CN108254164A - 建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法及实时评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法，包括以下步骤：在抗震支吊架的吊杆中安装应变传感器，在斜撑中安装加速度传感器；抗震支吊架安装后使用前，记录建筑机电工程设施的初始质量m，选取某一时长t₁监测数据为计算区间，对获取的原始数据计算自振周期平均值T_test，静应变平均值ε_test1，由m和T_test计算抗震支吊架初始刚度k；在使用阶段，选取时长t₂监测数据为计算区间，计算静应变平均值ε_test2、建筑机电工程设施实际质量m_test，抗侧刚度k_test。还公开了一种抗震支吊架的实时评估方法。本发明能够实时监测抗震支吊架性能，进而评估抗震支吊架使用健康情况，能够提供预警需要维修和替换，具有便捷性，实时性，安全性等优点。

Description

建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法及实时评估方法

技术领域

本发明涉及一种用于土木工程中建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法及实时评估方法。

背景技术

结构健康监测及评估系统是通过分析布置在结构上的传感器采集到的动力响应数据对结构的可靠性和安全性进行评估，为结构的维修，养护和管理提供依据和指导。

建筑抗震支吊架是对机电设备及管线进行有效保护的重要抗震措施，由锚固件、加固吊杆、抗震连接构件及抗震斜撑构成。根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，建筑中的非结构构件及其与主体结构的连接需要进行抗震设计。传统的支吊架系统抗震性能差，不符合规范要求。而抗震支吊架利用地震产生的反作用力提供支撑作用，具有较强的抗震性能和安全性，能有效减小地震带来的人员伤亡和经济损失，也便于震后的修复工作。

目前国内外的健康监测系统主要针对建筑或桥梁的主体结构，对于一些非结构构件的研究相对较少。建筑抗震支吊架的使用越来越广泛，而对其抗震性能的实时监测及评估缺少成熟的方法。本发明针对这一情况，提出了一种建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测及评估方法。该方法能实时监测抗震支吊架的性能，进而实时评估抗震支吊架的健康状况，具有便捷性，实时性，安全性等优点，可得到广泛推广和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种对建筑抗震支吊架抗震性能进行实时监测方法及评估的方法，该方法具有便捷性、实时性、安全性等优点。

为实现对建筑抗震支吊架抗震性能进行实时监测目的，本发明采取的技术方案为：

建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法，包括以下步骤：

步骤1、在抗震支吊架的竖向吊杆中安装应变传感器，用以监测应变响应数据，在抗震斜撑中安装加速度传感器，用以监测加速度响应数据；

步骤2、抗震支吊架安装后使用前，先记录建筑机电工程设施的初始质量m，后选取某一时长t₁监测数据为计算区间，以t₁为单位，对加速度传感器获取的原始数据计算自振周期T的平均值T_test，对应变传感器获取的原始数据计算静应变ε的平均值ε_test1，由计算抗震支吊架初始刚度k；

步骤3、在抗震支吊架使用阶段，选取时长t₂监测数据为计算区间，以t₂为单位，计算静应变平均值ε_test2、建筑机电工程设施的实际质量m_test＝m×ε_test2/ε_test1，根据计算抗震支吊架使用阶段的抗侧刚度k_test。

本发明中，步骤3通过建筑机电工程设施的应变测得其实际质量m_test＝m×ε_test2/ε_test1。材料处于弹性阶段时，应力与应变成正比，可以用应变的比值来代替应力的比值。在使用阶段不方便测量建筑机电工程设施的质量，因此通过应变传感器测得的使用阶段的应变与初始应变的比值来反应质量的变化。

优选的，应变传感器安装在抗震支吊架的竖向吊杆中部，加速度传感器安装在抗震斜撑中部。

优选的，步骤2、3中t₁和t₂为10分钟或24h，t₁和t₂为10分钟便于自振周期T、静应变ε平均值的计算，测试速度快；t₁和t₂为24h可以计算T的日平均值T_D，静应变ε的日平均值ε_D、ε_D.test，能最大程度降低测量带来的误差，更准确地反应结构的实际情况。但t₁或t₂选取任一时长均能求算出k_test与k。因为系求算t₁或t₂时段内的静应变均值，因此在同一次监测中，t₁或t₂选取不同的时长不会影响结果的可靠性，例如t₁选取24h，t₂选取48h。

本发明还提供了一种建筑抗震支吊架抗震性能的实时评估方法，将上述实时监测方法所得到k_test与k进行比较，当(k-k_test)/k>A时，给出预警，则需要维修。优选的，数值A为10％。

本发明还提供了一种判断抗震支吊架是否需要替换的方法。由G＝m_testg求得抗震支吊架在使用阶段的重力，求出在重力作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_GE；由《建筑机电工程抗震设计规范》(GB50981-2014)中3.4.5式F＝γηξ₁ξ₂α_maxG计算水平地震力，求出在水平地震力F作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_Ehk。再通过《建筑机电工程抗震设计规范》(GB50981-2014)中3.5.1式S＝γ_GS_GE+γ_EhS_Ehk将地震作用效应和重力荷载效应进行组合，求出构件最不利截面的内力设计值S，根据式S≤R且F≥0.5G验算抗震承载力是否满足要求。如果抗震支吊架的抗侧刚度退化导致不满足要求则需要进行替换。F表示沿最不利方向施加于机电工程设施重心处的水平地震标准值；G为抗震支吊架使用阶段的重力，由公式G＝m_testg进行计算；γ表示非机构构件功能系数，取固定值；η表示非结构构件类别系数，取固定值；ξ₁表示状态系数，ξ₂表示位置系数；α_max表示地震影响系数最大值；G表示非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中介质及储物柜中物品的重力；S表示机电工程设施或构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩，轴向力和剪力设计值；γ_G重力荷载分项系数，一般取值1.2，γ_Eh水平地震作用分项系数，一般取值1.3，S_Enk水平地震作用标准值的效应。R为构件承载力设计值。

