CN102809631A - 一种桁架结构损伤诊断方法 - Google Patents

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杨丽君
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Abstract

本发明公开了一种桁架结构损伤诊断方法，包括以下步骤：首先，在桁架结构的每根杆件中部安装一个无线应变传感器；其次，利用一台无线数据采集仪器，定期采集结构在相同的静态条件下（即结构完全静止，没有发生振动的情况）各杆件的应变值；最后，将采集的数据通过诊断程序，即可对桁架结构的损伤状况作出准确诊断。本案所提的方法，只需要一台无线数据采集仪器和若干个无线应变传感器，易于操作实施，能检测出微小损伤，并能对桁架结构的健康工作状况作长期监测。

Description

一种桁架结构损伤诊断方法
技术领域
本发明属于土木工程学科的结构破损诊断领域，涉及一种桁架结构损伤诊断方法。
背景技术
桁架结构在许多工业及民用建筑中广泛应用，如空间屋架、塔吊、输电塔架、桁架桥梁等。由于使用年限的增长，以及环境腐蚀、灾害荷载等的影响，桁架结构将不可避免的发生损伤，必须对结构中的损伤状况作出及时准确的诊断，以便于维修加固避免灾难性的后果发生。
传统的损伤诊断方法或装置，大多都是利用可视的局部的实验方法，如超声波方法、磁场方法、温度场方法以及采用该方法的各类装置等。然而上述方法或装置，存在如下缺陷：首先，要求事先大概知道损伤位置，其次，要求被检测部位设备可以到达，因此预判性较差，工作量大耗费高，且不适用于大型土木工程结构的损伤诊断。
有鉴于此，本发明人结合从事结构损伤诊断领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种桁架结构损伤诊断方法，方法简便，成本低廉，所需设备简单，易于操作实施，能检测出微小损伤，并能对桁架结构的健康工作状况作长期监测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种桁架结构损伤诊断方法，包括以下步骤：首先，在待测桁架结构的每根杆件中部均安装一个无线应变传感器；其次，利用一台无线数据采集仪器，定期采集待测桁架结构在相同的静态条件下(即结构完全静止，没有发生振动的情况)各杆件的应变值；最后，将采集的数据通过诊断程序，得出待测桁架结构中各杆件的损伤状况诊断结论。
其中，所述诊断程序包括以下步骤：首先，求出每根杆件的应变变化率，即将每次采集的应变数据和上一次采集的应变数据求差值，然后再将差值除以上一次的应变值即得应变变化率；然后将所得的应变变化率跟一个事先定义的阀值做比较，小于阀值所对应的那些杆件即可诊断为未损伤杆件，而大于阀值所对应的那些杆件即可诊断为发生损伤的杆件，且应变变化率越大则说明损伤程度越严重。
进一步，所述诊断程序是指：设由无线数据采集仪器第一次采集的应变数据为                                                
Figure 201210289753X100002DEST_PATH_IMAGE001
(
Figure 352511DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 201210289753X100002DEST_PATH_IMAGE003
为桁架结构的杆件数目，上标“1”表示第一次测量)，第二次采集的应变数据为(
Figure 507733DEST_PATH_IMAGE002
)，则各杆件的应变变化率可由下列公式求得：
Figure 201210289753X100002DEST_PATH_IMAGE005
,(
Figure 341697DEST_PATH_IMAGE002
) ；       
将各杆件的应变变化率
Figure 292335DEST_PATH_IMAGE006
()和一个事先给定的阀值
Figure 201210289753X100002DEST_PATH_IMAGE007
做比较，
Figure 651958DEST_PATH_IMAGE007
可以根据测试仪器的精度水平和诊断经验确定(如一般情况可取
Figure 594506DEST_PATH_IMAGE008
)，小于
Figure 32441DEST_PATH_IMAGE007
的那些
Figure 453058DEST_PATH_IMAGE006
所对应的杆件即诊断为未损伤杆件，而大于
Figure 489409DEST_PATH_IMAGE007
的那些
Figure 602859DEST_PATH_IMAGE006
所对应的杆件即诊断为损伤杆件，且
Figure 528090DEST_PATH_IMAGE006
值越大则表明所对应的杆件损伤程度越严重。
本发明根据桁架结构受力及变形特点，并利用最新的测试技术，提出一种桁架结构损伤诊断的新方法。通过在桁架结构的各根杆件中部安装无线应变传感器，并由无线数据采集仪器定期采集结构在相同的静态条件下（即结构完全静止，没有发生振动的情况）各杆件的应变值，将采集的应变数据通过诊断程序，即可对桁架结构的损伤状况作出准确诊断。本案所提的方法，只需要一台无线数据采集仪器和若干个无线应变传感器，易于操作实施，能检测出微小损伤，并能对桁架结构的健康工作状况作长期监测。
本发明的有益成果为：第一，本发明无需要求事先大概知道损伤位置，克服了现有技术预判性较差的缺陷；第二，本发明所需设备简单，成本低廉，易于操作实施；第三，本发明克服了现有技术工作量大耗费高的缺陷，可方便适用于大型土木工程结构的损伤诊断；第四，本发明能检测出微小损伤，并能对桁架结构的健康工作状况作长期监测。
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明的实施示意图。其中图中1是无线应变传感器；2是无线数据采集仪器，3是诊断程序。
具体实施方式
本发明一种桁架结构损伤诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：首先，在图示待测桁架结构的每根杆件中部均安装一个无线应变传感器1；其次，利用一台无线数据采集仪器2，定期采集待测桁架结构在相同的静态条件下（即结构完全静止，没有发生振动的情况）各杆件的应变值；最后，将采集的数据通过诊断程序3，得出待测桁架结构中各杆件的损伤状况诊断结论。
其中，所述诊断程序包括以下步骤：首先，求出每根杆件的应变变化率，即将每次采集的应变数据和上一次采集的应变数据求差值，然后再将差值除以上一次的应变值即得应变变化率；然后将所得的应变变化率跟一个事先定义的阀值做比较，小于阀值所对应的那些杆件即可诊断为未损伤杆件，而大于阀值所对应的那些杆件即可诊断为发生损伤的杆件，且应变变化率越大则说明损伤程度越严重。在具体实施中，阀值根据测试仪器的精度和诊断经验来确定。
上述诊断程序的实施方式可以有多种，只要按照上述步骤实现上述功能即可。在本实施例中，诊断程序采用了如下方式：
设由无线数据采集仪器第一次采集的应变数据为
Figure 814714DEST_PATH_IMAGE001
(
Figure 876211DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 160562DEST_PATH_IMAGE003
为桁架结构的杆件数目，上标“1”表示第一次测量)，第二次采集的应变数据为
Figure 635406DEST_PATH_IMAGE004
(
Figure 663405DEST_PATH_IMAGE002
)，则各杆件的应变变化率可由下列公式求得：
,(
Figure 96977DEST_PATH_IMAGE002
)              (1)
将各杆件的应变变化率
Figure 996800DEST_PATH_IMAGE006
(
Figure 562911DEST_PATH_IMAGE002
)和一个事先给定的阀值
Figure 864579DEST_PATH_IMAGE007
做比较，可以根据测试仪器的精度水平和诊断经验确定(如一般情况可取
Figure 173124DEST_PATH_IMAGE008
)，小于
Figure 605242DEST_PATH_IMAGE007
的那些
Figure 495838DEST_PATH_IMAGE006
所对应的杆件即诊断为未损伤杆件，而大于
Figure 292893DEST_PATH_IMAGE007
的那些
Figure 964046DEST_PATH_IMAGE006
所对应的杆件即诊断为损伤杆件，且值越大则表明所对应的杆件损伤程度越严重。
上述技术方案中，所述的无线应变传感器可以由市场购买得到，传感器的数目等于桁架结构中杆件的数目，传感器安装于每根杆件的中部。所述的无线数据采集仪器可以由市场购买得到，根据情况定期（如每月一次）采集应变数据，每次采集数据时应使结构处于相同的静态条件下（即结构完全静止，没有发生振动的情况）。至于实施诊断程序的设备，则可以有多种，比如平板电脑、便携式电子处理器等，可以从市场购得。
采用上述技术方案，首先，无需要求事先大概知道损伤位置，克服了现有技术预判性较差的缺陷；其次，所用设备简单，成本低廉，易于操作实施；第三，克服了现有技术工作量大耗费高的缺陷，可方便适用于大型土木工程结构的损伤诊断；第四，本发明能检测出微小损伤，并能对桁架结构的健康工作状况作长期监测。
 以上所述仅为本发明的具体实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (2)

