CN113418965A - 一种工程结构健康监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程结构健康监测方法，包括如下步骤；在工程结构的承重构件内部布设相互连通的导电高分子材料管，形成监测网；向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检；将微型检测设备检测得到的数据无线传输至外部的计算设备，并定期对监测网进行电阻检测；根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况。本发明的有益效果在于：通过在工程结构内部设置监测网和微型检测设备实现了对工程结构的实时监测和数据传输，有效地提升了工程结构的健康状况和安全性的检测的效率及精度。

Description

一种工程结构健康监测方法
技术领域
本发明涉及工程结构技术领域，具体涉及一种工程结构健康监测方法。
背景技术
混凝土是土木工程中应用最为广泛的结构材料，在工程数十年全寿命周期内，受到风荷载、环境侵蚀、人为荷载等各种外部因素综合作用，混凝土材料会逐渐老化和损伤，进而工程结构、建(构)筑物抗力降低；偶然的地震等更容易导致建(构)筑物灾变；此外，擅自改变建筑使用功能、盲目改建加层、擅自改拆主体结构、地基沉降等现象，也对建(构)筑物安全造成严重影响。为掌握建(构)筑物的健康状况，需要对目标进行定期的或实时的检测和监测。现有混凝土结构的监测、检测一般都采用声、光、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能方面的物理量和工程结构的某一特性，继而推定混凝土的强度、裂缝等缺陷，推定建(构)筑物构件和整体结构性能等等。现有的检测、监测方法大多是人工作业，借助于便携式仪器在混凝土结构构件表面进行，包括回弹法、超声波法、射线法和垂直反射法等，技术上都有一定的缺陷。近年来发展的有线传感器技术，则是利用线缆将传感器的数据信息传输给数据接收基站。然而，有线传感器的线缆布设距离长，布设线缆量大，也耗费了大量的人力物力。
无线传感器网络因其具有布线成本低，监测精度高，容错性好，而且能够远程监控的特点，在故障诊断与安全监测等方面有突出优点。现有无线传感器监测通常都是在固定位置设置传感器，通常采用电池供电，然而，采用常规电池供电难以满足长期监测时的能量需求，因此，需要采用无线充电技术，以无线充电电池保障传感器工作。
综上，现有的混凝土结构监测、检测手段并不能满足需求。如何提供一种适用于工程建筑物或构筑物并且能够实时监测、检测工程结构变化的工程结构健康监测方法是亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于工程建筑物或构筑物等并且能够实时监测和检测工程结构变化的工程结构健康监测方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种工程结构健康监测方法，包括如下步骤；
步骤一、在工程结构的承重构件内部布设相互连通的导电高分子材料管，形成监测网；
步骤二、向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检；
步骤三、将微型检测设备检测得到的数据无线传送至外部的计算设备；
步骤四、定期对监测网进行电阻检测；
步骤五、根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况。
具体的，所述步骤一具体为：在工程结构的承重构件进行混凝土浇捣前将导电高分子材料管布设于承重构件内，同一承重构件可布置一个或多个导电高分子材料管，相邻的导电高分子材料管之间通过连通用的导电高分子材料管进行连接，最终形成监测网。
具体的，所述监测网由局部监测网连接形成，所述局部监测网为层状网或片状网或立体状网。
具体的，所述局部监测网上设有可拆接的节段，所述节段为导电高分子材料管，所述节段与局部监测网连接时，微型检测设备可由节段处通过，所述节段从局部监测网上拆下时，可使用电阻检测设备对局部监测网进行电阻检测。
具体的，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中间层导电。
具体的，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
具体的，所述微型检测设备通过超声波或伽马射线或X光来对工程结构进行检测。
具体的，所述微型检测设备采用无线充电方式充电。
本发明的有益效果在于：通过在工程结构内部设置监测网和微型检测设备实现了对工程结构的实时监测和数据传输，有效地提升了工程结构的健康状况和安全性检测的效率及精度，同时能够结合定期对监测网进行电阻检测，从而实现及时有效地发现工程结构内部存在的问题。
附图说明
图1为本发明实施例三的建筑物单层平面示意图；
图2为本发明实施例三的建筑物剖视(B-B、1-1)图；
图3为本发明实施例三的建筑物剖视(A-A、2-2)图；
图4为本发明实施例三的建筑物角柱大样图一(两方向高分子材料管不连通)；
图5为本发明实施例三的建筑物角柱大样图二(两方向高分子材料管连通)；
图6为本发明实施例三的建筑物内监测管网的可拆、接节段大样图；
标号说明：
1、结构柱；2、框架梁；3、钢筋混凝土墙；4、基础梁；41、基础；5、高分子材料管；51、节段；6、微型检测设备。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明的一种工程结构健康监测方法，包括如下步骤；
步骤一、在工程结构的承重构件内部布设相互连通的导电高分子材料管，形成监测网；
步骤二、向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检；
步骤三、将微型检测设备检测得到的数据无线传输至外部的计算设备；
步骤四、定期对监测网进行电阻检测；
步骤五、根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况。
