CN211824840U - 超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的属于钢结构安装技术领域，具体为超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，包括：传感器子系统、数据采集与传输子系统、安全评定和报警预警系统；其中，所述传感器子系统包括多个安装在钢结构及建筑物表面的应变计，和多个温度传感器，所述温度传感器用于监测安装位置的温度；所述数据采集与传输子系统包括硬件模块和软件模块两个部分，硬件模块包括数据传输光缆、数模转换卡和传感器子系统配套解调仪；保证钢结构由焊接过程导致的钢构件应力的突变或者持续增大将会给钢结构安全带来冲击前就能通过系统自动实现结构的预警，人为干预将安全事故消灭。
Description
技术领域
本实用新型涉及钢结构安装技术领域，具体为超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统。
背景技术
结构合拢的概念是将若干个独立的结构板块在满足合拢温度条件的情况下连接为一个整体，合拢温度指钢结构构件的平均温度，严格控制合拢温度对于保证结构具有合理的初始应力与使用期间的安全性具有非常重大的意义。迄今为止，合拢的概念主要用在桥梁等单向长度很大的结构形式。温度变化在大跨度结构中引起的内力与变形对结构安全也有很大影响，太阳辐射照度引起结构温升的计算方法在相关的结构设计规范中没有明确规定，可以参考的经验很少。范重等结合国家体育场大跨度钢结构的平面尺度很大，主要采用外露的焊接薄壁箱形构件，温度效应比较显著，且由于钢结构施工工期超过一年，季节温度变化很大，考虑到本工程的特殊性，首次在大跨度屋盖结构设计中提出合拢的要求，同时提出明确的合拢温度；郭彦林等对CCTV新台址主楼大悬臂合拢前后两塔楼的受力性能和变形趋势由“单独受力，独立变形”转变为“共同受力，协调变形”，而温度变化对合拢阶段结构的内力和位形有较大影响，尤其是对“七点对接”的7根构件是否安全有很大影响。国内外对超大钢结构荷载因素的技术研究，主要体现在风荷载、地震荷载作用下结构的受力特性，但对温度荷载作用下超大环形钢结构温度应力的研究较少，特别是超大环形钢结构合拢温度方面的研究不足。计算温度内力的难点在于准确确定温度场，但目前《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中没有给出建筑结构的温度场分布。
对于超大环形钢结构来说，结构安装完成后，环境温度变化将在结构中引起内力变化，且合拢温度变化会产生温度应力，对结构的受力和位移影响大，并且随温度的改变而改变，超大环形钢结构合拢跨度大，温度变形和应力大，合拢口数量多，温度控制要求高，因此对合拢温度的研究尤为重要。超大环形钢结构因其结构特点独特，合拢温度要求严格，影响因素较多，由于工程工期延后较为严重，导致钢结构合拢一定在夏天完成，无法达成原计划的低温合拢要求，因此，本课题组将超大环形钢结构合拢阶段温度分布及内力响应作为研究对象，主要研究适温(由设计确定为不高于23度)合拢时，焊接应力对于钢结构的内力影响情况分析。
超大环形钢结构的合拢跨度大、温度变形和应力大，同时合拢数量较多；这导致项目对于合拢温度控制和合拢后钢构件应力情况更加关心，对于钢结构的安装质量影响越大，为此，课题组采用由应变计和温度计、多通道无线解调仪、4G、云平台等组成的钢构件自动采集云系统被提出并应用于合拢温度选取、焊接残余应力监测中，获取了项目构件温度的演化规律和焊接残余应力的发展情况。。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，以达到自动实时获取焊接前后一段时间内的钢构件应力变化的目的。
为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了如下技术方案：
一种超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，包括：传感器子系统、数据采集与传输子系统、安全评定和报警预警系统；其中，
所述传感器子系统包括多个安装在钢结构及建筑物表面的应变计，和多个温度传感器，所述温度传感器用于监测安装位置的温度；
所述数据采集与传输子系统包括硬件模块和软件模块两个部分，硬件模块包括数据传输光缆、数模转换卡和传感器子系统配套解调仪，软件模块设备采用 BGK-MICRO-40自动化数据采集仪—分布式网络测量系统；
所述安全评定和报警预警系统包括传感器模块、数据采集模块、数据库管理模块、安全预警模块；用于传感器模块各监控传感器数据实时采集，接收到数据如果有异常，通过APP实现多种手段报警，报警方式包括短信、手机亮屏或震动，并将数据上传到数据库管理模块，安全预警模块根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、安全评估、预警。
作为本实用新型所述的超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统的一种优选方案，其中：所述应变计采用基康仪器股份有限公司生产的“BGK-4000”弧焊型振弦式应变计。
与现有技术相比：本实用新型所述的一种超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，
1)集合智能化和信息化于一体，实现钢结构合拢位置焊接残余应力相关参数自感知；
