点支承板材脱落风险检测方法和装置与流程

本发明涉及建筑板材脱落风险检测领域，特别是指一种点支承板材脱落风险检测方法和装置。

背景技术：

随着我国经济的发展，以石材幕墙面板、石材吊顶、装饰板等为主的板材被大量应用到建筑中。以石材幕墙面板为例，我国是建筑幕墙最多的国家，作为建筑幕墙主要结构形式之一，石材幕墙面板正被大量建筑应用于外围护结构中。

点支承是板材与建筑主体支承结构之间的一种固定连接形式，通过多个挂接点将板材背面或侧边挂接到建筑主体的支撑龙骨等支承结构上。随着点支承板材的应用量增多及服役年限的增加，同时部分点支承板材施工存在缺陷，导致板材整体坠落事故时有发生，给人民生命及财产安全带来极大隐患。因此，建筑板材安全评估时，有必要事先检测并排查有坠落风险的板材，从而将安全事故防患于未燃。

以石材幕墙面板为例，点支承石材幕墙面板称为干挂式石材幕墙，具体包括插销式石材幕墙、开槽式石材幕墙及背栓式石材幕墙等。干挂式石材幕墙是在石材幕墙面板的背部或边部开槽或打孔，采用挂件支承固定石材面板。挂件承担着石材面板重量及风、振动等外部载荷作用，一旦挂件与石材面板之间挂接部位松动或脱挂，则石材面板就会存在较大的坠落风险隐患。

点支承板材的挂接点均隐含在板材的背后或侧边(背后或侧边均不可见)，通过直接观察无法直接察觉挂接点是否出现脱挂或松动现象。目前，常规的检测方法是将部分板材拆卸下来，通过肉眼观察板材背部或临近板材背部的挂接情况。但是该种方法只适合于局部抽样检测，无法进行全部检测，且检测为有损检测，部分地方的板材拆卸异常困难，费时费力。

期刊论文“采用动态法评价石材幕墙的安全性”，王永焕等，《四川建筑科学研究》，第40卷第4期，第260-263页，20140831；提出了采用测量石材面板的一阶自然频率确定其脱落风险的方法。中国建筑材料科学研究总院硕士学位论文“基于相对法评价涂层导热系数及石材幕墙联固损伤”，郑德志，2019；也提出了基于固有频率相对变化评价石材幕墙脱落风险的方法。

但是，石材面板的固有频率受影响因素较多，容易造成误判情况，单一测量其固有频率难以判断石材面板背部或侧边挂件是否存在松动或脱落情况，也无法判别是哪一个挂件出现松动或脱落。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种点支承板材脱落风险检测方法和装置，本发明能够通过简单的激振点支承板材，即可通过其振动信号判断任一挂接点是否存在松动或脱挂现象，其简单、实用且易于判别。

