CN108827607A - 一种适用于多种钢结构的安全监测方法和监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于多种钢结构的安全监测方法和装置，属于钢结构安全监控的领域。本发明采用倾角传感器将监测到的钢结构位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值；将钢结构负载前和负载后所得到的参数先做差值对比，并与预定安全值进行对比，进而判断所述钢结构是否处于安全状态。本发明上述算法及判断方法适用于多种钢结构，施工人员只需根据具体钢结构对应设定不同的安全值，即可实现自动监测钢结构安全变化。本发明所述方法算法简单、精确，适合各种钢结构的施工和修复现场。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于多种钢结构的安全监测方法和监测装置，属于钢结构安全监控的技术领域。
背景技术
钢结构工程由于其重量轻、抗震性好、施工速度快、有利于环保等一系列优点在国内外工程建设中得到广泛的应用。钢结构工程是近些年来才迅速发展起来，特别是轻质钢结构普及发展更为迅速。但是对于影响钢结构工程稳定性的各项性能指标的检测和监测的研究工作，在国内基本上处于起步阶段，很多的研究工作还没有进行开展。如对新建钢结构的整体性能指标的考核、对已经服役一定时期的钢结构工程的寿命评估、钢结构工程灾后的稳定性评估以及对钢结的健康状况在线监测都没有成熟的研究成果可以作为标准来参考，现有技术中针对钢结构的监测的方法多采用结构模态测试，包括环境脉动测试、初位移释放法、初速度激励法等，其中，所述环境脉动测试是利用被测结构物在非人为激励作用下的振动测试其动力特性，而其它测试方法则是需要人工激励后，通过测试被测结构的动力响应进而获取钢结构的模态信息，进而将上述多种方法进行综合处理后得到进一步的监测结果，很显然，现有针对钢结构监测其监测步骤复杂，数据处理方法繁多，并不适用于多种类型的钢结构的监测。
对钢结构工程的各项性能指标的检测、监测可以保证钢结构工程的稳定性又可以促使钢结构工程结构合理化，从而可以为社会节省大量的物力、财力和人力资源，迫切需要一种适用于多种钢结构的安全监测方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于多种钢结构的安全监测方法。
本发明还提供了一种实现上述监测方法的监测装置。
本发明通过对比施加载荷前和施加载荷后的钢结构特征点位移数据变化情况，来监测钢结构是否处于安全状态。进一步，本发明所述监测装置可以通过控制系统的数据分析及图形分析来监测钢结构是否安全及结论的显示、报警和记录功能。
本发明的技术方案如下：
一种适用于多种钢结构的安全监测方法，包括：
安装传感器：将倾角传感器安装在钢结构变形最大位置；
记录对钢结构未施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为R；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作O
记录对钢结构施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为r；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作o
设d为O、o两点之间距离，a为半径R与半径r的差值，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数；
当d大于等于kD，a大于等于kA时，则判断所述钢结构处于严重变形状态；此时应立刻进行检查；
当d小于kD，a大于kA或d大于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于轻微变形状态；此时应需时刻注意监测数据变化情况；
当d小于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于安全状态。
一种实现上述监测方法的监测装置，包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的钢结构的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为上述适用于多种钢结构的安全监测方法；
所述倾角传感器与控制系统之间可以采用任何传输方式进行数据传输，本发明优选采用信号发射器对采集数据传输至控制系统；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
本发明中所采用的控制系统是任意可以执行″将上述监测方法对应算法写入，且能通过编程实现后续逻辑控制和预警的单片机、计算机、操作平台或芯片″，而不限于具体型号的单片机。
本发明公开的另一方面：所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
本发明的优势在于：
本发明只需采用一个倾角传感器即可监测钢结构是否安全，简单易行；通过数据分析与对比来监测钢结构的变形情况，安全性和可靠性高。本发明采用倾角传感器将监测到的钢结构位移坐标投影至二维坐标系中，绘制上述坐标投影的最小外接圆，求出上述坐标投影的横坐标和纵坐标的平均值；将钢结构负载前和负载后所得到的参数先做差值对比，并与预定安全值进行对比，进而判断所述钢结构是否处于安全状态。本发明上述算法及判断方法适用于多种钢结构，施工人员只需根据具体钢结构对应设定不同的安全值，即可实现自动监测钢结构安全变化。本发明所述方法算法简单、精确，适合各种钢结构的施工和修复现场。
