CN101071301A - 建筑物“零变形”智能控制系统 - Google Patents

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Abstract

建筑物“零变形”智能控制系统，是在主体结构上连接驱动系统和智能控制系统；驱动系统包括驱动力源、驱动装置、热电阻片、温度测量仪、智能锚固装置；驱动力源采用形状记忆合金材料，并布置在结构构件的体外，布置形状可以是直线、折线或曲线，两端由智能锚固装置与主体结构锚固；驱动装置通过导线与驱动力源形成一个闭合回路，用于实现对驱动力源的驱动，热电阻片固定在驱动力源上，与温度测量仪连接；智能控制系统包括受力状态监测仪、计算机控制系统，受力状态监测仪安装在主体结构的控制截面处，经计算机控制系统与驱动系统连接，形成闭合的控制环，计算机分析处理结构构件的受力信息，并控制驱动系统的作动。可精确控制建筑物形变。

Description

建筑物“零变形”智能控制系统
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域中建筑物“零变形”智能控制系统。
背景技术
传统的土木工程结构，随着外界环境的变化、使用年限的增加以及其它不可预测因素的影响，常常会导致楼板变形甚至断裂，影响建筑的使用寿命，并在一定程度上造成不安全隐患，给使用者带来精神恐慌。一般常用的处理手段是：改造、加固或者推倒重建。而这样的一系列过程，一方面要花费很高的经济代价，另一方面加固改造周期较长，居住者大都需要搬迁，由此带来工作生活的诸多不便。怎样才能使建筑结构处于可控的、最佳的受力状态，并随时将变形调整为零，是研究者们一直在思考的问题。
发明内容
为克服上述缺点，本发明公开了一种建筑物“零变形”智能控制系统，这种设计理念的关键在于：将智能控制系统和驱动系统应用于建筑结构物，并根据实际情况调控主体结构的内力状态，控制主体结构的变形，使其始终处于一种“零变形”状态。采用的技术方案是：在建筑结构物上安装监测仪，将测得的形变、内力状态信息反馈给智能控制系统，经智能控制系统对信息的分析处理后，适时发出指令，指挥驱动装置对驱动力源施加驱动力，驱动力源采用新型的功能材料形状记忆合金。这种驱动材料除了具有一系列的“S”行为特性，如选择功能(Selectivity)、自我诊断功能(Self-diagnosis)、自我调节功能(Self-tuning)、自我恢复功能(Self-recovery)、自我修复功能(Self-repair)、灵敏性(Sensitivity)、耐久性(Survivability)等外，同时还具有区别于一般金属材料的特性，如形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME)、相变超弹性(Super-Elasticity，简称SE)和伪弹性性能(Pseudo-elasticity，简称PE)、弹性模量温度变化特性以及高阻尼特性等。通过驱动装置(可调直流电源、热蒸汽等)对形状记忆合金驱动激励，并利用温度测量装置对驱动力源的温度进行监测，当达到设计温度时，智能控制系统主动关闭驱动装置，利用其材料特性，主要是形状记忆效应和相变超弹性伪弹性性能，使其在受限回复状态下产生强大的回复力，利用该回复力改变主体结构的受力状况，并控制主体结构的变形使其始终处于一种“零变形”状态。
建筑物“零变形”智能控制系统，包括主体结构，在主体结构上连接有驱动系统和智能控制系统；
驱动系统包括驱动力源、驱动装置、热电阻片、温度测量仪、智能锚固装置；驱动力源布置在主体结构的体外，两端由智能锚固装置与主体结构锚固，驱动装置通过导线与驱动力源形成一个闭合回路，用于实现对驱动力源的驱动，热电阻片固定在驱动力源上，与温度测量仪连接；
智能控制系统包括受力状态监测仪、计算机控制系统，受力状态监测仪安装在主体结构的控制截面处，经计算机控制系统与驱动系统连接，形成闭和的控制环，计算机通过对受力信息的分析处理和传递，指挥驱动系统动与非动。
主体结构可以是预应力结构，也可以是非预应力结构。
驱动力源采用形状记忆合金，其形状可以是直线、折线或曲线。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明加以详细说明。
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明实施例的结构示意图；
1.主体结构、2.热电阻片、3.箍筋、4.驱动力源、5.驱动装置、6.温度测量仪、7.智能锚固装置、8.受力状态监测仪、9.计算机控制系统、10.转向块、11.纵筋。
具体实施方式
本实施例的主体结构1为非预应力混凝土简支梁，梁的主体尺寸为2000mm×100mm×200mm，将φ5的形状记忆合金丝进行预拉伸至初始预应变ε0＝(5-6)％后，通过两只转向块10折线布置在梁体外，两端由智能锚固装置7与主体结构1锚固，驱动装置5采用可调式直流电源，受力状态监测仪8采用智能传感器，热电阻片2绑扎在形状记忆合金丝上。在跨中相距400mm处进行两点加载，智能传感器将加载信息传递给计算机控制系统9，由计算机控制系统9进行数据计算分析，当加载至梁的受拉区出现裂缝后，停止加载并保持荷载，然后通过计算机控制系统9，对形状记忆合金实施通电激励，并慢慢卸载，使荷载始终保持在加载水平处，同时通过热电阻片2用温度测量仪6测得形状记忆合金丝的温度，使其达到相变结束温度Af以上，此后持续通电一段时间。在通电过程中，连续检测梁体的跨中变形和受拉区的裂缝。本实例的特点在于利用形状记忆合金的材料特性，主要是形状记忆效应和相变超弹性伪弹性性能，使其在受限回复状态下相变产生的强大回复力，利用该回复力改变主体结构的受力状态，并控制主体结构控制截面处的变形使其始终处于一种“零变形”状态。结果表明，梁的跨中变形基本恢复为零，而受拉区的裂缝也基本闭合。
本发明结构简单、操作方便，对建筑物变形控制精确，可延长建筑物的使用寿命，也可为处于危险状态的建筑结构的抢修工作赢得时间。

Claims (3)

1.建筑物“零变形”智能控制系统，包括主体结构(1)，其特征在于：在主体结构(1)上连接有驱动系统和智能控制系统；
A)驱动系统包括驱动力源(4)、驱动装置(5)、热电阻片(2)、温度测量仪(6)、智能锚固装置(7)，其特征在于：驱动力源(4)布置在主体结构(1)的体外，两端由智能锚固装置(7)与主体结构(1)锚固，驱动装置(5)通过导线与驱动力源(4)形成一个闭合回路，用于实现对驱动力源的驱动，热电阻片(2)固定在驱动力源(4)上，与温度测量仪(6)连接；
B)智能控制系统包括受力状态监测仪(8)、计算机控制系统(9)，其特征在于：受力状态监测仪(8)安装在主体结构(1)的控制截面处，经计算机控制系统(9)与驱动系统连接，形成闭和的控制环，计算机通过对受力信息的分析处理和传递，指挥驱动系统动与非动。
2.根据权利要求1所述的建筑物“零变形”智能控制系统，其特征在于：所述的主体结构(1)可以是预应力结构，也可以是非预应力结构。
3.根据权利要求1、2所述的建筑物“零变形”智能控制系统，其特征在于：驱动力源采用合金记忆金属，其形状可以是直线、折线或曲线。
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