1.一种桁架结构损伤诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，在待测桁架结构的每根杆件中部均安装一个无线应变传感器；其次，利用一台无线数据采集仪器，定期采集待测桁架结构在相同的静态条件下（即结构完全静止，没有发生振动的情况）各杆件的应变值；最后，将采集的数据通过诊断程序，得出待测桁架结构中各杆件的损伤状况诊断结论；
其中，所述诊断程序包括以下步骤：首先，求出每根杆件的应变变化率，即将每次采集的应变数据和上一次采集的应变数据求差值，然后再将差值除以上一次的应变值即得应变变化率；然后将所得的应变变化率跟一个事先定义的阀值做比较，小于阀值所对应的那些杆件即可诊断为未损伤杆件，而大于阀值所对应的那些杆件即可诊断为发生损伤的杆件，且应变变化率越大则说明损伤程度越严重。
2.如权利要求1所述的一种桁架结构损伤诊断方法，其特征在于：所述诊断程序是指：设由无线数据采集仪器第一次采集的应变数据为                                                
Figure 201210289753X100001DEST_PATH_IMAGE001
（
Figure 483183DEST_PATH_IMAGE002
，其中为桁架结构的杆件数目，上标“1”表示第一次测量），第二次采集的应变数据为
Figure 851716DEST_PATH_IMAGE004
()，则各杆件的应变变化率可由下列公式求得：
Figure 201210289753X100001DEST_PATH_IMAGE005
,(
Figure 878895DEST_PATH_IMAGE002
)；
将各杆件的应变变化率
Figure 445006DEST_PATH_IMAGE006
(
Figure 746674DEST_PATH_IMAGE002
)和一个事先给定的阀值
Figure 201210289753X100001DEST_PATH_IMAGE007
做比较，
Figure 294199DEST_PATH_IMAGE007
可以根据测试仪器的精度水平和诊断经验确定(如一般情况可取
Figure 681318DEST_PATH_IMAGE008
)，小于的那些所对应的杆件即诊断为未损伤杆件，而大于
Figure 676453DEST_PATH_IMAGE007
的那些
Figure 302318DEST_PATH_IMAGE006
所对应的杆件即诊断为损伤杆件，且
Figure 475810DEST_PATH_IMAGE006
值越大则表明所对应的杆件损伤程度越严重。
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