2)数据传输全部为无线，实现数据传输自动化；
3)手机APP中集成预警和评估软件，实现钢结构合拢位置焊接残余应力的自感知；
保证钢结构由焊接过程导致的钢构件应力的突变或者持续增大将会给钢结构安全带来冲击前就能通过系统自动实现结构的预警，人为干预将安全事故消灭。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本实用新型进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1，本实用新型提供一种超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，其特征在于，包括：传感器子系统、数据采集与传输子系统、安全评定和报警预警系统；其中，
所述传感器子系统包括多个安装在钢结构及建筑物表面的应变计，和多个温度传感器，所述温度传感器用于监测安装位置的温度；所述应变计采用基康仪器股份有限公司生产的“BGK-4000”弧焊型振弦式应变计，应变计用于安装在钢结构及其它建筑物表面，测量结构的应变。仪器与待测钢结构的温度膨胀系数相同，所以很少需要温度校正，内置的温度传感器可以同时监测安装位置的温度；采用不锈钢制造的振弦式应变计，具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。传感器由专用的四芯屏蔽电缆传输频率和温度电阻信号，频率信号不受电缆长度的影响。适合在恶劣的环境下长期监测建筑物的应变变化；BGK-4000型已带有安装块，可直接作为钢板应力计使用。
所述数据采集与传输子系统包括硬件模块和软件模块两个部分，硬件模块包括数据传输光缆、数模转换卡和传感器子系统配套解调仪，软件模块设备采用 BGK-MICRO-40自动化数据采集仪—分布式网络测量系统；
所述安全评定和报警预警系统包括传感器模块、数据采集模块、数据库管理模块、安全预警模块；用于传感器模块各监控传感器数据实时采集，接收到数据如果有异常，通过APP实现多种手段报警，报警方式包括短信、手机亮屏或震动，并将数据上传到数据库管理模块，安全预警模块根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、安全评估、预警。
具体的应用方法如下：
步骤1：分析具体钢结构工程合拢位置焊接施工特点，通过有限元通用软件对钢结构合拢施工过程仿真模拟分析，确定合拢位置的易损位置；
步骤2：根据易损性分析结果确定合拢位置钢构件上传感器布点位置和采集仪器，并由仪器特性和传感需求优化传感器子系统和数据采集与传输子系统；
步骤3：根据现场施工情况完成综合布线及系统集成，传感器子系统中的应变计的数据线沿钢杆件表面走线，钢杆上设置不锈钢线夹，每隔一定距离将电缆与钢索固定在一起，不锈钢线夹以螺丝固定，电缆沿钢索顺延至钢构件上，构件上可以预先设置 PVC套管，数据线穿于套管内，集结于数据采集处，尽量采用弱电工程的线槽进行线路行走，必要时自行铺设线槽；
步骤4：系统集成完成后开始数据采集及无线传输。本项目的仪器需要完成自动化采集，因此选用具有无线传输和采集功能的相应仪器设备。自动化测试仪选用具有 BGK-MICRO-40型自动化数据采集仪----分布式网络测量系统；
步骤5：系统调试、设备连接测试。设备的连接根据系统拓扑图和物理连接图进行连接。连接线缆最好贴上对应的标签，以便以后维护和排故方便，防止连接端口错误；
步骤6：软件系统为将采集的数据进行对于结构分析有利的编辑和存储，监测中心根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、安全评估、预警。
虽然在上文中已经参考实施方式对本实用新型进行了描述，然而在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本实用新型所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本实用新型并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (2)
1.一种超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，其特征在于，包括：传感器子系统、数据采集与传输子系统、安全评定和报警预警系统；其中，
所述传感器子系统包括多个安装在钢结构及建筑物表面的应变计，和多个温度传感器，所述温度传感器用于监测安装位置的温度；
所述数据采集与传输子系统包括硬件模块和软件模块两个部分，硬件模块包括数据传输光缆、数模转换卡和传感器子系统配套解调仪，软件模块设备采用BGK-MICRO-40自动化数据采集仪—分布式网络测量系统；
所述安全评定和报警预警系统包括传感器模块、数据采集模块、数据库管理模块、安全预警模块；用于传感器模块各监控传感器数据实时采集，接收到数据如果有异常，通过APP实现多种手段报警，报警方式包括短信、手机亮屏或震动，并将数据上传到数据库管理模块，安全预警模块根据接收到的大量数据自动完成的数据分析、安全评估、预警。
2.根据权利要求1所述的超大钢结构合拢位置焊接残余应力监测系统，其特征在于，所述应变计采用基康仪器股份有限公司生产的“BGK-4000”弧焊型振弦式应变计。
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