[发明专利]大跨度预应力拉索钢结构索力监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种测量装置，尤其涉及到一种无线组网、远程监控且数据精确的大跨度预应力拉索钢结构索力监测系统及监测方法。

背景技术

大型土木工程结构的施工监测技术研究，早期以公路桥梁、大坝、海洋平台等为主要对象，大跨钢结构的施工监测起步相对较晚，发达国家如美国、日本、加拿大、德国等均在竞相开展这一技术的理论和应用研究，各种先进的测试手段如光电、超声、电磁等被应用其中，在国内，目前以了解结构安全性态为目的的现代监控技术的研究和应用出现了不断发展趋势，同样在桥梁工程中应用最为普遍，例如对江苏通榆河工程总渠公路大桥的预应力索的张拉过程进行了应力监测等等。

大跨钢结构建筑作为一类新型的建筑结构体系，本身发展历史相对较短，其结构安全监测理论与技术的开展也较晚，而预应力拉索钢结构的发展历史则更短，目前，国内外对于预应力拉索钢结构的监测技术及应用的综合性研究相对较少。

大跨预应力拉索钢结构中的拉索构件作为结构的关键构件，其施工张拉步骤直接影响结构的受力及最终形态，其结构的施工过程通常具有明显的阶段性，结构在施工过程中经历了一系列准结构，各阶段的几何形态、刚度、材料性能及其荷载和边界条件发生变化，在施工过程中的受力状态与各施工工序对应的时间表现出非线性，因此，对受力结构的实时监测就显得非常必要。

授权公告号为CN201429485Y的、名称为一种斜拉桥的索力实时预测装置，公开了一种斜拉桥的索力实时预测装置，包括索力测量装置和索力计算装置，索力测量装置安装在需要实时监测的部分斜拉桥拉索上，通过通信电缆连接至索力计算装置，可以在少量已知斜拉桥索力的基础上，利用人工神经网络模型快速预测出其它未知索力的大小；同时，瞿伟廉等对深圳市民中心屋顶钢结构施工过程进行了关键构件与牛腿的应力跟踪监测，并采用神经网络法进行了瞬时应力场的识别，同时还监测了风荷载作用效应；以上几种施工监测的监测设备能实时监测拉索等结构件的索力变化，节省了测量索力的时间与成本，但由于监测装置与计算装置主要采用有线布设、受外界影响大、布设较为困难，而且测量与传递过程误差较大，造成索力数值的精确度不高。

发明内容

本发明主要解决现有监测装置采用有线布设、受外界影响大、线缆布设困难的技术问题，同时解决数据测量与传递过程误差较大、影响测量精度的问题；提供了一种无线组网、远程监控且数据精确的大跨度预应力拉索钢结构索力监测系统及监测方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明主要是采用下述技术方案：

本发明的大跨度预应力拉索钢结构索力监测系统，用于空间索桁结构体系中的大跨度索桁架主要受力结构的索力监测，所述索桁架结构包括钢柱、钢环梁、上径向索、下径向索、环索及膜面，所述监测系统包括监控主机和多组应力采集器，每组应力采集器对应监测单个索桁架结构，每组应力采集器由若干上径向索应力采集器、下径向索应力采集器、环索应力采集器、环梁应力采集器和钢柱应力采集器组成，应力采集器与监控主机无线连接，应力采集器由封闭于密封箱内并集成在电路板上的传感模块、中央处理模块、供电模块和无线通讯模块组成，应力采集器通过无线通讯模块与监控主机无线连接，在大跨度的空间索桁结构体系中布设多组无线应力采集器来实时连续监测主要受力结构的应力变化，并通过无线方式传递给监控主机记录、分析、计算和管理，使得采集器布设方便、数据传递可靠、耐恶劣环境和气候的能力较高，大大降低了现场维护难度和成本，也提高了系统的稳定性和便捷性。

作为优选，所述应力采集器外接应变传感器，所述应变传感器为振弦式表面应变计，应变传感器的底部设有安装座，所述安装座与待测结构件表面相吻合且固置于待测结构件表面，采用振弦式表面应变计，通过元件内部张紧的弦的自振频率变化作为测量结构件变形的手段，灵敏度高、测量精度较高、安装简单、耐恶劣环境和气候的能力强。

作为优选，所述振弦式表面应变计还设有温度检测部件，在测量结构件应力应变参数时，将结构件处的温度一并测量和计算，使环境和气候变化对应力应变的影响减少到最小，提高了应变值的测量精度。