CN112001098A - 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统 - Google Patents

一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112001098A
CN112001098A CN202010623044.5A CN202010623044A CN112001098A CN 112001098 A CN112001098 A CN 112001098A CN 202010623044 A CN202010623044 A CN 202010623044A CN 112001098 A CN112001098 A CN 112001098A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
mode
monitoring
sensor
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010623044.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112001098B (zh
Inventor
王磊
高喜欣
吴俊�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongen Shanghai Engineering Technology Co ltd
Original Assignee
Tongen Shanghai Engineering Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongen Shanghai Engineering Technology Co ltd filed Critical Tongen Shanghai Engineering Technology Co ltd
Priority to CN202010623044.5A priority Critical patent/CN112001098B/zh
Publication of CN112001098A publication Critical patent/CN112001098A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112001098B publication Critical patent/CN112001098B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/005—Measuring force or stress, in general by electrical means and not provided for in G01L1/06 - G01L1/22
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2218—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2256—Measuring circuits therefor involving digital counting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统，其通过监测截面上离散点的应力来进行插值拟合出截面整体应力分布，从而计算截面内力。本发明提供的方案完全从实际监测数据出发，辅以构件截面的基本几何物理信息，完全由监测数据本身逆向推断截面内力，全过程不依赖设计结构的有限元计算结果，所得到的截面内力数据是完全基于监测数据的，如此，一方面可以实现监测数据脱离于有限元模型而独立计算，可以对监测结果实时进行评估，时效性强；另一方面可脱离于有限元模型后，计算结果更加贴近与真实情况，可以实时反映结构真实力学性态，并且可以与有限元模型结果进行横向对比。

Description

一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统
技术领域
本发明涉及工程监测技术，具体涉及工程监测技术中的构件截面内力监测技术。
背景技术
现行监测系统普遍基于传感器采集到的原始信号量，通过传感器的物理量计算公式独立计算其所在位置的监测物理量(如应变、应力等)。
但是现有的基本技术都是基于传感器所在位置的监测物理量进行直接的评估，没有针对该部分监测物理量对结构构件进行进一步的截面内力计算，故而不能实时反映结构构件的真实力学状态。
在此基础上人们也针对构件截面内力监测给出了多种方案。如：
公开号：CN1266182A的中国发明专利申请，公开了一种建筑结构的工作应力现场检测技术，该方案为一次性检测方法，通过对构件表面进行开槽，测量其释放的应变。
公开号：CN103776578A的中国发明专利申请，公开了一种截面内力测量传感器及标定方法。该方案中给出了一种可用于测量构件截面内力的标定装置。通过将该装置插入到构件中间，并利用应变片测量装置中预设若干细杆的应力来换算构件截面内力。
公开号：102607644A的中国发明专利申请，公开了一种建筑施工监测系统及其监测方法。该方案利用若干温度传感器、应变传感器和位移测量单元组成的传感器单元对结构若干位置点进行测量，监测结果和施工模拟分析计算结果进行对比和修正，以计算为主，监测为辅助修正的方式进行评估。
