CN113884110A - 一种智能建筑传感器检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能建筑传感器检测方法，包括以下步骤：101、在建筑物浇筑前，将光纤光栅传感器布设在建筑物钢筋骨架的钢筋上；102、步骤101后，用混凝土浇筑、振捣；103、建立建筑物钢筋倾斜模型；104、根据光纤光栅传感器检测数据，通过钢筋倾斜模型计算得出建筑物倾斜位移。本发明采用光纤光栅传感器，具有测量精度高、传输距离长、可操作性强、耐久实用、自动采集数据等优点，同时，不受天气、建筑物周围环境及建筑高度的影响，能够弥补目前建筑物倾斜度检查方法中存在的不足。
Description
技术领域
本发明涉及建筑监测技术领域，具体地说是一种智能建筑传感器检测方法。
背景技术
建筑物在施工或使用过程中，因各种原因常常会发生变形，这种变形如果超过建筑物的标准值，就会影响建筑物正常使用，甚至危及建筑物的安全，影响生命财产安全。因此，在工程建筑施工和运营期间，需要对建筑物进行变形监测。变形监测内容主要包括位移、沉降、倾斜、裂缝等方面的监测，其中，倾斜监测是建筑物变形的主要内容之一，也是衡量建筑物安全的一项重要指标。
常用的倾斜监测方法包括吊锤线法、经纬仪投测法、激光铅锤仪投测法及全站仪测量法，吊锤线法、经纬仪投测法容易受外界风力、场地条件影响，在高层建筑垂直度检查过程中操作困难、精度较低，只适用于较低建筑物或竖向轴线传递的情况；激光铅锤仪投测法需要预留孔洞的大小在施工中不易掌握，其尺寸小了不便于投测，大了不利于仪器和人员的安全，不适用于建筑物上方遮挡物较多的情况；全站仪目前在工程测量中普遍使用，但该方法对周围环境通视性要求较高，监测时受天气影响大，且有一定监测距离的限制。
光纤光栅传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型监测技术，光纤传感技术成为传感技术的先导，在某些重要领域，如惯性导航、军用告警、智能材料结构、测试与控制、机器人及信息处理等方面得到广泛应用。
因此，如何提供一种智能建筑传感器检测方法，以实现检查数据准确、安装操作方便、适用范围广，不受外界环境、场地条件的影响，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种智能建筑传感器检测方法，以实现检查数据准确、安装操作方便、适用范围广，不受外界环境、场地条件的影响。
为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。
一种智能建筑传感器检测方法，包括以下步骤：
101、在建筑物浇筑前，将光纤光栅传感器布设在建筑物钢筋骨架的钢筋上；
102、步骤101后，用混凝土浇筑、振捣；
103、建立建筑物钢筋倾斜模型；
104、根据光纤光栅传感器检测数据，通过钢筋倾斜模型计算得出建筑物倾斜位移。
优选地，所述步骤101中布设光纤光栅传感器的钢筋位于建筑物外侧的角柱上，且靠近角柱的外侧。
优选地，所述步骤101中将光纤光栅传感器用粘结胶固定在钢筋上，所述粘结胶的弹性模量与所述钢筋的弹性模量相同。
优选地，所述步骤101中粘结胶凝固后再次用固定带将光纤光栅传感器和钢筋缠绕，所述固定带为纱布或防水胶带。
优选地，所述步骤101中光纤光栅传感器以成对的方式布设在钢筋的X轴、Y轴方向，所述X轴、Y轴方向均为垂直于建筑物外墙面和沿着建筑物外墙面的方向。
优选地，所述步骤103中建立建筑物钢筋倾斜模型包括以下步骤：
201、先定义光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的关系；
202、计算每层建筑物沿X轴和Y轴方向的倾斜位移；
203、计算每层建筑物节点处的倾斜位移VS；
204、计算顶层建筑物节点处的倾斜位移V；
205、定义倾斜公式，得出建筑物倾斜位移i。
优选地，所述步骤201中光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的计算公式为：
式中：
为钢筋的平均应变，ΔL为钢筋单元的总变形量，L为钢筋单元的长度。
优选地，步骤202中沿X轴和Y轴方向的钢筋的平均应变计算公式为：