上述抗震支吊架应用于建筑机电工程设施，建筑机电工程设施是指为建筑使用功能服务的附属机械、电器构件、部件和系统。包括电梯，照明系统和应急电源，通信设备，管道，机电设备等。

本发明的有益效果：(1)安装有应变传感器和加速度传感器的抗震支吊架，能够对抗震支吊架的性能进行实时监测。(2)通过对抗震支吊架监测数据的实时分析和评估，可以实时判断抗震支吊架的抗震性能以及健康状况，可以及早决定是否需要维修或者替换抗震支吊架，能有效减少地震带来的损失。此种抗震支吊架具有便捷性，实时性，安全性等优点，具有很好的市场前景；除此也为研究或生产具有实时监测和评估性能的抗震支吊架提供了借鉴。

附图说明

图1为侧向抗震支吊架传感器布置图。

图2为纵向抗震支吊架传感器布置图。

具体实施方式

图1和图2示出了本发明关于抗震支吊架的抗震性能的监测方法的两种实施方式，该支吊架应用于管道，下面结合附图说明本发明的具体实施过程：

实施例1

如图1所示，抗震支吊架主要由竖向吊杆3、抗震斜撑6、安装在竖向吊杆3中的应变传感器2、安装在斜撑6中间的加速度传感器5组成，通过锚固件1固定在抗震连接构件4上，管道7安放在抗震支吊架上。通过传感器获取竖向吊杆的应变响应和抗震斜撑的加速度响应数值。

抗震支吊架安装阶段完成时记录管道的初始质量m。之后，选取10分钟的监测数据，以10分钟单位，对加速度传感器获取的原始数据计算自振周期T的平均值T_10.test，对应变传感器获取的原始数据计算静应变ε的平均值ε_10.test1。根据计算抗震支吊架的初始抗侧刚度k。

在抗震支吊架使用阶段，以10分钟单位，对10分钟监测数据计算静应变ε的平均值ε_10.test2、管道实际质量m_test＝m×ε_10,test2/ε_10,test1、自振周期T的平均值T_10,test，根据计算使用阶段抗震支吊架的抗侧刚度k_test。

由G＝m_testg求得抗震支吊架在使用阶段的重力，求出在重力作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_GE；由《建筑机电工程抗震设计规范》中3.4.5式F＝γηξ₁ξ₂α_maxG计算水平地震力，求出在水平地震力F作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_Ehk，再通过《建筑机电工程抗震设计规范》3.5.1式S＝γ_GS_GE+γ_EhS_Ehk将地震作用效应和重力荷载效应进行组合，求出构件最不利截面的内力设计值S，当F≥0.5G且S≤R时，抗震支吊架能继续有效使用，当F<0.5G或者S>R时，需要替换抗震支吊架。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1不同之处有二。第一：实施例1中管道平行于竖向吊杆3与抗震斜撑6组成的平面，本实施例中管道垂直于竖向吊杆3与抗震斜撑6组成的平面；第二：选取的监测数据的时长不同，实施例1中t取值10分钟，本实施例中t取值24小时为单位来计算各数值的日平均值。

上述时间段(24h或10分钟)可以根据实际情况自由选取、确定；同时传感器的安装位置也不限于上述实施例，一般放在中间位置。

上面对本申请的实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (5)

1.一种建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、在抗震支吊架的竖向吊杆中安装应变传感器，用以监测应变响应数据，在抗震斜撑中安装加速度传感器，用以监测加速度响应数据；

步骤2、抗震支吊架安装后使用前，先记录建筑机电工程设施的初始质量m，后选取某一时长t₁监测数据为计算区间，以t₁为单位，对加速度传感器获取的原始数据计算自振周期T的平均值T_test，对应变传感器获取的原始数据计算静应变ε的平均值ε_test1，由计算抗震支吊架初始刚度k；

步骤3、在抗震支吊架使用阶段，选取时长t₂监测数据为计算区间，以t₂为单位，计算静应变平均值ε_test2、建筑机电工程设施的实际质量m_test＝m×ε_test2/ε_test1，根据计算抗震支吊架使用阶段的抗侧刚度k_test。

2.根据权利要求1所述的建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法，其特征在于：步骤1中应变传感器安装在抗震支吊架的竖向吊杆中部位置，加速度传感器安装在抗震斜撑中部位置。

3.根据权利要求2所述的建筑抗震支吊架抗震性能的实时监测方法，其特征在于：步骤2和3中t₁或t₂为10分钟或24h，步骤2和3中的t₁和t₂可取不同值。

4.一种建筑抗震支吊架抗震性能的实时评估方法，其特征在于：将权利要求1-3中任一项所得到k_test与k进行比较，当(k-k_test)/k>A时，给出预警，需要维修；

由G＝m_testg求得抗震支吊架在使用阶段的重力，求出在重力作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_GE；由《建筑机电工程抗震设计规范》中3.4.5式F＝γηξ₁ξ₂α_maxG计算水平地震力，求出在水平地震力F作用下抗震支吊架最不利截面的内力效应S_Ehk，再通过《建筑机电工程抗震设计规范》3.5.1式S＝γ_GS_GE+γ_EhS_Ehk将地震作用效应和重力荷载效应进行组合，求出构件最不利截面的内力设计值S，当F≥0.5G且S≤R时，抗震支吊架能继续有效使用，当F<0.5G或者S>R时，需要替换抗震支吊架。

5.根据权利要求4所述的建筑抗震支吊架抗震性能的实时评估方法，其特征在于数值A为10％。