附图说明
图1为本发明应用例1所述简支梁及其钢结构变形图；
图2为本发明应用例2所述悬臂梁及其钢结构变形图；
图3为本发明应用例3所述无多余约束的稳定结构及其钢结构变形图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种适用于多种钢结构的安全监测方法，包括：
安装传感器：将倾角传感器安装在钢结构变形最大位置；
记录对钢结构未施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为R；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作O
记录对钢结构施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为r；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作o
设d为O、o两点之间距离，a为半径R与半径r的差值，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数；
当d大于等于kD，a大于等于kA时，则判断所述钢结构处于严重变形状态；此时应立刻进行检查；
当d小于kD，a大于kA或d大于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于轻微变形状态；此时应需时刻注意监测数据变化情况；
当d小于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于安全状态。
实施例2、
一种实现如实施例1所述监测方法的监测装置包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的钢结构的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为上述适用于多种钢结构的安全监测方法；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
应用例1、
如图1所示。
被监测的钢结构为一种简支梁结构的钢结构，其最大变形点在A处，将倾角传感器安装在A处，形变后为A＇当没有对简支梁施加载荷时，通过控制系统记录t1时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为R1，分别求出这些坐标点的横坐标和纵坐标的平均值，记作O1
当对简支梁施加载荷时，通过控制系统记录t1时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为r1，记录这些坐标点的平均值为o1
设d1为O1、o1两点的距离，a1为R1与r1的差值，k1D和k1A为预定的安全值。
其中：k1A与结构具体特性和制作工艺、安装条件等因素有关，需要根据标准制作样件实验获取，
k1与约束条件有关，需实测确定。F、q、M、M1作用在结构上的载荷(不包括自重)，E为弹性模量，I为惯性矩，I为简支梁长度，b为载荷作用位置。
当d1大于等于k1D，a1大于等于k1A时，则判断简支梁处于严重变形状态，此时应进行检查；
当d1小于k1D，a1大于k1A或d1大于k1D，a1小于k1A时，则判断简支梁处于轻微变形状态，需时刻注意数据变化情况；
当d1小于k1D，a1小于k1A时，则判断钢结构处于安全状态。
应用例2、
如图2所示。
被监测的钢结构为一种悬臂梁结构的钢结构，其最大变形点在B处，将传感器安装在B处，形变后为B＇当没有对悬臂梁施加载荷时，通过控制系统记录t2时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为R2，分别求出这些坐标点的横坐标和纵坐标的平均值，记作O2
当对悬臂梁施加载荷时，通过控制系统记录t2时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为r2，记录这些坐标点的平均值为o2
设d2为O2、o2两点的距离，a2为R2与r2的差值，k2D和k2A为预定的安全值。
其中：k2A与结构具体特性和制作工艺、安装条件等因素有关，需要根据标准制作样件实验获取，
K2与约束条件有关，需实测确定。F、q、M、M1、F1作用在结构上的载荷(不包括自重)，E为弹性模量，I为惯性矩，I为简支梁长度和悬臂端长度，b和a为载荷作用位置。
当d2大于等于k2D，a2大于等于k2A时，则判断悬臂梁处于严重变形状态，此时应立刻进行检查；
当d2小于k2D，a2大于k2A或d2大于k2D，a2小于k2A时，则判断悬臂梁处于轻微变形状态，需时刻注意数据变化情况；
当d2小于k2D，a2小于k2A时，则判断钢结构处于安全状态。
应用例3、
如图3所示。
被监测的钢结构为一种无多余约束的稳定结构的钢结构，其最大变形点在C处，将传感器安装在C处，形变后为C＇或C″，当没有对该类钢结构施加载荷时，通过控制系统记录t3时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为R3，分别求出这些坐标点的横坐标和纵坐标的平均值，记作O3