本发明提供技术方案如下：

一种点支承板材脱落风险检测方法，所述板材的背面或侧边在多个挂接点处通过挂件挂接到建筑主体的支承结构上，所述方法包括：

使用激振装置激振板材，并使用拾振传感器在板材正面采集各个挂接点处的振动信号；

根据振动信号的波形图得到每个挂接点的最大振动幅值，并选取出各个挂接点最大振动幅值的最小值，该最小值对应的挂接点被认为是挂接牢固点；

将挂接牢固点的最大振动幅值与其他挂接点的最大振动幅值进行比较，根据其偏差判断其他挂接点是否松动或脱挂；

若有任意一个挂接点松动或脱挂，则板材存在脱落风险。

进一步的，所述拾振传感器的数量与挂接点的数量相同；

其中，所述使用激振装置激振板材，并使用拾振传感器在板材正面采集各个挂接点处的振动信号，包括：

将各个拾振传感器设置在各个挂接点在板材正面对应的位置；

使用激振装置在激振点激振板材，所述激振点与每个拾振传感器的距离相等；

所有拾振传感器同时采集各个挂接点处的振动信号。

进一步的，所述拾振传感器的数量为一个；

所述使用激振装置激振板材，并使用拾振传感器在板材正面采集各个挂接点处的振动信号，包括：

对每一个挂接点按照先后顺序执行如下操作：

将拾振传感器设置在该挂接点在板材正面对应的位置；

使用激振装置在激振点激振板材，其中，激振装置的激振力固定，激振点与拾振传感器的距离固定；

拾振传感器采集该挂接点处的振动信号。

进一步的，所述将挂接牢固点的最大振动幅值与其他挂接点的最大振动幅值进行比较，根据其偏差判断其他挂接点是否松动或脱挂，包括：

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第一阈值范围内，则所述任一其他挂接点正常；

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第二阈值范围内，则所述任一其他挂接点松动；

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第三阈值范围内，则所述任一其他挂接点脱挂。

进一步的，所述第一阈值范围为0％～15％，所述第二阈值范围为15％～40％，所述第三阈值范围为大于40％。

进一步的，所述拾振传感器为位移传感器、速度传感器或加速度传感器。

进一步的，所述激振装置为推拉式电磁铁。

进一步的，所述板材的背面或侧边开设有挂接槽或挂接孔，所述挂件的一端在挂接槽或挂接孔内与板材连接，所述挂件的另一端通过连接螺栓与支承龙骨连接。

一种点支承板材脱落风险检测装置，所述板材的背面或侧边在多个挂接点处通过挂件挂接到建筑主体上的支承结构，所述装置包括激振装置、拾振传感器、信号处理器和主控pc机，其中：

所述拾振传感器、信号处理器和主控pc机依次连接，所述激振装置用于对板材激振进行激振，所述拾振传感器设置在挂接点在板材正面对应的位置，用于采集挂接点处的振动信号，所述信号处理器用于对振动信号进行处理，得到振动信号的波形图，所述主控pc机用于根据各个振动信号的波形图判断板材是否存在脱落风险。

进一步的，所述装置还包括报警系统，所述报警系统与主控pc机连接，用于当板材存在脱落风险时进行报警提示；

所述拾振传感器为位移传感器、速度传感器或加速度传感器，所述激振装置为推拉式电磁铁。

本发明具有以下有益效果：

本发明能够通过简单的激振点支承板材，即可通过其振动信号判断任一挂接点是否存在松动或脱挂现象，该方法简单、实用且易于判别，特别适合点支承板材安全评估中对有脱落风险的板材进行无损全面普查或抽检，并能判断出松动或脱挂的部位。为点支承板材安全评估工作中，对存在整体坠落风险板材事先预测与排查提供一种定量、精确、无损、操作简便及经济实惠的操作手段。

附图说明

图1为石材面板背部挂接方式示意图；

图2为石材面板边部挂接方式示意图；

图3为本发明的点支承板材脱落风险检测装置示意图；

图4为本发明的点支承板材脱落风险检测方法示意图；

图5为图1对应的采用挂件在石材面板背部挂接的示意图；

图6为图2对应的采用挂件在石材面板边部挂接的示意图；

图7为图5对应的拾振传感器安装位置及激振装置激振点示意图；

图8为图6对应的拾振传感器安装位置及激振装置激振点示意图；

图9为加速度信号的波形图及对应的最大幅值示意图；

图10为实验室实测获得的挂接部位紧固时的加速度波形图；

图11为实验室实测获得的挂接部位脱挂时的加速度波形图；

图12为现场实测获得的挂接部位紧固时的加速度波形图；

图13为现场实测获得的挂接部位脱挂时的加速度波形图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种点支承板材脱落风险检测方法，点支承是板材与建筑主体的支承结构之间的一种固定连接形式，通过多个挂接点将板材背面或侧边挂接到建筑主体的支撑龙骨等支承结构上。

干挂式石材幕墙是点支承板材的一种典型结构，如图1、2所示，板材(石材面板)1的背面或侧边在多个挂接点处通过挂件3挂接到支撑龙骨5等结构上，从而实现板材的安装固定。

当挂件3与板材脱挂或松动时，则该处形成一个支承薄弱点，可诱发整块板材脱落的可能。通常，每块板材至少有4个挂接点(部分小的石材只有上下两个挂接点，部分大板材有6个甚至更多的挂接点)。

以上图1、2是以干挂式石材幕墙进行距离，但是本发明并不限于干挂式石材幕墙，还可以是石材吊顶、装饰板及其他采用点支承形式的板材。

板材一旦在某挂接点处松动或脱挂，则该处在没有挂件的支承约束作用，在相同外力作用下，该挂接点及其附近的板材在垂直板材平面的方向上振动(位移、速度及加速度等)会比有挂件支承约束作用下均会发生明显的放大。显然，挂件支承越松，其对挂接点处的支承约束力越小，振动信号放大效应会越明显，当挂件完全脱挂时，其支承约束力为零，振动信号放大效应达到最大。

