【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測，尤其是涉及一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、隨著現(xiàn)代建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的形式日益多樣化和復(fù)雜化，大跨度橋梁、體育場館、展覽館等大型建筑不斷涌現(xiàn)，在這些建筑結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)因其獨特的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)能夠有效提高結(jié)構(gòu)的承載能力，通過預(yù)先施加應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在承受外部荷載時能夠更好地發(fā)揮材料的力學(xué)性能，從而實現(xiàn)大跨度空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
2、然而，預(yù)應(yīng)力索在長期的使用過程中面臨著諸多挑戰(zhàn)，環(huán)境因素對其影響顯著，例如溫度的變化會導(dǎo)致索體材料的熱脹冷縮，濕度的變化可能加速材料的腐蝕過程，其次，施工過程中的誤差和材料老化也是一個不可忽視的問題，同樣會給預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)帶來隱患，施工時索體的預(yù)張力施加不準(zhǔn)確、索體的安裝位置偏差等，都會在后期使用中逐漸暴露問題，最后，建筑在使用過程中荷載的變化也是常態(tài)，這些荷載變化會不斷改變索體的受力狀態(tài)，上述因素綜合作用，容易導(dǎo)致索體鋼束斷裂或性能退化，索預(yù)應(yīng)力損失也隨之發(fā)生，索體鋼束斷裂不僅直接削弱了索結(jié)構(gòu)的承載能力，而索預(yù)應(yīng)力損失會使索結(jié)構(gòu)的變形增大，降低結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能，在實際工程中，由于缺乏有效的實時監(jiān)測手段，往往難以在早期發(fā)現(xiàn)這些潛在問題，?因此，為了確保預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)在建筑全壽命周期內(nèi)的安全可靠運行，現(xiàn)階段需要一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)階段對索預(yù)應(yīng)力損失監(jiān)測困難和監(jiān)測精確度較低的問題，本專利技
2、第一方面，本專利技術(shù)提供的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，采用如下的技術(shù)方案：
3、一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
4、索體以及用于監(jiān)測索體內(nèi)部受力變化的智能監(jiān)測模塊，所述索體包括去除中心鋼絲的鋼絞線和光纖，所述光纖通過光纖保護殼安裝至鋼絞線的中心鋼絲位置，所述光纖與光纖保護殼的內(nèi)壁之間設(shè)有緩沖層，所述光纖通過彈性夾具安裝至光纖保護殼內(nèi)部，避免光纖發(fā)生偏移；
5、所述智能監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)采集器和智能監(jiān)測主機，所述數(shù)據(jù)采集器通過尾纖引出部件連接至索體的尾纖，用于接收光纖傳輸?shù)墓庑盘枺鰯?shù)據(jù)采集器通過無線通信將數(shù)字信號傳輸至智能監(jiān)測主機。
6、進一步地，所述彈性夾具采用聚甲醛材料，所述彈性夾具的一端為弧形與光纖進行固定連接，所述彈性夾具的另一端與光纖保護殼的內(nèi)壁連接。
7、進一步地，所述鋼絞線的一端連接可調(diào)索頭，所述鋼絞線的另一端連接固定索頭，所述可調(diào)索頭和固定索頭的前端均設(shè)有銷軸。
8、進一步地，所述可調(diào)索頭與鋼絞線之間設(shè)有可調(diào)錨杯，所述可調(diào)索頭通過螺桿連接至可調(diào)錨杯，所述可調(diào)錨杯的后端與鋼絞線進行固定連接。
9、進一步地，所述尾纖引出部件包括保護套管，所述保護套管一端與索體內(nèi)部的光纖保護殼連接，所述保護套管的另一端引出尾纖，所述保護套管通過光纖孔連接至索體的一端。
10、進一步地，所述數(shù)據(jù)采集器包括光電轉(zhuǎn)換模塊、信號放大部件、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖傳遞的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述信號放大部件對電信號進行放大，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將放大后的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
11、第二方面，一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測方法，包括：
12、獲取數(shù)字信號和實時環(huán)境溫度，根據(jù)光纖傳感特性與溫度的關(guān)系模型，計算出溫度變化對光纖傳感信號的影響量；
13、基于光纖傳感信號的影響量對因溫度變化引起的光纖傳感信號變化進行修正；
14、根據(jù)修正后的數(shù)據(jù)進行特征提取，并利用提取的特征向量維度進行索體健康評估模型的構(gòu)建；
15、利用索體健康評估模型對比特征向量與預(yù)設(shè)的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征，計算出索體健康狀況的評估值。
16、進一步地，所述計算出溫度變化對光纖傳感信號的影響量，包括根據(jù)光纖特性確定初始中心波長和熱光系數(shù)，利用溫度數(shù)據(jù)計算溫度的變化量，利用中心波長、熱光系數(shù)和溫度變化量計算出由于溫度變化引起的中心波長漂移量，所述中心波長漂移量計算公式為：
17、，
18、其中，表示為初始中心波長，表示為熱光系數(shù)，表示為溫度的變化量。
19、進一步地，所述利用提取的特征向量維度進行索體健康評估模型的構(gòu)建，包括利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建索體健康評估模型，以特征向量的維度為節(jié)點數(shù)構(gòu)建輸入層，以索體健康狀況的分類數(shù)為節(jié)點數(shù)構(gòu)建輸出層，在輸入層與輸出層之間設(shè)置隱藏層，最后通過反向傳播算法調(diào)整各層的連接權(quán)重，使得誤差最小化。
20、進一步地，所述計算出索體健康狀況的評估值，包括對提取的特征向量和預(yù)設(shè)的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用歐幾里得距離方式計算特征向量與預(yù)設(shè)正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征的歐幾里得距離，設(shè)定距離閾值并根據(jù)距離閾值來確定索體健康狀況評估值。
21、綜上所述，本專利技術(shù)具有如下的有益技術(shù)效果：