当对该类钢结构施加载荷时，通过控制系统记录t3时间内传感器监测到的位移坐标，分析位移坐标图得出这些坐标点的最小外接圆，记录最小外接圆半径为r3，记录这些坐标点的平均值为o3
设d3为O3o3两点的距离，a3为R3与r3的差值，k3D和k3A为预定的安全值。其中：k3A与结构具体特性和制作工艺、安装条件等因素有关，需要根据标准制作样件实验获取，
K3与约束条件有关，需实测确定。F、q、M、F1作用在结构上的载荷(不包括自重)，I为结构长度，E为弹性模量，I为惯性矩，c为载荷作用位置。
当d3大于等于k3D，a3大于等于k3A时，则判断该类刚结构处于严重变形状态，此时应立刻进行检查；
当d3小于k3D，a3大于k3A或d3大于k3D，a3小于k3A时，则判断该类钢结构处于轻微变形状态，需时刻注意数据变化情况；
当d3小于k3D，a3小于k3A时，则判断钢结构处于安全状态。
对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于多种钢结构的安全监测方法，其特征在于，该方法包括：
安装传感器：将倾角传感器安装在钢结构变形最大位置；
记录对钢结构未施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为R；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作
记录对钢结构施加载荷时的数据：记录t时间内倾角传感器监测到的位移坐标，并根据上述位移坐标绘制最小外接圆，记录所述最小外接圆半径为r；分别求出上述位移标点横坐标和纵坐标的平均值，记作
设d为O、o两点之间距离，a为半径R与半径r的差值，kD和kA为预定的安全值，k是与高大模板的结构及工艺有关的参数，是一个修正的安全敏感系数；
当d大于等于kD，a大于等于kA时，则判断所述钢结构处于严重变形状态；
当d小于kD，a大于kA或d大于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于轻微变形状态；
当d小于kD，a小于kA时，则判断所述钢结构处于安全状态。
2.一种实现如权利要求1所述监测方法的监测装置，其特征在于，该装置包括分别与控制系统相连的倾角传感器、警报器；
所述控制系统用于处理倾角传感器所采集到的钢结构的倾斜角度参数、二维坐标系中的坐标值，所述处理方法为上述适用于多种钢结构的安全监测方法；
控制系统按照所述方法处理数据后，根据得到的结果利用警报器分别进行报警。
3.根据权利要求2所述的一种实现如权利要求1所述监测方法的监测装置，其特征在于，所述倾角传感器为精度达到0.025度的双轴倾角传感器。
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Address after: 1-203-a, Zhihui building, 1356 Yingxiu Road, high tech Zone, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Shandong Fuyou Technology Co.,Ltd. Address before: 250000 Fuyou, 4339 Fengqi Road, Licheng District, Jinan City, Shandong Province Patentee before: SHANDONG FUYOU HUIMING MEASUREMENT AND CONTROL EQUIPMENT Co.,Ltd. |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20220221 Granted publication date: 20200114 Pledgee: Qilu bank Limited by Share Ltd. Ji'nan science and technology innovation center sub branch Pledgor: SHANDONG FUYOU HUIMING MEASUREMENT AND CONTROL EQUIPMENT CO.,LTD. Registration number: Y2021370000014 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A safety monitoring method and device suitable for various steel structures Effective date of registration: 20220323 Granted publication date: 20200114 Pledgee: Qilu bank Limited by Share Ltd. Ji'nan science and technology innovation center sub branch Pledgor: Shandong Fuyou Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2022980002973 |