上述改进方案中，第一种方案只适用于一次性的、破坏性的内力检测，不适用于正在施工、服役的结构。
第二种方案，用于实验室的标定或测试试验，无法直接应用于工程项目。
第三种方案，通过传感器采集的数据对施工模拟分析结果进行修正，截面内力的获取是以有限元计算为主，监测数据为辅。因此，对结构监测数据的处理附加了多项设计约束条件，降低了监测数据的有效性和可靠性。
发明内容
针对现有现有构件截面内力监测技术所存在的问题，需要一种新的构件截面内力监测技术。
为此，本发明的目的在于提供一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法，同时还进一步提供基于插值反演方式的构件截面内力监测系统，本方案可通过传感器采集的应力数据直接反演计算构件截面内力，可有效克服现有技术所存在的问题。
为了达到上述目的，本发明提供的基于插值反演方式的构件截面内力监测方法，其通过监测截面上离散点的应力来进行插值拟合出截面整体应力分布，从而计算截面内力。
进一步地，所述监测方法包括：
S1，根据构件截面类别，在截面上按一定应力监测模式布置应变传感器，测量截面插值点的应变；
S2，根据截面类别和应力监测模式选用截面内力的插值反演计算公式，并计算截面内力。
进一步地，所述监测方法中，基于截面内力符合沿两个主方向正交的线性分布模式，在监测截面上设置若干离散点作为插值点，并且根据不同的截面形状构建对应插值点分布模式，对每一种插值点分布模式，基于截面应力沿两个主轴方向正交线性分布的特性，计算出截面最大内力。
进一步地，所述监测方法中对于圆管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
进一步地，所述监测方法中对于矩形管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
进一步地，所述监测方法中对于热轧工字型截面的应力监测模式，可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
进一步地，所述监测方法中焊接H形截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
进一步地，所述监测方法中对于槽钢截面的应力监测模式可采用3个传感器内表面布置模式；对于双角钢截面的应力监测模式可采用2个传感器内表面对称布置模式；对于扁钢截面的应力监测模式可采用2个传感器对称布置模式。
进一步地，所述监测方法中对于圆钢截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置模式或4个传感器外表面对称布置模式。
为了达到上述目的，本发明提供的基于插值反演方式的构件截面内力监测系统，所述监测系统包括处理器以及处理程序，所述处理器可执行处理程序，以按照上述的基于插值反演方式的构件截面内力监测方法进行构件截面内力监测。
本发明提供的方案完全从实际监测数据出发，辅以构件截面的基本几何物理信息，完全由监测数据本身逆向推断截面内力，全过程不依赖设计结构的有限元计算结果，使得所得到的截面内力数据是完全基于监测数据的。如此一方面，可以实现监测数据脱离于有限元模型而独立计算，可以对监测结果实时进行评估，时效性强；另一方面，脱离于有限元模型后，计算结果更加贴近与真实情况，可以实时反映结构真实力学性态，并且可以与有限元模型结果进行横向对比。
本方案中可利用任意一般的应变片、电阻应变计、振弦式应变计等进行监测数据的采集和计算；无须插入结构构件内部参与受力，仅需要将传感器固定于构件同一截面的表面，对结构构件是无损的。
本方案其实用性强，可直接搭建于现有的任何可进行应力应变数据监测的监测系统中；可用于诸如大跨空间结构、高层建筑结构及各类复杂异性建筑结构等大部分类型的实际工程建筑结构监测；同时，可用于施工过程监测和结构健康监测等多种阶段。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中基于插值反演方式进行构件截面内力监测的原理图；
图2为本发明实例中针对圆管截面(CT)的应力监测模式示意图；
图3为本发明实例中针对矩形管截面(RT)的应力监测模式示意图；
图4为本发明实例中针对热轧工字型截面(HRH)的应力监测模式示意图；
图5为本发明实例中针对焊接H形截面(WSH)的应力监测模式示意图；
图6为本发明实例中针对槽钢截面(HRC)的应力监测模式示意图；
图7为本发明实例中针对双角钢截面(HRL)的应力监测模式示意图；
图8为本发明实例中针对扁钢截面(HRF)的应力监测模式示意图；
图9为本发明实例中针对圆钢截面的应力监测模式示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对现有构件截面内力监测技术所存在的问题，本实例给出了一种基于插值反演方式进行构件截面内力监测方案。
本方案可基于同一构件截面上的多个传感器组合进行截面内力实时反演计算。
参见图1，本方案中针对不同的构件截面类别，确定各类别截面的应力监测模式，每种应力监测模式由其对应的截面形状与对应的传感器布置方式组合而成，并且每种应力监测模式中还包含一种对应的内力插值反演计算公式。
在具体实现时，本方案中的应力监测模式将以一组传感器直接采集或经转化计算的应力或应变数据作为输入条件，并辅以构件截面的基本几何物理信息，实现完全直接基于实际监测数据进行截面内力反演计算，即由监测数据本身逆向推断截面内力，全过程不依赖设计结构的有限元计算结果，保证监测数据的真实性、准确性和可靠性。
