CN116542111B - 一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法及其系统，属于智能建筑和智能运维技术领域，包括：建立待监测装配式建筑物的CAE仿真模型，并进行仿真计算，得到待监测装配式建筑物结构的变形、应力；根据所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力确定需要进行结构健康监测的结构连接节点，并布设相应的监测传感器；根据监测传感器检测到的监测数据，计算得到连接节点结构疲劳寿命，从而对装配式房屋建筑连接节点结构耐久性进行评估；建立待监测装配式房屋建筑的BIM模型，将仿真计算结果、监测数据、耐久性评估数据融合显示于BIM模型。为房屋建筑维护提供技术支撑，提高装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋建筑的居住质量。
Description
技术领域
本发明涉及智能建筑和智能运维技术领域，特别涉及一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法及其系统。
背景技术
当前智能建筑和智能运维基本上是把物联网技术应用于建筑领域，数字孪生体的建立融合了BIM模型、CAE仿真模型和物联网数据，为装配式建筑智能化和运维智能化提供了技术平台。
装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作专业到工厂中进行，在工厂加工制作好建筑用固件和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等)，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑。
装配式建筑构建由工厂化批量生产，施工现场拼装而成，因此必然会留下拼装的接缝，若是处理不当就会留下安全隐患。
结构连接节点，是装配式建筑需要关注的重点，处理不好就会影响装配式房屋建筑结构耐久性，降低装配式房屋建筑居住质量。
发明内容
本发明的目的在于考虑结构连接节点的耐久性，装配式建筑需要关注的重点是结构连接节点，如果处理不好就会影响装配式房屋建筑结构耐久性，降低装配式房屋建筑居住质量，提供一种装配式房屋建筑连接点结构健康监测方法及其系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法，包括以下步骤：
S1：建立待监测装配式建筑物的CAE仿真模型，并进行仿真计算，得到所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力；
S2：根据所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力，在结构变形或应力较大的部位选择需要进行结构健康监测的结构连接节点，并布设相应的监测传感器；
S3：根据所述监测传感器检测到的监测数据，计算得到连接节点结构疲劳寿命，从而对装配式房屋建筑连接节点结构耐久性进行评估；
S4：建立待监测装配式房屋建筑的BIM模型，将仿真计算结果、所述监测数据、耐久性评估数据融合显示于所述BIM模型。
采用上述技术方案，CAE仿真数据、监测数据和BIM模型共同建立起了一个数字孪生体，实现了装配式房屋建筑从设计到建造到运维全生命周期的数据共享，提高了可视化智能化能力，为建筑智能化和运维智能化提供了先进的数字化可视化智能化方案，提高了装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋建筑的居住质量。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1包括：采用CAE仿真技术，选择关键的需要监测的变形或应力较大的结构连接节点，所述结构连接节点包括结构变形或应力较大的位置和楼顶。
作为本发明的优选方案，所述步骤S2所述的布设相应的监测传感器包括：在所述结构变形或应力较大的位置设置光纤光栅埋入式应变计，用于采集结构应变数据；
在所述楼顶设置光纤光栅倾角仪，用于采集房屋沉降数据。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3包括：对所述待监测装配式房屋建筑结构内部不同的所述结构连接节点的所述变形数据进行相关性分析，并结合所述房屋沉降数据如果这些数据的相关性较高可以判断所述待监测装配式房屋建筑是整体变形，否则是局部变形，整体变形则是房屋沉降引起，局部变形则是房屋连接节点结构本身造成，再根据结构疲劳强度理论，计算得到所述结构连接节点的疲劳寿命，从而得到所述结构连接节点的耐久性评估信息。
作为本发明的优选方案，所述结构疲劳强度计算包括根据监测数据对连接节点结构疲劳强度进行动态跟踪计算。
另一方面，公开了一种根据上述任一所述的装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的装配式房屋建筑连接节点结构健康监测系统，包括：多个光纤光栅埋入式应变计、多个光纤光栅倾角仪、光纤解调仪主机、PC端及移动端，多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪均通过光缆与所述光纤解调仪主机通信连接，所述光纤解调仪主机与所述PC端及所述移动端通信连接；
所述光纤光栅埋入式应变计用于采集结构变形数据；
所述光纤光栅倾角仪用于采集房屋沉降数据；
所述光纤解调仪主机用于将所述光纤传感器的采集数据进行解调和处理；
所述PC端用于建立所述装配式房屋建筑的CAE仿真模型和BIM模型，所述BIM模型用于表达所述装配式房屋建筑的结构和多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪的布设位置；