本发明的工作原理为：工程建(构)筑物包括各类建筑物和构筑物，通过在工程结构中设置导电高分子材料管形成监测网，借助微型检测设备在导电高分子材料管内沿监测网的网路方向反复巡检，从而实现实时的无线的监测和数据采集并传输；同时定期对导电高分子监测网进行电阻检测，从而实现对工程结构的检测，有效地提升了工程结构安全监测检测的效率和精度，对于结构安全有着重要意义。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过在工程结构内部设置监测网和微型检测设备实现了对工程结构的实时监测和数据传输，有效地提升了工程结构的健康状况和安全性检测的效率及精度，同时结合定期对监测网进行电阻检测，从而实现及时有效地发现工程结构内部存在的问题。
进一步地，所述步骤一具体为：在工程结构的承重构件进行混凝土浇捣前将导电高分子材料管布设于承重构件内，同一承重构件可布置一个或多个导电高分子材料管，相邻的导电高分子材料管之间通过连通用的导电高分子材料管进行连接，最终形成监测网。
由上述描述可知，在承重构件进行混凝土浇捣前就将导电高分子材料管预先布置于承重构件内部，使得最终形成的承重构件和监测网的整体性更强，从而使检测精度得到提高。一旦承重构件出现任何变化例如应变、裂缝等，都会使监测网受影响而出现拉伸或挤压，从而使监测网电阻出现变化，进而实现对承重构件的健康进行监测。
进一步地，所述监测网由局部监测网连接形成，所述局部监测网为层状网或片状网或立体状网。
由上述描述可知，局部监测网可根据工程结构的具体形式不同而选择不同的构建方式，例如，坝体的局部监测网可按等间距均匀构建，一定范围的坝体设置一组立体状网的监测网；建筑物的局部监测网可按同一竖向剖面内的柱(混凝土墙)及主梁连通构建成一组片状网的监测网；桥的局部监测网可按同一跨度内的梁、板连通构建成一组层状网的监测网。
进一步地，所述局部监测网上设有可拆接的节段，所述节段为导电高分子材料管，所述节段与局部监测网连接时，微型检测设备可由节段处通过，所述节段从局部监测网上拆下时，可使用电阻检测设备对局部监测网进行电阻检测。
进一步地，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中间层导电。
进一步地，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
进一步地，所述微型检测设备通过超声波或伽马射线或X光来对工程结构进行检测。
进一步地，所述微型检测设备采用无线充电方式充电。
由上述描述可知，微型检测设备包括无线充电装置，无线充电装置可以使微型检测设备直接在监测网内进行充能，而无需反复取出补充能量，提高了监测效率。
实施例一
一种工程结构健康监测方法，包括如下步骤；
步骤一、在工程结构的承重构件进行混凝土浇捣前将导电高分子材料管布设于承重构件内，同一承重构件可布置一个或多个导电高分子材料管，相邻的导电高分子材料管之间通过连通用的导电高分子材料管进行连接，最终形成监测网；
步骤二、向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检；
步骤三、将微型检测设备检测得到的数据无线传输至外部的计算设备；
步骤四、并定期对监测网进行电阻检测；
步骤五、根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况；
所述监测网由局部监测网连接形成，所述局部监测网为层状网或片状网或立体状网，所述局部监测网上设有可拆接的节段，所述节段为导电高分子材料管，所述节段与局部监测网连接时，微型检测设备可由节段处通过，所述节段从局部监测网上拆下时，可使用电阻检测设备对局部监测网进行电阻检测。
所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中间层导电，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
所述微型检测设备包括超声波收发装置或伽马射线装置或X光探伤仪，所述微型检测设备通过超声波或伽马射线或X光来对工程结构进行检测，所述微型检测设备还具有无线充电设备并采用无线充电方式充电。
实施例二
一种工程结构健康监测方法，包括如下步骤；
步骤一、在工程结构的承重构件进行混凝土浇捣前将导电高分子材料管布设于承重构件内，同一承重构件可布置一个或多个导电高分子材料管，相邻的导电高分子材料管之间通过连通用的导电高分子材料管进行连接，最终形成监测网；
步骤二、向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检，所述微型检测设备包括超声波收发装置，所述微型检测设备通过超声波收发装置来对工程结构进行检测；
在某些实施例中，微型检测设备具体可以为具有无线充电、无线传输和检测监测功能的小型机器虫，所述小型机器虫可以定速定期巡检，也可以在接收到由外部的计算设备所发出的地震预警信号时原地停步并接收被监控主体结构(工程结构)的加速度、速度等信息，并向外部的计算设备无线传输所获信息；所述小型机器虫还具有探测生命体征功能，在建(构)筑物灾变坍塌时向外发射探测到的生命信息，提供救援帮助；
步骤三、将微型检测设备检测得到的数据通过无线传输设备无线传输至外部的计算设备，所述计算设备应具备接收地震信息网发布的地震预警信号以及接收小型机器虫发出的监测信息功能，并能对各类监测信息进行分类比较、判断，及时发布预警信息，无线传输设备包括但不限于WIFI设备、蓝牙设备、基站通信设备等；
步骤四、定期对监测网进行电阻检测，将电阻检测的结果输入至计算设备内，并与微型检测设备检测得到的数据结合进行对比分析；
步骤五、根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况；