在具体实现时，本方案可利用任意一般的应变片、电阻应变计、振弦式应变计等进行监测数据的采集和计算，实用性强。同时，本截面内力反演方案所需地输入量都是监测系统中相关传感器测量得到的应力应变数据，故而只要符合该要求，就可以在相应的监测系统之上进一步搭载实现本截面内力反演方案的截面内力计算单元，故而本方案可直接搭建于现有的任何可进行应力应变数据监测的监测系统中。
针对上述截面内力反演方案，下面给出结合实例具体说明一下本实例进行截面内力反演的实施过程。
本实例通过监测截面上离散点(即插值点)的应力来进行插值拟合出截面整体应力分布，从而计算截面内力。由此实现通过传感器采集的应力数据直接反演计算构件截面内力。
具体的，本实例中基于截面内力符合沿两个主方向正交的线性分布模式，在监测截面上设置若干离散点作为插值点，并且根据不同的截面形状构建与之相适应的多种插值点分布模式，对于每一种插值点分布模式，基于截面应力沿两个主轴方向正交线性分布模式，推导计算出截面最大内力，该截面最大内力包括弯矩和轴力。
据此，本实例在实施时，主要包含以下步骤：
S1，确定截面类别；
S2，针对不同类别截面，按相应应力监测模式布置相应的应变传感器，测量截面插值点的应变；
S3，根据截面类别和应力监测模式选用截面内力的插值反演计算公式，并计算截面内力。该步骤的具体实现原理如上，此处不加以赘述。
作为举例，这里的截面类别可根据实际需求而定，如可以为圆管、矩形管、H形、槽钢、圆钢、扁钢、角钢等等，但并不限于此。
本实例在具体实施时，针对不同的构件截面类别，定义各截面的应力监测模式。这里定义应力监测模式为：由若干个应变传感器在构件的同一个截面上按一定空间相对位置形成的监测传感器组合。该各传感器位置即为截面上的应力插值点。
作为举例，本实例中根据不同的截面形状和传感器数量，应力监测模式可分为如下各种形式。
参见图2，其所示为本实例中针对圆管截面(CT)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于圆管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图3，其所示为本实例中针对矩形管截面(RT)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于矩形管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图4，其所示为本实例中针对热轧工字型截面(HRH)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于热轧工字型截面的应力监测模式，可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图5，其所示为本实例中针对焊接H形截面(WSH)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于焊接H形截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图6，其所示为本实例中针对槽钢截面(HRC)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于槽钢截面的应力监测模式可采用3个传感器内表面布置模式。
参见图7，其所示为本实例中针对双角钢截面(HRL)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于双角钢截面的应力监测模式可采用2个传感器内表面对称布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图8，其所示为本实例中针对扁钢截面(HRF)的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于扁钢截面的应力监测模式可采用2个传感器对称布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
参见图9，其所示为本实例中针对圆钢截面的应力监测模式。
由图可知，本实例中对于圆钢截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置模式或4个传感器外表面对称布置模式。
如此模式，可实现利用数量很少的有限个传感器能够较为准确的计算出截面的轴力和弯矩。
在此基础上，本实例针对每一种截面应力监测模式确定一组反演计算公式，且这里确定的反演计算公式不依赖于构件本身的类别属性(梁、柱、杆等)，计算的内力均依据实际传感器测量值进行计算。
本实例中，对于传感器的位置编号可任意定义。作为举例，本实例中以a、b、c、d、e等及其按位置逆时针排序作为一种位置的阐述方式，实际操作中应不限于该种传感器位置的描述。
本实例中针对每一种截面应力监测模式所构建或确定的截面内力的插值反演计算公式，其基于三个输入条件来完成相应的反演计算。
这里的三个输入条件为：a)输入自变量、b)输入参数、c)传感器在构件截面上分布的相对空间位置关系。
作为举例，a)输入自变量，由截面上一组传感器采集并计算获得的应力数据集合，各测量点应力的计算方法为：
sts.x＝ε.x·E (1)
其中，E为截面所用材料的弹性模量；ε.x为传感器测量的应变(x为传感器所在位置，如abcd等，与截面应力监测模式图中的位置编号一致)；作为举例，该值可由传感器仪器本身测量得到的电阻或振弦频率信号经仪器厂商提供的转换公式换算得到；sts.x为传感器所在位置所计算得到的应力值。
同时，这里可用的传感器类别为可以测量构件截面表面或内部某处应变或应力的传感器，包括但不限于应变片、电阻式应变计和振弦式应变计。
