[实用新型]塔式结构刚度的快速识别检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种塔式结构刚度的识别和检测技术，尤其是一种能在现场快速进行塔式结构刚度识别的技术，具体地说是一种塔式结构刚度的快速识别检测系统。

背景技术

众所周知，塔式结构按材料分主要有：钢塔、钢筋混凝土塔、预应力混凝土塔、木塔和砖石塔。从结构形式来分有：1)独塔，如1889年3月建成的高达300米的埃菲尔铁塔便是一座具有无穷魅力的，最辉煌的独塔建筑，它以高超的先进技术开创了现代塔式结构的先河；2)顶部受约束的塔，如高压电塔顶端的输电线对电塔顶部的约束，电力线架空后的张力均要电塔承担；3)多约束塔，如悬索桥的主塔不仅顶部受到主缆顺桥向的约束，而且与主梁连接的部位还受到主梁的约束。

我国的现代大型塔式结构建设起步较晚，最早的大型钢塔是200m广州电视塔(1965年)和210m上海电视塔(1973年)。80年代以后，西安、北京、天津、南京相继建成了200～400多米的钢筋混凝土电视塔，其中上海东方明珠电视塔(1994年)高达468米。近年来我国交通事业的飞速发展则带来了桥梁建设的热潮。在特大桥的建设中，悬索桥以其受力性能好，跨越能力大，轻型美观、抗震能力好，而成为跨越大江大河、海峡港湾等交通障碍的首选桥型，其中泰州大桥则是世界第一座连续双主跨超千米的悬索桥，其中塔为高194米的钢塔，边塔为高178米的混凝土塔。

在风化、冰冻、有害物质侵蚀等等环境条件下再受往复风荷载的影响，塔式结构受力在最大压力和拉力之间变化，这些力引起的微小裂缝会加速结构的损伤并导致塔式抗弯刚度下降，从而缩短塔式结构的使用寿命。现有的结构抗弯刚度识别方法基本思路是先在结构上布置多个传感器，分析出结构固有频率、阻尼比、振型等动力特性参数，同时建立结构的有限元模型，然后，在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上，采用模型修正的方法，得到该结构修正的有限元模型，最后认为修正后的有限元模型中的结构参数(包括刚度参数在内)代表了结构的真实物理特性。该方法需要布置多个传感器，测试复杂，而且要多次根据测试的数据修正模型，在现场监测并不实用。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前已建成独塔和多约束塔式结构刚度现场快速检测手段匮乏，设计一种检测效果好、使用范围广泛、实施方便的塔式结构刚度的快速识别方法及检测系统。

本实用新型的技术方案：

一种塔式结构刚度的快速识别检测系统，其特征是它由测试单元1和主机分析单元2构成，测试单元1的信号输出端与主机分析单元2的信号输入端连接，主机分析单元2对测试单元1测量到的信号进行处理；测试单元1包括传感器2、抗混滤波放大器3和A/D转换器4，传感器2的信号输出端与抗混滤波器3的信号输入端相连，对传感器2采集到的信号进行放大滤波，抗混滤波放大器3的信号输出端与A/D转换器4的信号输入端相连，将模拟信号转换成数字信号，A/D转换器4的信号输出端通过USB接口5与笔记本电脑相连，将经过A/D转换器4转换后的数字信号传输到主机分析单元2中；主机分析单元2包括数据接收模块6、FFT分析模块7、弯曲刚度识别模块8、惯性矩输入模块9、剪切刚度计算模块10和显示存储模块11，主机分析单元2通过USB接口数据接收模块6接收笔记本电脑的数据，接收的数据送入FFT分析模块7进行FFT分析，得到加载前后结构的振动基频，弯曲刚度识别模块8根据FFT分析模块7分析计算所得的基频和惯性矩输入模块9输入的参数送入剪切刚度计算模块10中计算出地基的约束刚度，得到结果通过显示与存储模块11显示并保存数据。

与上述装置相配的塔式结构刚度的快速识别方法包括以下步骤：

第一步：在被检测结构上设置一个采集数据的传感器；

第二步：利用设置的传感器采集被测结构环境振动响应，并进行傅里叶变换即FFT分析，得到结构的自振基频ω_1，0；

第三步：将塔式结构实测自振基频ω_1，0、被测结构的材料性能参数(重力密度γ、泊松比μ、几何尺寸、塔顶附加质量M以及塔身约束条件输入以下公式，由计算机自动进行变换并计算出塔式结构的抗弯刚度EI(z)和G，为被测结构运营安全监测提供计算所需的依据：

对于独塔结构：