式中：
为沿X轴方向钢筋的平均应变，
为沿Y轴方向钢筋的平均应变，εX1和εX2为沿X轴方向一对光纤光栅传感器的应变值，εY1和εY2为一对光纤光栅传感器的应变值；
定义钢筋产生的应变和光纤光栅传感器产生的应变相等，由此得出：
由此得出，沿X轴和Y轴方向的建筑物倾斜位移：
式中：VX为建筑物沿X轴方向倾斜的位移，VY为建筑物沿Y轴方向倾斜的位移。
优选地，步骤203中每层建筑物节点处的倾斜位移VS为：
所述步骤204中顶层建筑物节点处的倾斜位移V为每层建筑节点处的倾斜位移之和，即：
优选地，步骤205中建筑物倾斜位移i的计算公式为：
本发明所获得的有益技术效果：
1)本发明解决了现有技术中所存在的缺陷，本发明采用光纤光栅传感器，具有测量精度高、传输距离长、可操作性强、耐久实用、自动采集数据等优点，同时，不受天气、建筑物周围环境及建筑高度的影响，能够弥补目前建筑物倾斜度检查方法中存在的不足；
2)本发明先将光纤光栅传感器连同钢筋埋入建筑角柱中，利用测得的应变数值和几何结构关系，建立得到建筑物钢筋倾斜模型，检测数据精度高；
3)本发明适用范围广，不仅适用于低层建筑物，也适用于中高层、高层及超高层建筑物的倾斜度检测。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明中光纤光栅传感器的布设图；
图2是本发明中光纤光栅传感器布设的俯视图；
图3是本发明中计算钢筋倾斜位移的简化图。
在以上附图中：1、角柱；2、钢筋；3、光纤光栅传感器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
实施例1
一种智能建筑传感器检测方法，包括以下步骤：
101、在建筑物浇筑前，将光纤光栅传感器3布设在建筑物钢筋骨架的钢筋2上。
其中，如附图1所示，布设光纤光栅传感器3时，挑选位于建筑物外侧角柱1上的钢筋2，且钢筋2靠近角柱1的外侧，以免浇筑混凝土时，破坏光纤光栅传感器3。
进一步的，如附图2所示，光纤光栅传感器3以成对的方式布设在钢筋2的X轴、Y轴方向，所述X轴、Y轴方向均为垂直于建筑物外墙面和沿着建筑物外墙面的方向。
进一步的，将光纤光栅传感器3用粘结胶固定在钢筋2上，所述粘结胶的弹性模量与所述钢筋2的弹性模量相同，以保证光纤光栅传感器3与钢筋2变形一致；粘结胶凝固后再次用固定带将光纤光栅传感器3和钢筋2缠绕，所述固定带为纱布，防止光纤光栅传感器3在混凝土浇筑振捣过程中脱离。
可替代的，所述固定带为防水胶带，防止光纤光栅传感器3在混凝土浇筑振捣过程中脱离。
进一步的，钢筋2上粘贴光纤光栅传感器3的位置与墙体倾斜方向垂直。
光纤光栅传感器3布设完成，连接光纤光栅调制解调仪，对光纤光栅传感器3初始数据清零。
102、步骤101后，用混凝土浇筑、振捣。
103、建立建筑物钢筋倾斜模型。
建立建筑物钢筋倾斜模型，包括以下步骤：
201、先定义光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的关系；
光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的计算公式为：
式中：
为钢筋的平均应变，ΔL为钢筋单元的总变形量，L为钢筋单元的长度。
202、计算每层建筑物沿X轴和Y轴方向的倾斜位移；
沿X轴和Y轴方向的钢筋的平均应变计算公式为：
式中：
为沿X轴方向钢筋的平均应变，
为沿Y轴方向钢筋的平均应变，εX1和εX2为沿X轴方向一对光纤光栅传感器的应变值，εY1和εY2为一对光纤光栅传感器的应变值；
定义钢筋产生的应变和光纤光栅传感器产生的应变相等，由此得出：
相对建筑物高度而且，倾斜变形较小，如附图3所示，根据勾股定理，由此得出，沿X轴和Y轴方向的建筑物倾斜位移：
式中：VX为建筑物沿X轴方向倾斜的位移，VY为建筑物沿Y轴方向倾斜的位移。
203、计算每层建筑物节点处的倾斜位移VS；
每层建筑物节点的的倾斜位移为建筑物沿X轴方向和Y轴方向倾斜位移的矢量和，即每层建筑物节点处的倾斜位移VS为：
204、计算顶层建筑物节点处的倾斜位移V；