本发明正是采用这种原理来进行点支承板材的脱落风险检测，如图3、4所示，该点支承板材脱落风险检测方法包括：

s1：使用激振装置6激振板材1，并使用拾振传感器6在板材1正面采集各个挂接点12处的振动信号。

本发明在板材1与挂件3挂接处的另一面(正面)的表面相对应位置处安装拾振传感器6，在拾振传感器6附近或石材面板中心处采用激振装置7激振石材面板1，使其自由振动，并通过拾振传感器6测量该处的振动信号(加速度、速度或位移信号)。

s2：根据振动信号的波形图得到每个挂接点的最大振动幅值，并选取出各个挂接点最大振动幅值的最小值，该最小值对应的挂接点被认为是挂接牢固点。

振动信号经信号处理装置8处理后，显示振动信号波形图，读出振动信号的最大幅值，并选取出最大幅值的最小值。

任一被测量的板材的多个挂接点中，至少有一个挂接点是挂接完好的，也就是挂接牢固点，否则该板材无法固定，且该挂接点的振动信号幅值会最小。

s3：将挂接牢固点的最大振动幅值与其他挂接点的最大振动幅值进行比较，根据其偏差判断其他挂接点是否松动或脱挂。

因为最大幅值的最小值对应的挂接点是完好的，所以若其他最大幅值与最大幅值的最小值的差值较小，那么就可以认为也是完好的，若差值较大，那么就可以认为出现了松动或脱挂。

具体是通过主控pc机9(分析软件等)进行比较分析，并设置阈值，得到测试的板材1是否存在挂件松动或脱挂现象。

s4：若有任意一个挂接点松动或脱挂，则板材存在脱落风险，并通过报警系统10进行自动报警，显示该块板材存在脱落风险。

综上所述，本发明通过激励板材，使其产生自由振动后，利用拾振传感器测量各个挂接点的振动信号波形图，根据各挂接点处板材振动信号最大值进行相互比较，确定挂点是否存在松动或脱挂，从而确定板材是否存在脱落风险。

本发明能够通过简单的激振点支承板材，即可通过其振动信号判断任一挂接点是否存在松动或脱挂现象，该方法简单、实用且易于判别，特别适合点支承板材安全评估中对有脱落风险的板材进行无损全面普查或抽检，并能判断出松动或脱挂的部位。为点支承板材(特别是石材幕墙)安全评估工作中，对存在整体坠落风险板材事先预测与排查提供一种定量、精确、无损、操作简便及经济实惠的操作手段。

本发明并不限制拾振传感器的设置形式以及激振装置的激振方式，下面给出两个具体示例进行举例说明。

示例一：

本示例中，拾振传感器6的数量与挂接点12的数量相同，采用多个拾振传感器，通过一次激振，得到各个挂接点处的振动信号。

以图1和图2所示的干挂式石材幕墙为例，石材幕墙共有4个挂接点，相应的，拾振传感器为4个。

此时s1包括：

s11：将各个拾振传感器6设置在各个挂接点12在板材正面对应的位置11，如图5-8所示。

图5为图1所示的干挂式石材幕墙的背部挂接示意图，图6为图2所示的干挂式石材幕墙的边部挂接示意图。石材面板的4个挂接点编号为①、②、③、④。

图7为图1所示的干挂式石材幕墙的正面图，图8为图2所示的干挂式石材幕墙的正面图。在石材面板正面的相对应的4个传感器安装位置11①、②、③、④分别安装有拾振传感器。

s12：使用激振装置7在激振点13激振板材，激振点13与每个拾振传感器6的距离相等。

本步骤在离4个加速度传感器距离均相同的位置(一般在石材面板中心部位)，采用激振装置进行瞬态触发激振石材面板，使其产生自由振动。

s13：所有拾振传感器6同时采集各个挂接点12处的振动信号。

4个加速度传感器均接收到振动信号，通过信号处理装置8处理后，输出加速度变化波形图，典型的波形变化图见图9所示，其中纵坐标对应的a值为振动信号(加速度值或其对应的电压值)的最大幅值。

示例二：

本示例中，拾振传感器6的数量为一个，采用一个拾振传感器，通过多次激振，得到各个挂接点处的振动信号。

此时s1包括：

对每一个挂接点按照先后顺序执行如下操作：

s11’：将拾振传感器6设置在该挂接点12在板材正面对应的位置11。

s12’：使用激振装置7在激振点13激振板材1，其中，激振装置7的激振力固定，激振点13与拾振传感器6的距离固定，保证每次激振的激振力相同，并且激振点与拾振传感器的距离相同。可以在安装拾振传感器附近进行激振，也可以在板材中心进行激振。

s13’：拾振传感器6采集该挂接12点处的振动信号。

具体的，本示例先将拾振传感器安装在挂接点①的相对应位置11，并采用激振装置进行瞬态触发激振石材面板，采集挂接点①的振动信号。测完挂接点①后，再测挂接点②，以此类推，但必须保证每次测量时，激振力及每个挂接点的激振位置与拾振传感器安装位置之间的距离均保持相等。