对于b)输入参数。本实例中的反演公式的输入参数为截面的几何参数，包括有：面积A；绕y轴惯性矩Iy，绕z轴惯性矩Iz；截面测量点x到中性轴y轴的距离为cxy(x为a、b、c、d及e等)，截面测量点关于y轴的弹性抗弯模量Wxye，截面测量点x到中性轴z轴的距离为cxz(x为a、b、c、d及e等)，截面测量点关于z轴的弹性抗弯模量Wxze；截面顶部绕y轴弹性抗弯模量Wyte，截面底部绕y轴弹性抗弯模量Wybe，截面左部绕z轴弹性抗弯模量WzLe，截面右部绕z轴弹性抗弯模量WzRe。
对于c)传感器在构件截面上分布的相对空间位置关系，即确定应力监测模式及其所代表的一组计算公式。
针对各应力监测模式的反演计算公式，本实例对于截面形状相似或传感器布置位置相似的模式归并讨论。
这里以图2-图8所示的应力监测模式为例来进行说明。
对于模式S.CT.2(S.RT.2)、S.HRF.2、S.RS.2及S.HRL.2，由于只有2个传感器对称布置，插值点为a和c点，故输出应变量为轴力N和绕y轴的弯矩My(绕z轴弯矩Mz无法用该模式计算)，一般用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。据此，本实例将这类模式的内力反演公式确定为：
Figure BDA0002563711560000081
Figure BDA0002563711560000082
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的单向截面弯矩和轴力，般用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。
对于模式S.CT.3(S.RT.3)，其插值点为a、b和d点，故输出应变量为轴力N、弯矩My及Mz。一般用于受力情况复杂，但是受安装条件限制而无法在c点处布置传感器的情况。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为：
Figure BDA0002563711560000091
Figure BDA0002563711560000092
Figure BDA0002563711560000093
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的双向截面弯矩和轴力，一般用于受力情况复杂，但是受安装条件限制而无法在c点处布置传感器的情况。
对于模式S.CT.4(S.RT.4)，其插值点为a、b、c和d点，输出应变量为轴力N、弯矩My及Mz。一般用于受力条件复杂的梁柱或空间杆件，且条件允许在4个面均布置传感器的情况。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为：
Figure BDA0002563711560000094
Figure BDA0002563711560000095
Figure BDA0002563711560000096
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的双向截面弯矩和轴力，一般用于受力条件复杂的梁柱或空间杆件，且条件允许在4个面均布置传感器的情况。
对于热轧工字型截面对应的模式，由于其和焊接H形截面形状相似，截面传感器布置位置均相同，因此其内力反演方法相同，以下阐述其各模式的反演公式。
对于模式S.HRH.2a(S.WSH.2a)、模式S.HRH.2b(S.WSH.2b)，其插值点为a和c点，输出应变量为轴力N和绕y轴的弯矩My(绕z轴弯矩Mz无法用该模式计算)，适用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为：
Figure BDA0002563711560000101
Figure BDA0002563711560000102
其中
Figure BDA0002563711560000103
cay和ccy分别为测量点a(测量点c)到中性轴y轴的距离。
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的单向截面弯矩和轴力，适用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。
对于模式S.HRH.3a(S.WSH.3a)及模式S.HRH.3b(S.WSH.3b)，其插值点为a、c和e点，输出应变量为轴力N和绕y轴的弯矩My(绕z轴弯矩Mz无法用该模式计算)，适用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。相比于2a模式，该模式在腹板中性轴位置布置了传感器，对于插值拟合更为准确。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为：
Figure BDA0002563711560000104
Figure BDA0002563711560000105
其中
Figure BDA0002563711560000106
cay和ccy分别为测量点a(测量点c)到中性轴y轴的距离。
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的单向截面弯矩和轴力，适用于轴向受力为主的二力杆和单向受弯的梁。相比于该相同截面形状的2a模式，该模式在腹板中性轴位置布置了传感器，对于插值拟合更为准确。