将建筑物结构等效一根悬臂梁，每层结构倾斜变形是由该层产生的倾斜变形及其以下结构产生的倾斜变形之和，由此得出，顶层建筑物节点处的倾斜位移V为每层建筑节点处的倾斜位移之和，即：
205、定义倾斜公式，得出建筑物倾斜位移i。
建筑物倾斜i的计算公式为：
式中：V为建筑物的倾斜位移，H为建筑物的高度。
建筑物倾斜位移i的计算公式为：
104、根据光纤光栅传感器检测数据，通过钢筋倾斜模型计算得出建筑物倾斜位移。
本实施例检测方法得到的数据通过全站仪验证，倾斜位移的相对误差平均在2％范围内，从而证明检测数据的有效性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能建筑传感器检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、在建筑物浇筑前，将光纤光栅传感器布设在建筑物钢筋骨架的钢筋上；
102、步骤101后，用混凝土浇筑、振捣；
103、建立建筑物钢筋倾斜模型；
104、根据光纤光栅传感器检测数据，通过钢筋倾斜模型计算得出建筑物倾斜位移。
2.根据权利要求1所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤101中布设光纤光栅传感器的钢筋位于建筑物外侧的角柱上，且靠近角柱的外侧。
3.根据权利要求1所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤101中将光纤光栅传感器用粘结胶固定在钢筋上，所述粘结胶的弹性模量与所述钢筋的弹性模量相同。
4.根据权利要求4所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤101中粘结胶凝固后再次用固定带将光纤光栅传感器和钢筋缠绕，所述固定带为纱布或防水胶带。
5.根据权利要求1所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤101中光纤光栅传感器以成对的方式布设在钢筋的X轴、Y轴方向，所述X轴、Y轴方向均为垂直于建筑物外墙面和沿着建筑物外墙面的方向。
6.根据权利要求1或3所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤103中建立建筑物钢筋倾斜模型包括以下步骤：
201、先定义光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的关系；
202、计算每层建筑物沿X轴和Y轴方向的倾斜位移；
203、计算每层建筑物节点处的倾斜位移VS；
204、计算顶层建筑物节点处的倾斜位移V；
205、定义倾斜公式，得出建筑物倾斜位移i。
7.根据权利要求6所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤201中光纤光栅传感器产生的应变与光纤光栅长度的计算公式为：
式中：
为钢筋的平均应变，ΔL为钢筋单元的总变形量，L为钢筋单元的长度。
8.根据权利要求1-5任一项所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤202中沿X轴和Y轴方向的钢筋的平均应变计算公式为：
式中：
为沿X轴方向钢筋的平均应变，
为沿Y轴方向钢筋的平均应变，εX1和εX2为沿X轴方向一对光纤光栅传感器的应变值，εY1和εY2为一对光纤光栅传感器的应变值；
定义钢筋产生的应变和光纤光栅传感器产生的应变相等，由此得出：
由此得出，沿X轴和Y轴方向的建筑物倾斜位移：
式中：VX为建筑物沿X轴方向倾斜的位移，VY为建筑物沿Y轴方向倾斜的位移。
9.根据权利要求1-5任一项所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤203中每层建筑物节点处的倾斜位移VS为：
所述步骤204中顶层建筑物节点处的倾斜位移V为每层建筑节点处的倾斜位移之和，即：
10.根据权利要求1-5任一项所述的智能建筑传感器检测方法，其特征在于，所述步骤205中建筑物倾斜位移i的计算公式为：
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