专利名称：一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种温室结构变形监测方法及装置，尤其涉及一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法及装置。
背景技术：
圆拱型连栋温室在我国南方地区被广泛应用，圆拱型连栋温室主要依靠拱架、立柱、横梁、纵梁、天沟和拉杆等构件承受外部载荷，钢构件变形超过材料许可限度将无法回复，导致温室结构失效。目前温室在设计建造时基于经济性和安全性两方面的要求，希望在保证温室安全的同时尽量减少用钢量，以节约成本，因此通常以温室建设地点的一定年限内统计气象条件为设计依据。由于在考虑温室承受载荷方面具有局限性，在突发极端天气情况下，这种方式设计建造的温室常因局部结构变形过大会引起整个骨架结构受力分布的·不平衡，严重情况下会直接导致整个温室骨架结构的倾斜或倒塌，导致造成重大的经济损失，影响到设施作物的正常种收。极端气候具有随即突发性，为了提高温室结构安全性，在结构骨架发生不可逆转的结构性破坏之前采取补救措施，有必要对温室骨架结构的变形进行实时监测。中国发明专利[CN 101520381A]公开了一种基于太阳能供电与传感器的钢结构建筑无线检测系统，该专利主要针对大型工业建筑钢结构的检测，这些工业建筑骨架采用的结构型式、钢材的选用标准和在设计时所考虑的作用载荷类型、取值与温室结构有很大的区别，难以直接引用。目前现有技术中还未有专门针对温室骨架结构尤其是圆拱型温室骨架结构变形监测的方法和装置。因此为了能够对圆拱型连栋温室骨架结构的变形进行实时监测，有必要依据温室结构自身的特性和使用要求设计一种监测方法和监测装置，以提高温室结构在使用过程中的安全性。
发明内容
本发明的目的是针对提供一种计算圆拱型连栋温室骨架结构最易发生破坏性的构件及对应的破坏点位置，并对其进行检测的方法。本发明的另一目的是提供一种能够实时监测圆拱型连栋温室骨架结构变形情况的装置，并及时对可能存在的危险进行报警。一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法的技术方案是，首先确定在不同雪荷载作用下产生最大变形的构件和变形位置，然后在所述位置处安装传感器监测变形情况，所述确定在不同雪荷载作用下产生最大变形的构件和变形位置的具体步骤为
1)确定温室骨架钢结构的整体几何参数，包括跨度L、跨数n、开间宽度D、开间数m、温室屋脊高度H1、屋顶高度H2、拱架的曲率半径R ；
2)确定温室骨架钢结构各个构件的截面尺寸参数和材料属性参数；
3)确定温室建设地点的最大雪载荷标准值&；
4)建立三维简化计算模型；5)对建立的简化计算模型施加载荷S1=SnXuf,其中戎为实际作用在温室屋顶的计
算雪载荷 ，KN/m2 -,Ui为屋顶积雪分布系数，i=l, i=2 ；
6)将计算雪荷载S1向天沟、纵梁、和拱架上等效转化，将面荷载转化为作用在各个公共端点的等效力和等效力矩；将等效力和等效力矩构成一个空间力系，计算各个线段和圆弧的内应力和产生的变形；
7)确定在相同荷载作用下，产生变形最大的构件和最大变形所在的位置和对应的变形量。所述步骤4)三维简化计算模型的构建步骤为
4-1)建立空间直角坐标系，坐标系三个不同轴线方向分别互相垂直于另外两个轴线构成的平面，三个坐标轴分别设定为X轴、Y轴和Z轴；
4-2)在建立的空间直角坐标系中按照1:1的比例建立温室骨架钢结构的简化计算模型，不同几何形状的构件简化为三维空间直角坐标系中的线段或者圆弧；
4-3)将各个构件用计算获得的等效线段或者等效圆弧替代，在建立的空间直角坐标系中各个等效线段和圆弧的位置关系按照温室骨架的实际情况排列。所述步骤4-2)中构件的简化方式为立柱等效为一条线段其高度等效为温室屋脊的高度H1，横梁等效为一条线段其长度等效为温室的跨度L，纵梁等效为一条线段其长度等效为温室的开间宽度D，天沟等效为一条线段其长度等效为温室的开间宽度D与开间数m的乘积即L1=DXm,拉杆等效为一条线段其长度等效为温室屋顶高度氏与屋脊高度H1的差即H3=H2-H1，温室拱杆等效为一段圆弧其弧长L2的等效长度由下面的公式计算得到
权利要求