对于模式S.HRH.4a(S.WSH.4a)及模式S.HRH.4b(S.WSH.4b),其插值点为a、b、c、d点，输出应变量为轴力N、绕y轴的弯矩My和绕z轴的弯矩Mz，适用于受力形式复杂的梁柱及关键空间杆件。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为：
Figure BDA0002563711560000111
Figure BDA0002563711560000112
Figure BDA0002563711560000113
其中
Figure BDA0002563711560000114
Figure BDA0002563711560000115
Figure BDA0002563711560000116
σtm是与传感器a、b等高处的上翼缘中点处的应力值；σbm是与传感器c、d等高处的下翼缘中点处的应力值；cxy是指传感器测量点x(a、b、c、d)到中性轴y的距离；cxz是指传感器测量点x(a、b、c、d)到中性轴z的距离。
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的双向截面弯矩和轴力，适用于受力形式复杂的梁柱及关键空间杆件
对于模式S.HRH.5(S.WSH.5)，其插值点为a、b、c、d及e点，输出应变量为轴力N、绕y轴的弯矩My和绕z轴的弯矩Mz，适用于受力形式复杂的梁柱及关键空间杆件，相比于4a或4b模式，该模式由于在腹杆中性轴附近增加了测量点，对于插值计算更为准确。据此，本实例将这类模式的内力反演公式为
Figure BDA0002563711560000117
Figure BDA0002563711560000118
Figure BDA0002563711560000121
其中
Figure BDA0002563711560000122
Figure BDA0002563711560000123
Figure BDA0002563711560000124
σtm是与传感器a、b等高处的上翼缘中点处的应力值；σbm是与传感器c、d等高处的下翼缘中点处的应力值；cxy是指传感器测量点x(a、b、c、d及e)到中性轴y的距离；cxz是指传感器测量点x(a、b、c、d及e)到中性轴z的距离。
通过该公式可以利用传感器布置的对称性，考虑并消除每个传感器的测量误差，从而得到较为准确的双向截面弯矩和轴力，适用于受力形式复杂的梁柱及关键空间杆件，相比于相同截面形状的4a或4b模式，该模式由于在腹杆中性轴附近增加了测量点，对于插值计算更为准确。
基于上述方案形成的基于插值反演方式的构件截面内力监测方案，在具体应用时，可直接搭建于现有的任何可进行构件截面内力监测的监测系统中，实现基于插值反演方式的构件截面内力监测功能。
具体的，本实例针对上述的基于插值反演方式的构件截面内力监测方法，构成相应的软件程序，该软件程序执行上述的构件截面内力监测方法，同时存储于相应的存储介质中，以供处理器调取执行。
由此，该软件程序作为本截面内力反演方案的截面内力计算单元，可直接搭建于现有的任何可进行构件截面内力监测的监测系统中，形成相应的构件截面内力监测系统。如此，本监测系统在运行时，将可实现按照上述的构件截面内力监测方法进行构件截面内力计算监测。
作为举例，据此构成的构件截面内力监测系统运行时，其所需的输入量都是监测系统中相关传感器测量得到的应力应变数据，即可实现构件截面内力计算监测。
同时，基于监测数据的截面内力计算过程主要包括如下步骤：
首先，确定截面形式或形状，进一步，在对应的形状中根据需要选择合适的传感器分布形式，即作为内力计算的插值点分布；
接着，基于各插值点传感器的监测数据，并调取相应插值点分布对应的截面内力计算公式来完成构件截面内力计算监测。
如选择了圆管型截面S.CT.4模式，则采用公式(7)～公式(9))进行截面内力计算。
由上述实例可知，本方案实现基于同一构件截面上的多个传感器组合对截面内力进行实时反演计算；且截面内力反演过程完全从实际监测数据出发，辅以构件截面的基本几何物理信息，完全由监测数据本身逆向推断截面内力，全过程不依赖设计结构的有限元计算结果。
另外，本方案在具体实施，其截面上的传感器安装位置可以容许偏差值，将反演公式内所提到的测量点距中性轴的距离纳入安装偏差可进一步扩大模式的计算范围。
上述本发明的方法，或特定系统单元、或其部份单元，为纯软件架构，可以透过程序代码布设于实体媒体，如硬盘、光盘片、或是任何电子装置(如智能型手机、计算机可读取的储存媒体)，当机器加载程序代码且执行(如智能型手机加载且执行)，机器成为用以实行本发明的装置。上述本发明的方法与装置亦可以程序代码型态透过一些传送媒体，如电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，当程序代码被机器(如智能型手机)接收、加载且执行，机器成为用以实行本发明的装置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于插值反演方式的构件截面内力监测方法，其特征在于，通过监测截面上离散点的应力来进行插值拟合出截面整体应力分布，从而计算截面内力。
2.根据权利要求1所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
S1，根据构件截面类别，在截面上按一定应力监测模式布置应变传感器，测量截面插值点的应变；
S2，根据截面类别和应力监测模式选用截面内力的插值反演计算公式，并计算截面内力。