所述BIM模型用于加载仿真数据、监测数据、耐久性评估数据，并且还能够在所述移动端浏览。
采用上述技术方案，在整体上建立BIM模型和CAE模型，局部上在装配式房屋建筑的关键连接节点布设光纤光栅埋入式应变计和光纤光栅倾角仪，仿真计算结果与实时采集的动态变形数据都在装配式建筑BIM模型上进行可视化展示并进行比较分析，对装配式房屋建筑结构的结构连接节点的健康状况进行评估，提高了装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋的居住质量，并且该系统硬件投入少，降低了装配式房屋建筑结构连接点的监测费用。
作为本发明的优选方案，所述光纤光栅埋入式应变计设置在结构变形较大的位置，所述光纤光栅倾角仪设置在楼顶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：CAE仿真模型、动态变形数据和BIM模型共同建立起了一个数字孪生体，实现了装配式房屋建筑从设计到建造到运维全生命周期的数据共享，提高了可视化智能化能力，为建筑智能化和运维智能化提供了先进的数字化可视化智能化方案，在整体上建立BIM模型和CAE模型，局部上在装配式房屋建筑的关键连接节点布设光纤光栅埋入式应变计和光纤光栅倾角仪，仿真计算结果与实时采集的动态变形数据都在装配式建筑BIM模型上进行可视化展示并进行比较分析，对装配式房屋建筑结构的结构连接节点的健康状况进行评估，提高了装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋的居住质量，并且该系统硬件投入少，降低了装配式房屋建筑结构连接点的监测费用。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的流程图；
图2为本发明实施例1所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的建立的BIM模型图；
图3为本发明实施例2所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的CAE仿真模型的仿真计算结果图；
图4为本发明实施例2所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的监测传感器的位置图；
图5为本发明实施例3所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：建立待监测装配式建筑物的CAE仿真模型，并进行仿真计算，得到所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力；
所述步骤S1包括：所述步骤S1包括：采用CAE仿真技术，选择关键的需要监测的变形或应力较大的结构连接节点，所述结构连接节点包括结构变形或应力较大的位置和楼顶；
S2：根据所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力，在结构变形或应力较大的部位选择需要进行结构健康监测的结构连接节点，并布设相应的监测传感器；
所述步骤S2所述的布设相应的监测传感器包括：在所述结构变形或应力较大的位置设置光纤光栅埋入式应变计，用于采集结构应变数据；
在所述楼顶设置光纤光栅倾角仪，用于采集房屋沉降数据；
S3：根据连接节点结构监测数据，计算得到连接节点结构疲劳寿命，从而对装配式房屋建筑连接节点结构耐久性进行评估；
所述步骤S3包括：对所述待监测装配式房屋建筑结构内部不同的所述结构连接节点的所述变形数据进行相关性分析，并结合所述房屋沉降数据如果这些数据的相关性较高可以判断所述待监测装配式房屋建筑是整体变形，否则是局部变形，整体变形则是房屋沉降引起，局部变形则是房屋连接节点结构本身造成，再根据结构疲劳强度理论，计算得到所述结构连接节点的疲劳寿命，从而得到所述结构连接节点的耐久性评估信息。
其中，连接节点结构疲劳寿命与其本身的应力状态有关，根据结构疲劳强度理论其应力值应该低于连接节点结构材料的疲劳强度极限，连接节点结构应力值可以通过所监测的连接节点结构变形数据及其材料机械性能参数计算得到。
S4：如图2所示，建立待监测装配式房屋建筑的BIM模型，将仿真计算结果、连接节点结构监测数据、耐久性评估数据融合显示于所述BIM模型，实现三维动态数据可视化。
所述结构疲劳强度计算包括根据监测数据对连接节点结构疲劳强度进行动态跟踪计算。
采用上述技术方案，CAE仿真模型、动态变形数据和BIM模型共同建立起了一个数字孪生体，实现了装配式房屋建筑从设计到建造到运维全生命周期的数据共享，提高了可视化智能化能力，为建筑智能化和运维智能化提供了先进的数字化可视化智能化方案，提高了装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋建筑的居住质量。
实施例2
本实施例为实施例1的具体实施例；
一工程项目包括住宅及其配套设施，以7号楼为例说明装配式房屋建筑连接节点结构健康监测数字孪生体应用，7号楼地下为2层。装配式房屋建筑结构的CAE有限元建模与仿真，如图3所示。通过仿真计算发现，在建筑结构的第三层，也就是装配式结构的第一层，应力最大。在建筑结构的第十层，层间位移角最大。因此，确定在这两层设置监测点。如图4所示，在这两层的结构应力或变形较大的监测点设置光纤光栅埋入式应变计，在楼顶设置光纤光栅倾角仪。
数据包括：结构变形数据、房屋沉降数据、以及通过CAE仿真模型得到的计算数据。
仿真计算反映了装配式房屋建筑结构变形规律，光纤传感监测给出了装配式房屋建筑结构变形定解，两者相结合可以全面描述装配式房屋建筑结构变形状态。
