一種鋼屋架損傷診斷器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種鋼屋架損傷診斷器，包括一可對稱固定夾持鋼屋架節(jié)點并可拆卸的附加質量塊，可測量附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率信息的動態(tài)數據采集系統，以及安裝有鋼屋架損傷診斷程序、輸入所測頻率信息即可輸出損傷參數的智能處理器。本技術方案具有操作方便，附加質量塊能重復使用，設備簡單實施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作等優(yōu)點，能夠獲得足夠多的頻率信息來滿足損傷診斷的需要，易于操作、便于攜帶，且便于多點采集，檢測、診斷的準確性較高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于土木工程學科的結構破損診斷領域，涉及一種鋼屋架損傷診斷器。
技術介紹
鋼屋架結構在許多工業(yè)及民用建筑中廣泛應用。由于服役年限的增長，以及環(huán)境腐蝕、災害荷載等的影響，鋼屋架倒塌的事故已時有發(fā)生，迫切需要對其損傷狀況作出及時的診斷，以便于維修加固避免災難性的后果發(fā)生。傳統的損傷診斷方法多是可視的局部的實驗方法，如超聲波方法、磁場方法、溫度場方法等。這些方法一般要求事先大概知道損傷位置且被檢測部位設備可以到達，因此工作量大耗費高，且不適用于大型土木工程結構的損傷診斷。利用鋼屋架結構振動參數的變化來判斷其損傷狀況的方法是目前的一種新技術。這種技術通過采集結構損傷前后的振動參數，并結合結構的有限元模型來判斷結構是否發(fā)生損傷，損傷的位置及程度。其中，采集盡可能多的振動參數是上述新診斷技術的關鍵環(huán)節(jié)。通常，鋼屋架結構的振動參數包括頻率和振型，頻率的測量只需要布置一個測點即可進行，易于操作且精度很高；而振型的測量需要在結構上布置大量的測點并通過大量的導線和數據采集儀器相連，實施起來十分困難且測量精度較低。因此，頻率便成為損傷診斷中最廣泛使用的參數。但是目前工程實踐的現有技術中，只能采集到少數幾個低階頻率參數，很多情況下不能滿足鋼屋架結構損傷診斷的需要。有鑒于此，本專利技術人結合從事鋼屋架結構領域研究工作多年的經驗，對上述
的缺陷進行長期研究，本案由此產生。
技術實現思路
本技術的目的在于提供了一種結構簡單、成本低廉的鋼屋架損傷診斷器，不會影響鋼屋架的正常工作，易于操作、便于攜帶，且便于多點采集，檢測、診斷的準確性較聞。為了實現上述目的，本技術的技術方案如下:一種鋼屋架損傷診斷器，包括一可對稱固定夾持鋼屋架節(jié)點并可拆卸的附加質量塊，可測量附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率信息的動態(tài)數據采集系統，以及安裝有鋼屋架損傷診斷程序模塊、輸入所測頻率信息即可輸出損傷參數的智能處理器。所述鋼屋架損傷診斷程序模塊包括如下模塊:可用數值分析軟件建立待檢測鋼屋架結構的有限元模型的基礎模塊，根據有限元模型可計算出鋼屋架損傷前的頻率及相應的頻率靈敏度從而建立鋼屋架的頻率靈敏度方程的計算模塊，將測量所得的頻率信息輸入頻率靈敏度方程中求解出鋼屋架各單元的損傷參數的診斷模塊，將計算所得的損傷參數輸出的輸出模塊。進一步，所述附加質量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據鋼屋架節(jié)點的大小而定，兩塊鐵板對稱將鋼屋架節(jié)點夾在中間并通過四角處4顆相同的安裝螺絲加以固定，兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構成附加質量塊。從而操作方便，附加質量塊能重復使用，設備簡單實施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作，利于方便、準確的采集數據坐寸ο進一步，所述動態(tài)數據采集系統包括一個無線傳感器和一臺無線動態(tài)數據采集儀，傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。從而數據采集更加方便、準確，而成本低廉，且又不影響鋼屋架的正常工作；其無線傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊鐵板上，避免了已有技術中需要將傳感器安裝于工程結構上的缺陷，容易實施，且可多次重復使用于不同的鋼屋架結構中。應用附加質量塊采集鋼屋架振動的低階頻率過程如下:首先任意選取鋼屋架中的某個節(jié)點并將上述附加質量塊安裝于該節(jié)點上，測量出此時鋼屋架振動的低階頻率；然后更換附加質量塊的安裝位置(即另外選取其它節(jié)點將附加質量塊安裝其上)，并測量出新的安裝位置所對應的鋼屋架振動低階頻率；重復上述過程，直到測量出足夠數目的頻率信息為止。本技術方案能夠獲得更多頻率信息的原理在于:安裝附加質量塊后鋼屋架的振動特性將發(fā)生明顯改變，且不同的安裝位置將會引起不同的振動特性改變。沒有安裝附加質量的鋼屋架，其振動頻率數目是一個確定值。