本发明s3包括：

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第一阈值范围内，则所述任一其他挂接点正常；

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第二阈值范围内，则所述任一其他挂接点松动；

若挂接牢固点的最大振动幅值与任一其他挂接点的最大振动幅值的偏差在第三阈值范围内，则所述任一其他挂接点脱挂。

第一阈值范围为0％～15％，第二阈值范围为15％～40％，第三阈值范围为大于40％。此处各个阈值范围的取值只是举例说明，对于因支承形式不同的板材而导致的阈值范围变更，也均在本发明保护范围之内。

具体的，以图1或图2所示的干挂式石材幕墙为例，因任一被测量的石材面板的4个挂点中，至少有一个挂点是挂接完好的(否则该石材面板无法固定在幕墙上)，且该挂点的振动加速度信号值会最小。为了判别被测的4个挂接点位置处哪个出现了松动或脱挂，采用如下方法：

首先，根据获得的4个挂接点处石材面板的振动波形图，分别读出振动信号最大幅值a1、a2、a3、a4，选择该4个值中的一个最小值，并与其余3个值进行比较，当其余3个值中任一值与最小值偏差(其余任一值减最小值后除最小值得到的百分比)均小于15％以内(可由安装不均匀导致)，则可判断该4个挂点均未脱挂或松动，当其余3个值中任一个或多个值与最小值的偏差在15％～40％之间时，则可判断该一个或多个值对应的挂点存在松动现象，当其余3个值中任一个或多个值与最小值偏差大于40％时，则可判断该一个或多个值对应的挂点存在脱挂现象。根据以上判断标准设置报警阈值，即所测的4个点中，任意一个或多个挂接点存在脱挂现象，则判断该石材面板存在脱落风险。

本发明的拾振传感器6为位移传感器、速度传感器或加速度传感器，优选为加速度传感器。激振装置7可以为推拉式电磁铁或其他可以实现每次激振力相同的激振装置，推拉式电磁铁对板材进行撞击激励。

为证明本发明上述实施例的检测效果，分别在实验室和石材幕墙现场进行了检测，并均人为故意让一个挂接点脱挂，以测量其振动加速度信号最大幅值，测量结果见表1和表2。

表1：实验室实测获得的挂接部位

表2：幕墙现场实测获得的挂接部位

根据表1和表2的实测结果，采用本发明方法的判断结果与实际结果相符。

本发明尤其适用于石材幕墙，石材幕墙的结构如图1、2所示，板材(石材幕墙面板)1的背面或侧边开设有挂接槽或挂接孔2，挂件3的一端在挂接槽或挂接孔2内与板材1连接，挂件3的另一端通过连接螺栓4与支承龙骨5连接。

本发明实施例还提供一种点支承板材脱落风险检测装置，如图1-3所示。板材1的背面或侧边在多个挂接点12处通过挂件3挂接到建筑主体的支承结构上，该点支承板材脱落风险检测装置包括激振装置7、拾振传感器6、信号处理器8和主控pc机9，其中：

拾振传感器6、信号处理器8和主控pc机9依次连接，激振装置7用于对板材1激振进行激振，拾振传感器6设置在挂接点12在板材1正面对应的位置，用于采集挂接点12处的振动信号，信号处理器8用于对振动信号进行处理，得到振动信号的波形图，主控pc机9用于根据各个振动信号的波形图判断板材1是否存在脱落风险。

本发明能够通过简单的激振点支承板材，即可通过其振动信号判断任一挂接点是否存在松动或脱挂现象，该装置简单、实用且易于判别，特别适合点支承板材安全评估中对有脱落风险的板材进行无损全面普查或抽检，并能判断出松动或脱挂的部位。为点支承板材(特别是石材幕墙)安全评估工作中，对存在整体坠落风险板材事先预测与排查提供一种定量、精确、无损、操作简便及经济实惠的操作手段。

点支承板材脱落风险检测装置还包括报警系统10，报警系统10与主控pc机9连接，用于当板材1存在脱落风险时进行报警提示。

拾振传感器6可以为位移传感器、速度传感器或加速度传感器，激振装置7可以为推拉式电磁铁或其他可以实现每次激振力相同的激振装置。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。