3.根据权利要求2所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中，基于截面内力符合沿两个主方向正交的线性分布模式，在监测截面上设置若干离散点作为插值点，并且根据不同的截面形状构建对应插值点分布模式，对每一种插值点分布模式，基于截面应力沿两个主轴方向正交线性分布的特性，计算出截面最大内力。
4.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中对于圆管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
5.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中对于矩形管截面的应力监测模式，可采用2个传感器对称布置模式、3个传感器直角对称布置模式或4个传感器对称布置模式。
6.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中对于热轧工字型截面的应力监测模式，可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
7.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中焊接H形截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置、2个传感器内表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、3个传感器外表面对称布置模式、4个传感器外表面布置模式、4个传感器内表面布置模式或5个传感器内表面布置模式。
8.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中对于槽钢截面的应力监测模式可采用3个传感器内表面布置模式；对于双角钢截面的应力监测模式可采用2个传感器内表面对称布置模式；对于扁钢截面的应力监测模式可采用2个传感器对称布置模式。
9.根据权利要求2或3所述的构件截面内力监测方法，其特征在于，所述监测方法中对于圆钢截面的应力监测模式可采用2个传感器外表面对称布置模式或4个传感器外表面对称布置模式。
10.基于插值反演方式的构件截面内力监测系统，所述监测系统包括处理器以及处理程序，其特征在于，所述处理器可执行处理程序，以按照权利要求1-9中任一项所述的基于插值反演方式的构件截面内力监测方法进行构件截面内力监测。
CN202010623044.5A 2020-06-30 2020-06-30 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统 Active CN112001098B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010623044.5A CN112001098B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010623044.5A CN112001098B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112001098A true CN112001098A (zh) 2020-11-27
CN112001098B CN112001098B (zh) 2023-11-17

Family

ID=73468055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010623044.5A Active CN112001098B (zh) 2020-06-30 2020-06-30 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112001098B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116306178A (zh) * 2023-05-19 2023-06-23 南京航空航天大学 基于自适应形函数和等效中性层的结构应变反演方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123919A1 (en) * 2004-10-12 2006-06-15 Lovell Edward G Determining film stress from substrate shape using finite element procedures
US20080111987A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-15 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Surface form measuring apparatus and stress measuring apparatus and surface form measuring method and stress measuring method
CN104902408A (zh) * 2014-03-06 2015-09-09 英飞凌科技股份有限公司 支撑结构和形成支撑结构的方法
CN105043285A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 北京航空航天大学 一种基于光纤传感器的测量变截面梁变形的方法