而安裝了附加質量塊的鋼屋架，附加質量塊的安裝位置每更換一次，都可以測量獲得和未安裝附加質量鋼屋架同樣數目的頻率參數。因此，隨著附加質量塊安裝位置的變化，測量所得的頻率數目將會成倍增長，直到滿足損傷診斷所需要的頻率數目為止。本技術的有益成果為:第一，本技術方案采用安裝拆卸方便的附加質量塊，可與節(jié)點固定緊密，且不改變結構模型的拓撲結構；第二，通過變換附加質量塊的安裝位置，可方便地獲得足夠多的頻率信息以滿足損傷診斷的需要，克服了現有方法頻率信息量不足的缺陷；第三，本技術方案具有操作方便，附加質量塊和動態(tài)數據采集系統能重復使用；第四，本技術方案的設備簡單實施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作；第五，采用本技術方案能夠方便的獲得足夠多的頻率信息來滿足損傷診斷的需要，從而使損傷診斷的準確性較高；第六，采用本技術方案中的鋼屋架損傷診斷程序，診斷簡單、方便，且準確性較高。為了進一步解釋本技術的技術方案，以下結合附圖和實施例對本技術做進一步的詳細描述。附圖說明圖1是本技術的附加質量塊和動態(tài)數據采集系統示意圖。其中圖中I是正方形鐵板；2是安裝螺絲；1和2共同組成附加質量塊；3是無線傳感器；4是動態(tài)數據采集儀；5是鋼屋架節(jié)點；6是鋼屋架桿件。圖2是一個待檢測的平面鋼屋架模型，其中圖中1-12為鋼屋架節(jié)點、(I)- (23)為鋼屋架桿件。圖3是僅輸入原鋼屋架(附加質量前)振動頻率的損傷診斷結果；圖4是將附加質量后鋼屋架振動頻率一并輸入診斷程序后所得的診斷結果。具體實施方式以下結合附圖對本技術的實施進一步詳細的描述。如圖1所示，圖1為本技術中的附加質量塊示意圖。所述的附加質量塊包括兩塊相同的正方形鐵板I和4顆相同的安裝螺絲2，安裝時兩塊鐵板對稱將鋼屋架節(jié)點夾在中間，用4顆安裝螺絲固定。兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構成附加質量塊。本實施例中附加質量塊的正方形鐵板I的邊長為500mm，厚度為20mm，所述的鐵板四角處開設有4個安裝孔，所述的安裝孔為螺紋孔，均為直徑16mm的圓孔。所述的安裝螺絲2為圓柱形，長500mm，直徑為16_。從而操作方便，附加質量塊能重復使用，設備簡單實施成本低，且不影響鋼屋架的正常工作，利于方便、準確的采集數據等。動態(tài)數據采集系統包括一個無線傳感器一臺動態(tài)數據采集儀器，傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊正方形鐵板中心位置。傳感器3采用無線加速度傳感器，粘貼安裝于正方形鐵板I上。動態(tài)數據采集儀4采用無線動態(tài)數據采集儀，能夠輸出振動頻率信息。該設備可從市場上購買。從而數據采集更加方便、準確，而成本低廉，且又不影響鋼屋架的正常工作；其無線傳感器固定安裝于附加質量塊中的一塊鐵板上，避免了已有技術中需要將傳感器安裝于工程結構上的缺陷，容易實施，且可多次重復使用于不同的鋼屋架結構中。還包括安裝有鋼屋架損傷診斷程序模塊、輸入所測頻率信息即可輸出損傷參數的智能處理器。鋼屋架損傷診斷程序模塊包括如下模塊:可用數值分析軟件建立待檢測鋼屋架結構的有限元模型的基礎模塊，根據有限元模型可計算出鋼屋架損傷前的頻率及相應的頻率靈敏度從而建立鋼屋架的頻率靈敏度方程的計算模塊，將測量所得的頻率信息輸入頻率靈敏度方程中求解出鋼屋架各單元的損傷參數的診斷模塊，將計算所得的損傷參數輸出的輸出模塊。該智能處理器可以是較為復雜高級的，如筆記本電腦或平板電腦，也可以是其他較為簡單的僅安裝有上述模塊的電路板，只要能夠實現上述功能即可。由于便攜式電腦或者燒制有上述模塊的電路板，均是電子元器件領域的常見本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋼屋架損傷診斷器，其特征在于：包括一可對稱固定夾持鋼屋架節(jié)點并可拆卸的附加質量塊，可測量附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率信息的動態(tài)數據采集系統，以及安裝有鋼屋架損傷診斷程序模塊、輸入所測頻率信息即可輸出損傷參數的智能處理器；所述附加質量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據鋼屋架節(jié)點的大小而定，兩塊鐵板對稱將鋼屋架節(jié)點夾在中間并通過四角處4顆相同的安裝螺絲加以固定，兩塊鐵板和4顆安裝螺絲共同構成附加質量塊。

【技術特征摘要】
1.種鋼屋架損傷診斷器，其特征在于:包括一可對稱固定夾持鋼屋架節(jié)點并可拆卸的附加質量塊，可測量附加質量后鋼屋架振動的低階固有頻率信息的動態(tài)數據采集系統，以及安裝有鋼屋架損傷診斷程序模塊、輸入所測頻率信息即可輸出損傷參數的智能處理器；所述附加質量塊包括兩塊完全相同的正方形鐵板，鐵板的尺寸根據鋼屋架節(jié)...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊秋偉，孫斌祥，楊麗君，
申請(專利權)人：紹興文理學院，
類型：實用新型
國別省市：