22、1、本專利技術(shù)采用埋置于索體內(nèi)部中心位置替代鋼絞線中心鋼絲的光纖作為傳感元件，基于光纖的光彈效應(yīng)，能夠敏銳地感知索體內(nèi)部應(yīng)力變化并轉(zhuǎn)化為光信號變化，光纖具有較高的靈敏度，相比傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，能夠更精確地捕捉到微小的應(yīng)力變化，實現(xiàn)對索體受力狀態(tài)的高精度監(jiān)測。
23、2、本專利技術(shù)通過獲取實時環(huán)境溫度，利用光纖傳感特性與溫度的關(guān)系模型計算溫度變化對光纖傳感信號的影響量，并進行修正，這有效消除了溫度因素對監(jiān)測結(jié)果的干擾，確保測量數(shù)據(jù)能夠真實反映索體的應(yīng)力狀態(tài)，進一步提高了監(jiān)測的精度。
24、3、本專利技術(shù)在索體中去除中心鋼絲并以光纖替代，在不影響索體整體承載能力的前提下，優(yōu)化了索體結(jié)構(gòu)，同時，鋼絞線兩端分別連接可調(diào)索頭和固定索頭，通過可調(diào)錨杯和螺桿實現(xiàn)索體長度的精確調(diào)節(jié)，可確保索體在安裝和使用過程中始終處于最佳受力狀態(tài)，減少因索體受力不均導(dǎo)致的疲勞損傷，提高索體的結(jié)構(gòu)強度和耐久性。
25、4、本專利技術(shù)在光纖外部設(shè)置的高強度、耐腐蝕光纖保護殼，為光纖提供了良好的物理保護，防止其受到索體內(nèi)部鋼絲摩擦、外部環(huán)境腐蝕等因素的損害，保護殼內(nèi)部的緩沖層能夠有效吸收外界沖擊力，避免光纖在索體受到振動、碰撞等情況下受損，從而保障了光纖的長期穩(wěn)定工作，間接提高了索體結(jié)構(gòu)的整體耐久性。
26、5、本專利技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建索體健康評估模型，根據(jù)提取的特征向量進行模型訓(xùn)練和分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的非線性映射能力能夠準(zhǔn)確識別索體不同健康狀況下的特征模式，通過對比實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征向量與預(yù)設(shè)的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征，計算索體健康狀況的評估值，實現(xiàn)對索體健康狀況的智能評估。
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1.一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性夾具采用聚甲醛材料，所述彈性夾具的一端為弧形與光纖進行固定連接，所述彈性夾具的另一端與光纖保護殼的內(nèi)壁連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼絞線的一端連接可調(diào)索頭，所述鋼絞線的另一端連接固定索頭，所述可調(diào)索頭和固定索頭的前端均設(shè)有銷軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)索頭與鋼絞線之間設(shè)有可調(diào)錨杯，所述可調(diào)索頭通過螺桿連接至可調(diào)錨杯，所述可調(diào)錨杯的后端與鋼絞線進行固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述尾纖引出部件包括保護套管，所述保護套管一端與索體內(nèi)部的光纖保護殼連接，所述保護套管的另一端引出尾纖，所述保護套管通過光纖孔連接至索體的一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器包括
7.一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測方法，其特征在于，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測方法，其特征在于，所述計算出溫度變化對光纖傳感信號的影響量，包括根據(jù)光纖特性確定初始中心波長和熱光系數(shù)，利用溫度數(shù)據(jù)計算溫度的變化量，利用中心波長、熱光系數(shù)和溫度變化量計算出由于溫度變化引起的中心波長漂移量，所述中心波長漂移量計算公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測方法，其特征在于，所述利用提取的特征向量維度進行索體健康評估模型的構(gòu)建，包括利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建索體健康評估模型，以特征向量的維度為節(jié)點數(shù)構(gòu)建輸入層，以索體健康狀況的分類數(shù)為節(jié)點數(shù)構(gòu)建輸出層，在輸入層與輸出層之間設(shè)置隱藏層，最后通過反向傳播算法調(diào)整各層的連接權(quán)重，使得誤差最小化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測方法，其特征在于，所述計算出索體健康狀況的評估值，包括對提取的特征向量和預(yù)設(shè)的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用歐幾里得距離方式計算特征向量與預(yù)設(shè)正常狀態(tài)數(shù)據(jù)特征的歐幾里得距離，設(shè)定距離閾值并根據(jù)距離閾值來確定索體健康狀況評估值。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性夾具采用聚甲醛材料，所述彈性夾具的一端為弧形與光纖進行固定連接，所述彈性夾具的另一端與光纖保護殼的內(nèi)壁連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述鋼絞線的一端連接可調(diào)索頭，所述鋼絞線的另一端連接固定索頭，所述可調(diào)索頭和固定索頭的前端均設(shè)有銷軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)索頭與鋼絞線之間設(shè)有可調(diào)錨杯，所述可調(diào)索頭通過螺桿連接至可調(diào)錨杯，所述可調(diào)錨杯的后端與鋼絞線進行固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述尾纖引出部件包括保護套管，所述保護套管一端與索體內(nèi)部的光纖保護殼連接，所述保護套管的另一端引出尾纖，所述保護套管通過光纖孔連接至索體的一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的智能化監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器包括光電轉(zhuǎn)換模塊、信號放大部件、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光纖傳遞的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述信號放大部件對...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賀希茂，梁汝鳴，葛序堯，和西良，王世光，劉佳偉，李龍，王鑫，席興旺，王佰強，
申請(專利權(quán))人：中建八局第二建設(shè)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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