CN110127078A (zh) * 2019-03-31 2019-08-16 南京航空航天大学 直升机桨叶结构应变-挠度-弯矩状态的光纤监测方法
CN110333038A (zh) * 2019-06-03 2019-10-15 武汉理工大学 一种基于光纤传感的大跨度管桁架结构在线健康监测系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060123919A1 (en) * 2004-10-12 2006-06-15 Lovell Edward G Determining film stress from substrate shape using finite element procedures
US20080111987A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-15 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Surface form measuring apparatus and stress measuring apparatus and surface form measuring method and stress measuring method
CN104902408A (zh) * 2014-03-06 2015-09-09 英飞凌科技股份有限公司 支撑结构和形成支撑结构的方法
CN105043285A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 北京航空航天大学 一种基于光纤传感器的测量变截面梁变形的方法
CN110127078A (zh) * 2019-03-31 2019-08-16 南京航空航天大学 直升机桨叶结构应变-挠度-弯矩状态的光纤监测方法
CN110333038A (zh) * 2019-06-03 2019-10-15 武汉理工大学 一种基于光纤传感的大跨度管桁架结构在线健康监测系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116306178A (zh) * 2023-05-19 2023-06-23 南京航空航天大学 基于自适应形函数和等效中性层的结构应变反演方法
CN116306178B (zh) * 2023-05-19 2023-10-27 南京航空航天大学 基于自适应形函数和等效中性层的结构应变反演方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112001098B (zh) 2023-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101221104B (zh) 基于分布式应变动态测试的结构健康监测方法
CN104457681B (zh) 一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法
CN104792435B (zh) 基于瞬态热边界反演的结构内部非均匀温度场的重建方法
CN110795884B (zh) 一种基于多尺度模型更新的新型混合试验方法
CN108280294B (zh) 一种基于模态参数的索拱结构损伤组合识别方法
CN103308234B (zh) 一种内力测量传感器
CN112461190B (zh) 一种桥梁变形重构方法
CN201731984U (zh) 基于无线倾角的桥梁结构挠度测量系统
CN111859745B (zh) 型钢混凝土结构响应分布的获取方法、装置和设备
CN110887448B (zh) 一种基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法
CN106871933B (zh) 一种消除频响函数中多传感器附加质量的方法
JP5602655B2 (ja) 亀裂サイズ推定方法
CN109282785A (zh) 一种基于应变监测的弹性支承板的变形监测方法
CN102252792B (zh) 一种杆件绝对轴力测试方法
CN112001098A (zh) 一种基于插值反演方式的构件截面内力监测方法及系统
CN105806572B (zh) 一种单层网壳结构节点半刚性测定方法
CN105547235A (zh) 变截面梁结构拉压与弯曲复合变形场的测量方法
Liang et al. A novel miniature four-dimensional force/torque sensor with overload protection mechanism
CN106934114B (zh) 桩梁结构节点连接状态的动力检测和评估方法
CN110631634B (zh) 一种完全逆分析的结构监测评估方法、系统以及存储介质
CN108413860B (zh) 一种闭口截面薄壁梁约束扭转变形的实时监测方法
CN108413861B (zh) 一种开口截面薄壁梁约束扭转变形的实时监测方法
CN105526896A (zh) 一种变形缝三向相对位移测量装置及方法
Lin et al. Damage assessment of seismically excited buildings through incomplete measurements
CN112525519B (zh) 基于脉动测试的桁架结构损伤评估方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant