CN106379812A - 一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置及其监测方法，该装置包括ICP加速度传感器、数据线、IMC数据采集仪和实时监测软件，ICP加速度传感器通过数据线与IMC数据采集仪连接，IMC数据采集仪设有实时监测软件，ICP加速度传感器分布在内爬式施工塔吊上。ICP加速度传感器为结构测试型加速度传感器，体积较小，质量较轻。对于塔吊这种高耸结构来说，布测点较高，安装方便故而选此种传感器较为方便。本方法可以使塔吊的现场监测更加准确，解决了现如今无法现场监测塔吊频率的不足，另外还提供了一种上述装置测量得到的实测数据，通过该处理方法可以得到塔吊的低阶频率，为了后续塔吊的动力特性分析提供依据。

Description

一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置及其监测方法
技术领域
本发明涉及一种可用于超高层建筑内爬式施工塔吊自振频率监测的装置及其数据处理方法，属于结构工程技术领域。
技术背景
随着经济的快速发展，越来越多的超高层建筑出现在我国各地，虽然建筑结构的抗震安全已经成为众所关注的问题，但是在施工过程中大型起重机设备的抗震问题却没有引起足够的重视。在超高层建筑施工中，内爬式施工塔吊作为垂直运输的主要设备，处于核心筒的上部，抗侧刚度远小于核心筒的抗侧刚度。这样，在地震作用下主体结构与塔式起重机耦合作用地震响应明显。为了研究内爬式施工塔吊的动力特性，需要明确施工塔吊的自振频率。故而发明一种可用于超高层建筑内爬式施工塔吊自振频率监测的装置及其数据处理方法具有重大的工程意义，它不仅可以为后续有限元建模分析提供依据，还可以为研究内爬式施工塔吊的动力特性提供参考。由于现场施工复杂，塔吊工作环境恶劣多变，所以设计一套安装方便，操作简单，可以更准确的测量塔吊自振频率的装置很有必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种超高层建筑内爬式施工塔吊自振频率监测的装置及其数据处理方法，该装置采用ICP传感器，并利用IMC数据采集仪进行数据采集。结合施工塔吊的结构特点，在塔吊工作中就可以进行测量，不影响塔吊的工作。该方法可以使塔吊的现场监测更加准确，解决了现如今无法现场监测塔吊频率的不足，另外还提供了一种上述装置测量得到的实测数据，通过该处理方法可以得到塔吊的低阶频率，为了后续塔吊的动力特性分析提供依据。
本发明采用的技术方案如下一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置，该装置包括ICP加速度传感器、数据线、IMC数据采集仪和实时监测软件，ICP加速度传感器通过数据线与IMC数据采集仪连接，IMC数据采集仪设有实时监测软件，ICP加速度传感器分布在内爬式施工塔吊上。
内爬式施工塔吊包括塔身1、起重臂2、平衡臂3、A字架4，塔身1、起重臂2直接相连；A字架4一端与起重臂2连接，A字架4另一端与平衡臂3连接；
ICP加速度传感器包括1号ICP加速度传感器5、2号ICP加速度传感器6、3号ICP加速度传感器7、4号ICP加速度传感器8、5号ICP加速度传感器9、6号ICP加速度传感器10。
塔身1中间部位沿X、Y方向分别布置1号ICP加速度传感器5、2号ICP加速度传感器6，两个ICP加速度传感器布设位置为塔身1中间的横向主弦杆。
起重臂2中部和端部的下弦杆处，沿竖直Z方向布置有3号ICP加速度传感器7、4号ICP加速度传感器8。
A字架4顶部位置，沿X、Y方向分别布置5号ICP加速度传感器9、6号ICP加速度传感器10。
ICP加速度传感器为结构测试型加速度传感器，其特征在于体积较小，质量较轻。对于塔吊这种高耸结构来说，布测点较高，安装方便故而选此种传感器较为方便。
ICP加速度传感器均布设在结构反应大的部位，超高层建筑施工塔吊位置高，布设困难尽量选择较少点布设传感器。监测位置为：塔身布置两个传感器，起重臂端部和中部各布置一个传感器，A形架布置两个传感器，总共布置六个传感器。
上述测量装置的测量数据通过数据线进行传输，其特征在于布设时注意起重臂的旋转，起重臂导线要顺着起重臂方向，沿着塔身将数据线固定于塔身和起重臂上，起重臂部位导线在塔身处要预留2～3m以备起重臂旋转造成数据线长度不足。
一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置的测试方法，其特征在于该方法包含以下步骤，
S1数据采集
同步采集塔吊不同部位测量装置中ICP加速度传感器的数据。
S2信号转换
将S1得到的数据通过IMC数据采集仪通过不同通道实时得到塔吊不同部位的数据并显示于人际交互界面上。
S3数据处理
将S2得到的数据进行后期的数据处理，由于塔吊施工现场环境复杂，必须对收集的数据进行滤波，对于塔吊结构来说滤波频率上限为100Hz，下限为0Hz。
S3数据处理的具体方法为：
由于现场环境复杂，环境干扰比较严重，故而为使数据更加准确可靠，将采集得到的数据通过MATLAB编程软件等分成若干等份。再使用随机子空间法将数据进行处理，最后将所有数据在稳态图上叠加求出塔吊自振频率。
本发明提供的测量装置中采用数据线传输测量数据，提高数据传输稳定性和准确性，避免了无线数据传输易于受到干扰和传输距离有限的缺陷。
本发明提供的测量装置，采用了ICP传感器，并且优化传感器布设方法，进而大大简化了数据处理方法，提高了数据处理速度和准确度，并且便于在塔吊上进行安装。通过IMC数据采集仪和人际交互界面对采集数据进行实时监控可随时进行调整。
本发明提供的数据处理方法采用随机子空间法，此方法较为准确，可以避免施工干扰，可以较为准确的反映塔吊低阶自振频率。
附图说明
图1是内爬式施工塔吊整体结构示意图
图2是内爬式施工塔吊塔身测量传感器布设示意图。
图3是内爬式施工塔吊塔身测量传感器布设局部示意图。
图4是内爬式施工塔吊起重臂臂端测量传感器布设示意图。
图5是内爬式施工塔吊起重臂臂端测量传感器布设局部示意图。
图6是内爬式施工塔吊起重臂臂中测量传感器布设示意图。
图7是内爬式施工塔吊起重臂臂中测量传感器布设局部示意图。
图8是内爬式施工塔吊A字架测量传感器布设示意图。
图9是内爬式施工塔吊A字架测量传感器布设局部示意图。
图中：1-塔身、2-起重臂、3-平衡臂、4-A字架、5-1号ICP加速度传感器、6-2号ICP加速度传感器、7-3号ICP加速度传感器、8-4号ICP加速度传感器、9-5号ICP加速度传感器、10-6号ICP加速度传感器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式：
内爬式施工塔吊自振频率现场监测及数据处理：
具体实施时，首先根据现场施工情况了解需要测量的塔吊参数，计算出需要的数据线长度，从上至下，依次布置传感器和数据线。
其次，对塔式起重机起重臂(2)、A形架(4)和塔身(1)布置测点，其中塔身中部X、Y方向各布置一个1号ICP加速度传感器(5)、2号ICP加速度传感器(6)，起重臂(2)端部和中部各布置一个3号ICP加速度传感器(7)、4号ICP加速度传感器(8)，A形架的顶端X、Y方向各布置一个5号ICP加速度传感器(9)、6号ICP加速度传感器(10)，总共布置六个传感器。
现场动力测试采用环境激励法。采样频率一般采用2～10倍的分析频率。根据工程经验和数值模拟，本次测试拟采用的采样频率为100Hz，同时要有足够的采样长度来满足相应的统计精度，故而本次每个采样时间为不小于15分钟。
将采集得到的数据通过MATLAB编程软件等分成若干份。再使用随机子空间法将数据进行处理，最后将所有数据在稳态图上叠加求出塔吊自振频率。
内爬式施工塔吊的自振频率如上所述现场监测和数据处理方法即可得到。

