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抗震黑科技 | 智能物联网建筑抗震支吊架系统
来源: | 作者:hkw7a2b70 | 发布时间: 2020-04-07 | 11 次浏览 | 分享到:
抗震黑科技 | 智能物联网建筑抗震支吊架系统。随着结构智能监测技术的日益发展,物联网技术已经开始应用到了结构健康监测领域。物联网技术集信息采集、传递、处理为一体,通过采集到的监测信号,实现对信号解析、数据转换、传输,并将数据进行自动整理储存。结合物联网技术进行结构监测不仅可以节约大量的人工检测费用,而且可以实现对多个结构的健康状况进行持续、实时地监测、预警、评估。

对目前抗震支吊架安全监测的应用需求,基于物联网技术与支吊架监测预警技术相结合建立了一套抗震支吊架智能监测体系。实现了对抗震支吊架系统工作状况的实时监测,及时预警以及合理评估。实际工程案例分析结果表明该系统具有能够对抗震支吊架系统运行情况进行监测,并在支吊架出现故障时及时报警,具有较高的应用推广价值。



1物联网的建筑抗震支吊架智能监测系统

1.1 系统结构


建筑抗震支吊架智能监测系统应坚持长远规划的原则,结合工程结构的具体特点和场地条件,为抗震支吊架安装后的抗震性能验证、长期运行维护过程中的损伤预警、地震发生后的状态评估提供支持,整个监测系统要做到安全可靠、技术先进、经济合理、便于维护。如图1 所示,抗震支吊架的状态将由传感感知子系统进行实时感知获取,获得的信号由数据采集与传输子系统进行采集并传输到数据中心,数据中心通过数据存贮与管理子系统对数据进行存贮管理,最后由数据分析子系统对感知信息进行分析。这样针对某个建筑或建筑群的抗震支吊架集群结合形成的一个巨大物联网网络,实现对建筑抗震支吊架健全状态的诊断与维护决策。


图1 建筑抗震支吊架智能监测系统架构图


1.2 传感感知子系统


传感感知子系统主要是为了实现抗震支吊架的状态感知而设置的,抗震支吊架的实时状态可通过安装在支吊架某种或多种传感器进行传感获取。建筑抗震支吊架的智能监测应根据具体的项目要求和实际应用条件选择合理的传感器类型和数量,并根据现场调研和力学分析结果确定必要和合理的监测位置、数量和安装方式,且在监测期间具有良好的稳定性和抗干扰能力,采集信号的信噪比应满足实际工程需求。目前针对建筑抗震支吊架的智能监测,一般可采用反映支吊架振动及变形特性的加速度传感器和应变传感器。



1.3 数据采集与传输子系统


数据采集与传输子系统主要是将传感感知子系统所感到的结构信息用采集设备进行采集。采集设备与传感器之间应有明确的拓扑关系,根据工程特点与现场具体条件,可选择数据集中采集与分散采集两种模式。同时,采集设备宜对信号进行放大、滤波、去噪、隔离等预处理,对信号强度量级有较大差异的不同信号,应严格进行采集前的信号隔离。数据的传输可采用基于信号的同步技术、基于时间的同步技术、有线传输、无线传输等不同方式,同时应保证数据传输的可靠性、高效性及数据传输质量。




1.4 数据存储与管理子系统


数据存储与管理子系统主要是对数据采集与传输子系统采集并传输过来的数据进行存贮和管理,而数据存储与管理子系统的核心部分是其中的数据库。数据库系统在使用时应支持在线实时数据处理分析、离线数据处理分析以及两种工作方式的混合模式。监测系统涉及的数据库功能应包括:监测设备管理、监测信息管理、结构模型信息管理、评估分析信息管理、数据转储管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等方面。



1.5 数据分析子系统


数据分析子系统是对经过传感、采集传输及存贮下来的数据进行合理分析,并进行恰当的判断和评价。数据分析子系统主要针对抗震支吊架有模态参数识别、损伤识别与抗震性能评估这三方面内容。通过建筑抗震支吊架的振动监测数据,可获取结构自振频率、振型、阻尼比等结构动力特性参数,可为建筑抗震支吊架的损伤识别和抗震性能评估提供基础数据。其损伤识别,不仅要定性的判断有无损伤,还需要定量的判断和评价损伤。而对于抗震性能评估,应准确识别抗震支吊架的实际承受荷载和抗侧刚度,并考虑最大额定负荷进行抗震验算。



2工程应用案例


抗震支吊架在制造过程中可能会存在残余应力,螺栓锚固界面受疲劳、腐蚀、老化等影响,尺寸很小的粘接界面在有微小缺陷的情况下也可能发生致命的破坏。此外,螺栓的松动也会破坏抗震支吊架的完整性,从而影响了其性能,因此有必要对螺栓锚固界面进行无损检测或质量评价。加速度传感技术能解决锚固质量评估的关键在于特征信号的检出及信号的分析与处理。应用加速度监测技术的优点及特性,有效地提取和利用反映支吊架缺陷的信息特征,对螺栓锚固层界面进行检测,对检测信号进行信号分析,得出抗震支吊架整体的工作状况。如图2 和图3 所示。



图2 抗震支吊架智能监测局部示意图


图3 抗震支吊架智能监测现场安装图


现场监测数据的采集如图4 所示。图5 为实测支吊架损伤与无损伤工况下的时域信号曲线,从时域信号中,我们并不能发现任何有效判断损伤的信息,因此需要对时域信号进行进一步的分析。“希尔伯特黄变换”是近年来对以Fourier 变换为基础的线性和稳态谱分析的一个重大突破,并且能够对非线性非稳态信号进行分析并同时反映信号的时频信息。因此,将希尔伯特黄变换应用到抗震支吊架的故障诊断中,通过Hilbert 谱对抗震支吊架进行故障诊断。



图4 抗震支吊架监测数据采集图


图5 加速度时域信号


图6 为实测支吊架损伤与无损伤工况下的Hilbert 谱(螺栓松动较小)。由图6 可知,支吊架损伤工况信号的Hilbert 谱具有以下特性:低频部分有时间间隔地分布着信号绝大多数能量,频率较正常情况时高,同时能量也比正常情况大。个别高频部分有较大能量分布,但这部分能量在所有能量中所占比重小。同正常无损工况相比,正常工况下特征频率在30 Hz 附近,但损伤情况下的频率集中在40 Hz 附近,频率出现了向高频区域的转移。同时幅值明显增加,这也说明在该范围内其频率幅值出现的最多,与振动诊断机理描述的一致。可见该方法在处理这类问题中的有效性与可靠性。



图6 希尔伯特频谱图


3结语

基于物联网技术与结构监测预警技术,建立了一套建筑抗震支吊架的智能监测系统,实现了对建筑抗震支吊架的实时监测、损伤识别、状态评估及预警,可为抗震支吊架的运营期维护提供决策依据,减少地震时的次生灾害。



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