一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法

本发明属于雷达监测，具体涉及一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法。

背景技术：

1、大型钢结构建筑由于其具有施工方便、跨度大、结构和受力稳定等优点被广泛应用于体育场、飞机场、高铁站以及大型停车场的公共建筑领域，这些场合往往人流密集，因此对其进行健康监测的需求日益增强。目前针对这种大型钢结构建筑物进行健康监测，在结构部分常采用基于结构动力响应的整体监测法，而针对棚顶部位的位移监测多以激光位移传感器甚至是不采用监测手段。而激光位移传感器成本高、测试精度和效果受环境影响大，监测效果不理想。但很显然，这种大型钢结构建筑的棚顶最容易受到破坏，但安全性又至关重要。目前还没有有效的监测手段，因此本发明提出了基于雷达技术的一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，利用雷达与角反射器相结合的方法对大型钢结构建筑物棚顶进行位移监测，利用监测数据建立相关模型，有利于研究棚顶位移发生的规律和机理，对大型钢结构建筑物整体的健康管理提供科学依据。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，包括以下步骤：

4、在棚顶安装角反射器；

5、搭建所述角反射器与雷达试验平台；

6、基于所述角反射器与雷达试验平台，得到监测点数据；

7、基于所述监测点数据，利用有限元仿真方法，对棚顶进行仿真分析，获得棚顶位移变化结果。

8、优选的，所述角反射器为具有预设形状的金属薄板焊接而成，形状和类型根据雷达波反射强度的要求进行设计，数量根据监测点数量的要求确定。

9、优选的，搭建所述角反射器与雷达试验平台的方法包括：搭建1个雷达接受多个角反射器的雷达波。

10、优选的，所述监测点数据为角反射器布置点的位移变化，通过所述角反射器布置点的位移变化反应棚顶的整体位移趋势。

11、优选的，所述利用有限元仿真方法，对棚顶进行仿真分析的方法包括：在预设时间段内设置正常和极端气候载荷，对建筑物棚顶进行有限元仿真分析，获得棚顶位移变化；根据棚顶位移变化对棚顶的位移变形形式进行分类，并以此分类作为定义结构破坏形式的依据。

12、优选的，所述极端气候载荷包括：风载荷、雨载荷和温度载荷。

13、优选的，所述风载荷的表达式包括：

14、

15、式中，ω为风压强，ρ为空气密度，γ为空气容重，在标准大气压下，γ＝0.012kn/m；g为重力加速度，g＝9.8m/s2；v为风速。

16、优选的，所述雨载荷的表达式包括：

17、当雨滴落到了建筑物的表面的时候，雨滴的速度会立刻变为0，根据能量守恒定律，设雨滴为质量m，并且接触建筑物时的雨滴末速度为vs，与建筑物碰撞后在时间τ内速度降低为零，公式如下：

18、

19、式中，f(t)为单个雨滴撞击力矢量；v为雨滴速度矢量；

20、在时间τ内雨滴碰撞在结构物上的力f(τ)为：

21、

22、下落时的雨滴为球体，即单个雨滴对结构物的冲击力为：

23、

24、将力的作用转化为面荷载为

25、

26、式中，f(τ)为单个雨滴冲击力；a为单个雨滴作用面积，即τ为作用时间，取为降雨在空气中的占有率。

27、优选的，所述温度载荷的表达式包括：

28、温度发生变化时，物体将由于膨胀或收缩而产生应变

29、ε＝δtα

30、式中，δt为温度变化值；α为材料的热膨胀系数，钢材的热膨胀系数为1.2×10-5/℃；

31、如果设备各部分的温度不均匀，或热变形不能自由的进行，而产生的热应力为:

32、σ＝eε

33、式中，e为材料的弹性模量，钢材的弹性模量:2.06×105n/mm2。

34、本发明的有益效果为：

35、本发明使用的角反射器是具有一定形状的金属薄板焊接而成，成本低，形状和类型可根据雷达波反射强度的要求进行合理设计，数量可以根据监测点数量的要求进行安装，如果在钢结构建筑设计初期，则可以结合到钢结构建筑物当中；雷达对环境的要求低，具有长期连续稳定监测的优势；利用雷达与角反射器相结合的方法对大型钢结构建筑物棚顶进行位移监测，利用监测数据建立相关模型，有利于研究棚顶位移发生的规律和机理，对大型钢结构建筑物整体的健康管理提供科学依据。

技术特征：

1.一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述角反射器为具有预设形状的金属薄板焊接而成，形状和类型根据雷达波反射强度的要求进行设计，数量根据监测点数量的要求确定。

3.根据权利要求1所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，搭建所述角反射器与雷达试验平台的方法包括：搭建1个雷达接受多个角反射器的雷达波。

4.根据权利要求1所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述监测点数据为角反射器布置点的位移变化，通过所述角反射器布置点的位移变化反应棚顶的整体位移趋势。

5.根据权利要求1所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述利用有限元仿真方法，对棚顶进行仿真分析的方法包括：在预设时间段内设置正常和极端气候载荷，对建筑物棚顶进行有限元仿真分析，获得棚顶位移变化；根据棚顶位移变化对棚顶的位移变形形式进行分类，并以此分类作为定义结构破坏形式的依据。

6.根据权利要求5所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述极端气候载荷包括：风载荷、雨载荷和温度载荷。

7.根据权利要求6所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述风载荷的表达式包括：

8.根据权利要求6所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述雨载荷的表达式包括：

9.根据权利要求6所述的大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，其特征在于，所述温度载荷的表达式包括：

技术总结
本申请公开了一种大型钢结构建筑物棚顶位移监测方法，包括以下步骤：在棚顶安装角反射器；搭建所述角反射器与雷达试验平台；基于所述角反射器与雷达试验平台，得到监测点数据；基于所述监测点数据，利用有限元仿真方法，对棚顶进行仿真分析，获得棚顶位移变化结果。本申请利用雷达与角反射器相结合的方法对大型钢结构建筑物棚顶进行位移监测，利用监测数据建立相关模型，有利于研究棚顶位移发生的规律和机理，对大型钢结构建筑物整体的健康管理提供科学依据。

技术研发人员：王紫光,孙宜鹏,张志荣,张生芳
受保护的技术使用者：大连交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11