Claims (2)

1.一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置，其特征在于：该装置包括ICP加速度传感器、数据线、IMC数据采集仪和实时监测软件，ICP加速度传感器通过数据线与IMC数据采集仪连接，IMC数据采集仪设有实时监测软件，ICP加速度传感器分布在内爬式施工塔吊上；
内爬式施工塔吊包括塔身(1)、起重臂(2)、平衡臂(3)、A字架(4)，塔身(1)、起重臂(2)直接相连；A字架(4)一端与起重臂(2)连接，A字架(4)另一端与平衡臂(3)连接；
ICP加速度传感器包括1号ICP加速度传感器(5)、2号ICP加速度传感器(6)、3号ICP加速度传感器(7)、4号ICP加速度传感器(8)、5号ICP加速度传感器(9)、6号ICP加速度传感器(10)；
塔身(1)中间部位沿X、Y方向分别布置1号ICP加速度传感器(5)、2号ICP加速度传感器(6)，两个ICP加速度传感器布设位置为塔身1中间的横向主弦杆；
起重臂(2)中部和端部的下弦杆处，沿竖直Z方向布置有3号ICP加速度传感器(7)、4号ICP加速度传感器(8)；
A字架(4)顶部位置，沿X、Y方向分别布置5号ICP加速度传感器(9)、6号ICP加速度传感器(10)；
ICP加速度传感器为结构测试型加速度传感器，体积较小、质量较轻；对于塔吊这种高耸结构来说，布测点较高，安装方便故而选此种传感器较为方便；
ICP加速度传感器均布设在结构反应大的部位，超高层建筑施工塔吊位置高，布设困难尽量选择较少点布设传感器；监测位置为：塔身布置两个传感器，起重臂端部和中部各布置一个传感器，A形架布置两个传感器，总共布置六个传感器；
测量装置的测量数据通过数据线进行传输，布设时注意起重臂的旋转，起重臂导线要顺着起重臂方向，沿着塔身将数据线固定于塔身和起重臂上，起重臂部位导线在塔身处要预留2～3m以备起重臂旋转造成数据线长度不足。
2.利用权利要求1所述装置进行的一种内爬式施工塔吊自振频率监测装置的测试方法，其特征在于：该方法包含以下步骤，
S1数据采集
同步采集塔吊不同部位测量装置中ICP加速度传感器的数据；
S2信号转换
将S1得到的数据通过IMC数据采集仪通过不同通道实时得到塔吊不同部位的数据并显示于人际交互界面上；
S3数据处理
将S2得到的数据进行后期的数据处理，由于塔吊施工现场环境复杂，必须对收集的数据进行滤波，对于塔吊结构来说滤波频率上限为100Hz，下限为0Hz；
S3数据处理的具体方法为：
由于现场环境复杂，环境干扰比较严重，故而为使数据更加准确可靠，将采集得到的数据通过MATLAB编程软件等分成若干等份；再使用随机子空间法将数据进行处理，最后将所有数据在稳态图上叠加求出塔吊自振频率。
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