一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估系统及其方法与流程

本发明涉及厂房灰尘监测，更具体的说是涉及一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估系统及其方法。

背景技术：

1、积灰是一种严重影响厂房结构安全性的荷载，对重点部位的积灰和在进行监测是有必要的，经常出现积灰特别厚，将杆件压变形、断裂，危害生产安全。如安装监测设备，面临多个困难，首先是不能很好地供电，积灰严重的作业区工作环境都比较恶劣，比如存在高温、高腐蚀的情况。如果单独设置线路为监测单元供电，或者给监测单元装电池，均不够持久可靠，但是杆件受积灰压力的变形又有长期监测的需求，同时现有技术中对积灰荷载的安全性没有客观准确的评估方法。

2、因此，如何实时、连续、高可靠性地对工业建筑结构积灰荷载进行监测并根据监测数据对积灰荷载安全性进行评估是本领域技术人员所亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估系统及其方法，其目的在于解决现有技术中对工业建筑结构积灰荷载的监测不稳定以及难以准确客观对积灰荷载安全性进行评估的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估系统，包括监测单元、发射/接收装置和控制中心；其中，所述监测单元至少包括一个；

4、所述监测单元与所述发射/接收装置之间通过rfid无线连接，用于根据控制命令获取工业建筑内结构积灰荷载数据，并将所采集到的数据发送至所述发射/接收装置；

5、所述发射/接收装置与所述控制中心相连，用于发送所述控制命令至所述监测单元，并实现所述监测单元与所述控制中心之间的数据传输；

6、所述控制中心包括积灰荷载安全性评估模块、积灰荷载使用性评估模块和积灰荷载可靠性评估模块；

7、所述积灰荷载安全性评估模块，用于获取所述监测单元所采集到的数据，分别计算构件、结构系统、监测单元对应的积灰荷载安全性评估强度储备比，并根据所述积灰荷载安全性评估强度储备比对安全性进行等级评价；

8、所述积灰荷载使用性评估模块，用于获取所述监测单元所采集到的数据，分别计算构件、结构系统、监测单元对应的积灰荷载使用性评估强度储备比，并根据所述积灰荷载使用性评估强度储备比对使用性进行等级评价；