所述监测网由局部监测网连接形成，所述局部监测网为层状网或片状网或立体状网，所述局部监测网可根据工程结构具体形式不同而选择不同的构建方式：在某些实施例中，工程结构为坝体时，局部监测网可按等间距均匀构建，一定范围的坝体设置一组立体状的监测网；在某些实施例中，工程结构为建筑物时，局部监测网可按同一竖向剖面内的柱(混凝土墙)及主梁连通构建成一组片状的监测网；在某些实施例中，工程结构为桥时，局部监测网可按同一跨度内的梁、板连通构建成一组层状的监测网；在某些实施例中，对于预制装配式的建筑、桥梁等，可以将导电高分子材料管在结构构件预制时同步置入，在现场进行结构构件装配时连通各材料管形成监测网；
所述局部监测网上设有可拆接的节段，所述节段设置于便于后续检测工作的位置，如坝顶、屋顶、桥边等，所述节段为导电高分子材料管，所述节段与局部监测网连接时，微型检测设备可由节段处通过，所述节段从局部监测网上拆下时，可使用电阻检测设备对局部监测网进行电阻检测；
所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中间层导电，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接；
所述导电高分子材料是指具有导电功能、电导率在10-6s/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大规模成材，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态(10-9到105s/cm)的范围里变化。按照材料的结构与组成，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两类。结构型(或称本征型)导电高分子材料是高分子材料本身所“固有”的导电性，由聚合物结构提供载流子。复合型导电高分子材料是指高分子材料本身不具有导电性，但在加工成型时加入导电性填料，如炭黑、金属粉末等，通过分散复合、层基复合、表面复合等方法，使制品具有导电性，其中分散复合最为常见。
对于预制装配式建筑、桥梁等，可以将导电高分子材料管在结构构件预制时同步置入，在现场进行结构构件装配时连通各材料管形成监测网，
实施例三
如图1至6，一种能够实时监测工程结构健康的建筑物，包括建筑物本体、监测网和微型检测设备6；
所述建筑物本体包括结构柱1、框架梁2、钢筋混凝土墙3和基础梁4，所述基础梁4底端设有用于支撑整个建筑物本体的基础41；
所述监测网包括多个相互连接的导电高分子材料管5，所述导电高分子材料管5布设于结构柱1、框架梁2、钢筋混凝土墙3和基础梁4内部，所述监测网还包括可拆接的节段51，所述节段51连接于相邻的导电高分子材料管5之间，所述节段51设置于建筑物本体外部；
所述微型检测设备6设置于导电高分子材料管5内，所述微型检测设备6可沿监测网的网路方向往复移动，所述微型检测设备6包括超声波收发装置、无线信号传输装置和无线充电装置，所述微型检测设备6通过超声波收发装置来对建筑物本体进行检测并通过无线信号传输装置将检测的信号发送至外部的计算设备，所述微型检测设备6还包括无线充电装置并采用无线充电方式充电。
综上所述，本发明提供的有益效果在于：本发明意图通过在工程结构(建/构筑物、桥、坝等)承重结构构件内布设电导率为半导体性质且相互连通的高分子材料管，形成工程结构体的整体监测网，借助管材内放置的可无线充电、无线传输并具备检测监测功能的小型机器虫，对工程结构体进行定期巡检或视需要定点连续监测，同时将巡检监测数据无线传输至结构体外的计算机进行比对分析。以此建立一种长期的高效的基于无线传感器网络技术的结构安全监测系统。此外，本发明还可通过定期对半导体材料构建的监测网进行电阻检测，据此判断结构构件是否被非法拆除或构件断裂或构件性能发生重大变化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种工程结构健康监测方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤一、在工程结构的承重构件内部布设相互连通的导电高分子材料管，形成监测网；
步骤二、向导电高分子材料管内放置可移动的微型检测设备，使微型检测设备在监测网内往复巡检；
步骤三、将微型检测设备检测得到的数据无线传送至外部的计算设备；
步骤四、定期对监测网进行电阻检测；
步骤五、根据微型检测设备检测得到的数据结合电阻检测的结果对工程结构的状态进行分析并判断工程结构的健康状况。
2.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述步骤一具体为：在工程结构的承重构件进行混凝土浇捣前将导电高分子材料管布设于承重构件内，同一承重构件可布置一个或多个导电高分子材料管，相邻的导电高分子材料管之间通过连通用的导电高分子材料管进行连接，最终形成监测网。
3.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述监测网由局部监测网连接形成，所述局部监测网为层状网或片状网或立体状网。
4.根据权利要求3所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述局部监测网上设有可拆接的节段，所述节段为导电高分子材料管，所述节段与局部监测网连接时，微型检测设备可由节段处通过，所述节段从局部监测网上拆下时，可使用电阻检测设备对局部监测网进行电阻检测。
5.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中间层导电。
6.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
7.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述微型检测设备通过超声波或伽马射线或X光来对工程结构进行检测。
8.根据权利要求1所述工程结构健康监测方法，其特征在于，所述微型检测设备采用无线充电方式充电。
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