[发明专利]一种基于附加子结构的螺栓连接状态监测方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种基于附加子结构的螺栓连接状态监测方法及其系统。

背景技术

  螺栓作为建筑钢结构以及风电结构塔筒等结构的主要连接方式得到了广泛的应用，其承受着各连接部件之间的交变荷载作用，在拉、压交变载荷作用下，直接影响结构的安全性。如若螺栓连接状态发生变化不能及时被发现,则会影响结构的正常工作,严重者将造成巨大的人员财产损伤。目前对于螺栓连接状态的监测与辨识研究仍处于空白阶段，现有的螺栓状态检测主要有以下几种方法：基于波传播非线性模型未用于工程实践，主要是由于现场环境复杂，结构响应信号中包含大量噪声信号，或者是噪声信号淹没了有用信号；基于机电阻抗法的状态监测与辨识，分析设备体积大、价格昂贵而不适合现场应用，压电陶瓷材料脆而不适合应用于弯曲变形和几何曲面中，因此该方法无法应用于螺栓连接结构的状态监测中；基于非线性动力学理论的状态监测与辨识研究仅处于简单模型的理论模拟和试验阶段，未对复杂的连接结构，特别是大型工程结构进行理论分析和试验比较，也未见对螺栓连接结构各种非线性行为进行分析及监测与辨识的系统报道。

发明内容

本发明针对现有技术中目前对于螺栓连接状态的监测与辨识研究处于空白阶段的问题，提供一种基于附加子结构的螺栓连接状态监测方法及其系统。

    本发明的一种基于附加子结构的螺栓连接状态监测方法，包括以下步骤：

附加子结构：在与连接件螺纹连接的螺栓上固定设有附加构件，将附加构件与螺栓组成附加子结构，作为一个整体；

数据采集：利用加速度传感器采集上述步骤中附加子结构的动力响应数据；

数据传输：利用数据线将上述步骤采集到的附加子结构的动力响应数据传输到数据处理系统；

数据处理：通过对采集到的附加子结构的动力响应数据进行频谱分析，得到附加子结构动力特性参数；

预警分析：通过实时观测上述步骤的附加子结构动力特性参数，与设定的阈值进行比较，如果附加子结构动力特性参数发生变化，则报警，检修人员进行检修；如果附加子结构动力特性参数未发生变化，则继续运行。

实现上述一种基于附加子结构的螺栓连接状态监测方法的系统，包括附加子结构，采集附加子结构动力响应的数据采集系统，用数据线传输所采集动力响应数据的数据传输系统，分析所采集动力响应数据的数据处理系统及预警系统。

为了区别整体结构的响应对螺栓响应的影响便于监测螺栓的连接状态，所述附加子结构包括连接件及与其螺纹连接的螺栓，所述螺栓的螺帽上固定设有监测板。

为了降低附件构件的成本，所述监测板为环形钢板。

为了起到更好的监测效果，所述连接件包括上连接件和下连接件。

为了得到附加子结构的整体响应数据，所述数据采集系统为INV9823型IEPE型加速度传感器。

为了提取对螺栓松动较敏感的特征指标，所述数据处理系统为HP-3582A低频频谱分析仪。

为了准确监测螺栓松动情况，所述预警系统为HP-3582A低频频谱分析仪。

本发明主要是将附加构件和螺栓组成附加子结构,将螺栓作为附加子结构的支撑条件(边界条件)反映螺栓的连接状态；数据采集系统，主要利用加速度传感器采集附加子结构的动力响应；数据传输系统，利用数据传输线将采集到的附加子结构的加速度响应数据传输到数据处理系统；数据处理系统，通过对采集到的附加子结构的动力响应数据进行频谱分析，得到状态改变评价指标（附加子结构动力特性参数）；通过实时观测附加子结构的动力特性参数与设定的阈值进行比较，当附加子结构的动力特性参数超过阈值，发出报警。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、本发明通过在螺栓上增加附加构件，通过附加子结构的动力特性的变化对螺栓连接状态进行实时监测；容易实现，理论简单，容易被工程人员接受，而且可以节省人员定期巡检成本，并可提前发出预警。

2、本发明省时省力，对于隐蔽工程以及人员难以接触到的位置很容易进行检测，而且对于螺栓微小的松动也很容易发现。

3、本发明螺栓连接结构改变的是结构的局部动力学特性，对低频段的特征量对其状态监测和辨识的灵敏度高。

4、本发明因分析设备体积小、价格便宜、结构简单而适合现场应用，特别适合用于复杂的连接结构，特别是大型工程结构。

附图说明

图1为本发明的螺栓连接状态监测系统图；

图2为本发明附加子结构的结构示意图；

图3为图2的俯视图；