1.一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法，首先确定在不同雪荷载作用下产生最大变形的构件和变形位置，然后在所述位置处安装传感器监测变形情况，其特征在于，所述确定在不同雪荷载作用下产生最大变形的构件和变形位置的具体步骤为 1)确定温室骨架钢结构的整体几何参数，包括跨度L、跨数n、开间宽度D、开间数m、温室屋脊高度H1、屋顶高度H2、拱架的曲率半径R ； 2)确定温室骨架钢结构各个构件的截面尺寸参数和材料属性参数； 3)确定温室建设地点的最大雪载荷标准值&； 4)建立三维简化计算模型； 5)对建立的简化计算模型施加载荷其中戎为实际作用在温室屋顶的计算雪载荷，KN/m2 -,Ui为屋顶积雪分布系数，i=l, i=2 ； 6)将计算雪荷载S1向天沟、纵梁、和拱架上等效转化，将面荷载转化为作用在各个公共端点的等效力和等效力矩；将等效力和等效力矩构成一个空间力系，计算各个线段和圆弧的内应力和产生的变形； 7)确定在相同荷载作用下，产生变形最大的构件和最大变形所在的位置和对应的变形量。
2.根据权利要求I所述的一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法，其特征在于，所述步骤4)三维简化计算模型的构建步骤为 4-1)建立空间直角坐标系，坐标系三个不同轴线方向分别互相垂直于另外两个轴线构成的平面，三个坐标轴分别设定为X轴、Y轴和Z轴； 4-2)在建立的空间直角坐标系中按照1:1的比例建立温室骨架钢结构的简化计算模型，不同几何形状的构件简化为三维空间直角坐标系中的线段或者圆弧； 4-3)将各个构件用计算获得的等效线段或者等效圆弧替代，在建立的空间直角坐标系中各个等效线段和圆弧的位置关系按照温室骨架的实际情况排列。
3.根据权利要求2所述的一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法，其特征在于，所述步骤4-2)中构件的简化方式为立柱等效为一条线段其高度等效为温室屋脊的高度H1，横梁等效为一条线段其长度等效为温室的跨度L，纵梁等效为一条线段其长度等效为温室的开间宽度D，天沟等效为一条线段其长度等效为温室的开间宽度D与开间数m的乘积即L1=DXm,拉杆等效为一条线段其长度等效为温室屋顶高度H2与屋脊高度H1的差即H3=H2-H1，温室拱杆等效为一段圆弧其弧长L2的等效长度由下面的公式计算得到
4.一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测装置，该装置包括传感器、数据处理模块、数据传输模块、电源模块；其特征在于所述传感器为应变传感器，传感器安装在骨架结构的最大变形位置上，所述传感器与所述数据处理连接；数据处理模块和数据传输模块连接；所述电源模块分别与传感器、数据处理模块和数据传输模块连接；所述数据处理模块将传感器监测到的变化的电信号转化为对应的数字信号；所述数据传输模块实时传输变形量的数字信号。
5.根据权利要求4所述的一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测装置，其特征在于所述数据处理模块将处理获得的构件变形量与构件自身能够承受的最大变形量进行对比，确定整个温室骨架结构的工作安全等级。
6.根据权利要求4所述一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测装置，其特征在于所述数据传输模块利用无线传输网络将各个监测点位置处构件的安全等级和温室骨架结构的综合安全等级实时传送到温室管理人员的远程接收装置上。
7.根据权利要求4所述的一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测装置，其特征在于所述电源模块包括太阳能电池板、蓄电池、变压器及220V交流电源，所述太阳能电池板和220V交流电源分别与蓄电池连接，蓄电池和220V交流电源分别与变压器连接，变压器的输出为电源模块的输出端。
全文摘要
本发明公开一种圆拱型连栋温室骨架结构变形监测方法和装置。该方法首先确定在不同雪荷载作用下产生最大变形的构件和变形位置，然后在所述位置处安装传感器监测变形情况，该方法只对破坏点位置处构件的变形量进行监测，减少了传感器的使用数量，简化了传感器的布置方式；该装置包括传感器、数据处理模块、数据传输模块、电源模块，能够将监测到的构件变形量数据和对比获得的温室骨架结构安全等级，实时传送到温室管理人员的远程数据接收终端上。
文档编号G01B21/32GK102980553SQ201210318850
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者王新忠, 孔鹏飞, 毛罕平, 闫润, 王为路, 孙迎龙 申请人:江苏大学