梁结构的指定测量点处安装应变力传感器，获取该结构的应变发生响应信号。利用数据采集与处理系统对获取的信号进行处理，并将处理的信号经传输系统传输至信息分析与安全评估系统中，通过专家分析系统判断该屋架顶梁结构是否在正常应变发生围内，为后续评估该结构的安全状态与检修工作打下基础。打下基础。打下基础。


技术研发人员：王智达 吴锋 董晨 张津 左理想
受保护的技术使用者：安徽百甲科技有限责任公司
技术研发日：2022.04.20
技术公布日：2022/8/12