9、所述积灰荷载可靠性评估模块，用于获取安全性等级评价结果和使用性等级评价结果，并根据预设规则获取结构系统的积灰荷载可靠性等级。

10、优选的，所述积灰荷载安全性评估模块具体包括以下内容：

11、结构承载能力极限状态评估采用荷载效应的基本组合，荷载基本组合的效应设计值按下式中最不利值确定：

12、

13、当积灰荷载为主要可变荷载时：

14、

15、当积灰荷载为次要可变荷载时：

16、

17、其中：

18、

19、构件、结构系统、监测单元积灰荷载安全性评价：

20、

21、

22、

23、式中，

24、γgj为第j个永久作用的分项系数；

25、gjk第j个永久作用的标准值；

26、为第1个可变作用的分项系数；

27、为第1个考虑结构设计使用年限的荷载调整系数；q1k为第1个可变作用的标准值；

28、为第j个可变作用的分项系数；

29、为第j个可变作用的组合值系数；

30、为第j个考虑结构设计使用年限的荷载调整系数；qjk为第j个可变作用的标准值；

31、为第j个积灰荷载监测值；

32、为第j个监测点位的传感器采集压力值；

33、为第j个传感器监测面积；

34、为第j个构件表面积灰面积；

35、为监测点位的积灰荷载安全性评估强度储备比；

36、为构件积灰荷载安全性评估强度储备比；

37、为结构单元积灰荷载安全性评估强度储备比；

38、为监测单元积灰荷载安全性评估强度储备比；

39、为第i个监测点位的积灰荷载在该构件中的安全风险权重系数；为第i个构件在该结构单元中的安全风险权重系数；

40、为第i个结构单元在该监测单元中的安全风险权重系数；

41、ηj为积灰荷载安全性评估强度储备比，适用于对“构件、结构系统、监测单元”三层次的安全性评估，实现对指定工业建筑的积灰荷载安全风险进行等级划分：

42、当a≤η＜1时，所监测对象的积灰荷载安全性评估等级为一级；

43、当b≤η＜a时，所监测对象的积灰荷载安全性评估等级为二级；

44、当0≤η＜b时，所监测对象的积灰荷载安全性评估等级为三级；

45、其中，a为积灰荷载一级安全性风险与二级安全性风险的临界值，b为积灰荷载二级安全性风险与三级安全性风险的临界值，η分别为或

46、优选的，所述积灰荷载使用性评估模块具体包括以下内容：

47、正常使用极限状态评估采用荷载效应的标准组合、频遇组合与准永久组合；

48、荷载标准组合：

49、

50、荷载频遇组合：

51、

52、荷载准永久组合：

53、

54、当积灰荷载为主要可变荷载时：

55、标准组合：

56、频遇组合：

57、准永久组合：当积灰荷载为次要可变荷载时：

58、频遇组合：

59、标准组合：其中：

60、

61、构件、结构、监测单元积灰荷载使用性评价：

62、

63、

64、

65、式中，

66、为第1个可变荷载的频遇值系数；

67、为第j个可变荷载的频遇值系数；

68、为监测点位的积灰荷载使用性评估强度储备比；

69、为构件积灰荷载使用性评估强度储备比；

70、为结构单元积灰荷载使用性评估强度储备比；

71、为监测单元积灰荷载使用性评估强度储备比；

72、为使用性评估强度储备比，适用于对“构件、结构系统、监测单元”三层次的积灰荷载使用性评估，实现对指定工业建筑的安全风险进行等级划分：

73、当时，所监测对象的积灰荷载使用性评估等级为一级；

74、当时，所监测对象的积灰荷载使用性评估等级为二级；

75、当时，所监测对象的积灰荷载使用性评估等级为三级；

76、其中，c为一级积灰荷载使用性风险与二级使用性风险的临界值，d为积灰荷载二级使用性风险与三级使用性风险的临界值，φ分别为或

77、优选的，积灰荷载可靠性评估模块的具体内容包括：

78、所述监察对象的积灰荷载可靠性等级，根据其安全性等级和使用性等级评定结果，按下列原则确定：

79、当监察对象的积灰荷载使用性等级为一级或二级时，应按积灰荷载安全性等级确定；

80、当监察对象的积灰荷载使用性等级为三级、积灰荷载安全性等级不低于二级时，宜评为三级；

81、位于生产工艺流程重要区域的监察对象，可按积灰荷载安全性等级和使用性等级中的较低等级确定；

82、其中监察对象分别为构件、结构系统和监测单元。

83、优选的，所述控制中心还包括监测点位确定模块；

84、所述监测点位确定模块，用于获取工业建筑内承重结构件和围护结构上预先设定的风险点位的积灰厚度，对承重结构件中积灰厚度前m个点位和围护结构中积灰前n个点位定义为积灰荷载监测点位。

85、优选的，所述控制中心包括控制模块，用于向所述发射/接收装置发送控制命令；

86、所述发射/接收装置与所述监测单元之间通过rfid无线连接，用于接收所述控制命令和所述监测单元所采集到的数据，根据所述控制命令向所述监测单元发送配置信号和激励信号，并将所述监测单元所采集到的数据发送至所述控制中心，同时还用于获取休眠控制信号进入休眠状态；

87、每个所述监测单元均包括可配置天线模块、电源控制电路、传感器和低功耗微处理器；

88、所述可配置天线模块与所述发射/接收装置无线连接，用于接收所述发射/接收装置发送的配置信号和激励信号，并将所接收到的信号发送至所述电源控制电路；

89、所述电源控制电路与所述可配置天线模块相连，用于获取所述配置信号来配置工作模式，所述工作模式包括无源监测模式和无源检测模式；还用于获取所述激励信号来完成供电；

90、在所述无源监测模式中，所述发射/接收装置持续发送所述激励信号，持续控制向所述传感器供电，并实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；

91、在所述无源检测模式中，所述发射/接收装置定时发送所述激励信号，定时控制向所述传感器供电，并在被供电期间实时将所述传感器所采集到的数据通过所述可配置天线模块发送至所述控制中心或存储至所述发射/接收装置；

92、所述传感器至少包括一个，并均分别与所述电源控制电路相连，用于采集所在位置的结构健康信息数据；

93、所述低功耗处理器与所述电源控制电路相连，用于控制所述传感器进行数据的采集，获取所采集到的数据后发送至所述存储器中进行存储。

94、优选的，所述监测单元还包括无源传感芯片和信号调节电路；

95、所述无源传感芯片分别与所述可配置天线模块和所述电源控制电路相连，用于利用rfid通讯协议接收并发送信号，获取所述配置信号和所述激励信号，对所述配置信号进行识别，得到对应的工作模式配置命令，将相应的工作模式配置命令发送至所述电源控制电路，并对所述激励信号进行解调，将所述工作模式配置命令和解调后的所述激励信号发送至所述电源控制电路；

96、所述信号调节电路至少包括一个，每个所述信号调节电路均连接一个所述传感器，所述信号调节电路还均与所述低功耗处理器相连，用于控制所述传感器采集数据，获取传感器所采集到的数据后经过调制后发送至所述低功耗处理器。

97、一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估方法，包括以下步骤：

98、s1.根据控制命令获取工业建筑内结构积灰荷载数据；

99、s2.根据工业建筑内结构积灰荷载数据，分别计算构件、结构系统、监测单元对应的积灰荷载安全性评估强度储备比，并根据所述积灰荷载安全性评估强度储备比对安全性进行等级评价；

100、s3.根据工业建筑内结构积灰荷载数据，分别计算构件、结构系统、监测单元对应的积灰荷载使用性评估强度储备比，并根据所述积灰荷载使用性评估强度储备比对使用性进行等级评价；

101、s4.获取安全性等级评价结果和使用性等级评价结果，并根据预设规则获取结构系统的积灰荷载可靠性等级。

102、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种工业建筑结构积灰荷载无源监测评估系统及其方法，利用基于rfid技术的无源监测方法，在积灰荷载较为严重的点位布设“监测节点”，这些感知节点不需要供电，设置“发射/接收装置”采集频率，对各点位进行连续轮巡式监测采集，有效解决了现有的工业厂房中积灰荷载监测系统电池供电耐久性差等问题，同时，本发明在获取到所采集到的数据后分别针对构件、结构系统、监测单元计算积灰荷载安全性评估强度储备比和积灰荷载使用性评估强度储备比，从而获取安全性和使用性等级评估结果，进而评估积灰荷载可靠性等级，相对于现有技术中的工业建筑结构积灰荷载无源监测评估方法，本发明更加客观准确，保证了评估方法的可靠性。