装配式房屋建筑结构内部不同监测点变形数据对比分析，并结合房屋建筑沉降数据，可以判断房屋建筑结构变形是整体的还是局部的；这些结构监测数据都是动态的，通过计算可以得到连接节点结构在设定评估周期内的应力均方根值，根据结构疲劳强度理论，连接节点结构应力均方根值的三倍应该小于其材料疲劳强度极限，以保证装配式房屋建筑连接节点结构的耐久性。
实施例3
一种根据实施例1所述的装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的装配式房屋建筑连接点结构健康监测系统，如图5所示，包括：多个光纤光栅埋入式应变计、多个光纤光栅倾角仪、光纤解调仪主机、PC端及移动端，多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪均通过光缆与所述光纤解调仪主机通信连接，所述光纤解调仪主机与所述PC端及所述移动端通信连接；
所述光纤光栅埋入式应变计用于采集结构变形数据；
所述光纤光栅倾角仪用于采集房屋沉降数据；
所述光纤解调仪主机用于将所述光纤传感器的采集数据进行解调和处理；
所述PC端用于建立所述装配式房屋建筑的CAE仿真模型和BIM模型，所述BIM模型用于表达所述装配式房屋建筑的结构和多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪的布设位置；
所述BIM模型用于加载仿真数据、监测数据、耐久性评估数据，并且还能够在所述移动端浏览。
所述光纤光栅埋入式应变计设置在结构变形或应力较大的位置，所述光纤光栅倾角仪设置在楼顶。
采用上述技术方案，在整体上建立BIM模型和CAE模型，局部上在装配式房屋建筑的关键连接节点布设光纤光栅埋入式应变计和光纤光栅倾角仪，仿真计算结果与实时采集的动态变形数据都在装配式建筑BIM模型上进行可视化展示并进行比较分析，对装配式房屋建筑结构的结构连接节点的健康状况进行评估，提高了装配式房屋建筑结构耐久性，从而提高装配式房屋的居住质量，并且该系统硬件投入少，降低了装配式房屋建筑结构连接点的监测费用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立待监测装配式建筑物的CAE 仿真模型，并进行仿真计算，得到所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力；
S2：根据所述待监测装配式建筑物结构的变形、应力，在结构变形或应力较大的部位选择需要进行结构健康监测的结构连接节点，并布设相应的监测传感器；所述布设相应的监测传感器包括：在所述结构变形或应力较大的位置设置光纤光栅埋入式应变计，用于采集结构的变形数据；在楼顶设置光纤光栅倾角仪，用于采集房屋的沉降数据；
S3：根据所述监测传感器检测到的监测数据，计算得到连接节点结构疲劳寿命，从而对装配式房屋建筑连接节点结构耐久性进行评估；
对所述待监测装配式房屋建筑结构内部不同的所述结构连接节点的所述变形数据进行相关性分析，并结合房屋沉降数据，如果这些数据的相关性较高可以判断所述待监测装配式房屋建筑是整体变形，否则是局部变形，整体变形则是房屋沉降引起，局部变形则是房屋连接节点结构本身造成，再根据结构疲劳强度理论，计算得到所述结构连接节点的疲劳寿命，从而得到所述结构连接节点的耐久性评估信息；
连接节点结构应力值能够通过所监测的连接节点结构变形数据及其材料机械性能参数计算得到；
通过计算得到连接节点结构在设定评估周期内的应力均方根值，根据结构疲劳强度理论，连接节点结构应力均方根值的三倍应该小于其材料疲劳强度极限，以保证装配式房屋建筑连接节点结构的耐久性；
S4：建立待监测装配式房屋建筑的BIM 模型，将仿真计算结果、所述监测数据、耐久性评估数据融合显示于所述BIM 模型。
2.根据权利要求1 所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法，其特征在于，所述步骤S1 包括：采用CAE 仿真技术，选择关键的需要监测的变形或应力较大的结构连接节点，所述结构连接节点包括结构变形或应力较大的位置和楼顶。
3.根据权利要求1 所述的一种装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法，其特征在于，所述计算得到连接节点结构疲劳寿命包括根据监测数据对连接节点结构疲劳强度进行动态跟踪计算。
4.一种根据权利要求1-3 任一所述的装配式房屋建筑连接节点结构健康监测方法的装配式房屋建筑连接节点结构健康监测系统，其特征在于，包括：多个光纤光栅埋入式应变计、多个光纤光栅倾角仪、光纤解调仪主机、PC 端及移动端，多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪均通过光缆与所述光纤解调仪主机通信连接，所述光纤解调仪主机与所述PC 端及所述移动端通信连接；
所述光纤光栅埋入式应变计用于采集结构变形数据；
所述光纤光栅倾角仪用于采集房屋沉降数据；
所述光纤解调仪主机用于将光纤传感器的采集数据进行解调和处理；
所述PC 端用于建立所述装配式房屋建筑的CAE 仿真模型和BIM 模型，所述BIM 模型用于表达所述装配式房屋建筑的结构和多个所述光纤光栅埋入式应变计和多个所述光纤光栅倾角仪的布设位置；
所述BIM 模型用于加载仿真数据、监测数据、耐久性评估数据，并且还能够在所述移动端浏览。
5.根据权利要求4所述的一种装配式房屋建筑连接点结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅埋入式应变计设置在结构变形或应力较大的位置，所述光纤光栅倾角仪设置在楼顶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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