[发明专利]适用于古建筑结构变形的长期监测预警方法

摘要

本发明涉及一种适用于古建筑木结构变形的长期监测预警方法，其特征在于：采用光纤光栅应变传感器（FBG）和改进共轭梁法（ICBM）对木梁扰度变形进行监测；利用伸缩式光纤光栅位移计对梁柱脱榫进行监测。利用光纤光栅倾角仪对柱子倾斜进行监测；采用环氧树脂配合铁架和固定支座的方法将上述测量传感器粘贴固定在待测结构。该发明方法对所用仪器耐腐蚀性和稳定性强，对古建筑扰动小，操作方便，方法简单易行，且无需知道木结构本身物理特性，可以用于古建筑木结构度变形的监测预警。

主权项

一种适用于古建筑木结构变形的长期监测预警方法，其特征在于：采用光纤光栅应变传感器（FBG）和改进共轭梁法（ICBM）对木梁扰度变形进行监测；利用伸缩式光纤光栅位移计对梁柱脱榫进行监测；利用光纤光栅倾角仪对柱水平倾斜进行监测；采用环氧树脂配合铁架和支座的方法将上述测量传感器粘贴固定在待测结构；其中采用光纤光栅应变传感器（FBG）和改进共轭梁法（ICBM）对木梁扰度变形进行监测包括以下几个步骤：步骤S01：通过有限元软件建立包括梁柱在内的木框架有限元模型；步骤S02：对木梁进行等长度单元划分，假设单元划分个数为n；步骤S03：模拟木梁在荷载作用下产生扰度变形，提取各单元边界点的扰度值v_pfi和各单元上下截面的平均应变ε⁺ 和ε^‑带入改进共轭梁法当中：其中：ε_i⁺和ε_i^‑ 分别表示第i个单元上下截面的平均应变，k_i为第i单元的平均曲率，n为木梁单元划分数量，△l为每个单元的长度，h为木梁截面高度，v_pfi为第p个单元和第p+1个单元的分界点的扰度值；步骤S04：将有限元计算得到的木梁各点的扰度值v_pfi和改进共轭梁法计算的扰度值v_pi 进行比较分析；如果相差较大，则增大单元划分数量n，并重复步骤S01‑S03重新计算直到误差小到实际工程接受的范围内；如果误差远小于可接受的限制，则适当缩小元划分单数量n，重复步骤S01‑S03重新计算直到误差接近实际工程接受的范围，以节约监测的传感器布置成本；这样，通过有限元反复计算，获得精度满足要求并且传感器成本最优的最佳单元划分数量n_m；步骤S05：对待监测结构按照有限元法确定的最佳单元数n_m进行等长度划分；步骤S06：将每根光纤光栅应变传感器固定于木梁各单元的上/下表面进行应变数据监测；将提取的应变数据并带入改进共轭梁法中求得各单元边界点的扰度值v_pi：其中：ε_i⁺和ε_i^‑ 分别表示第i个单元上下截面的平均应变，k_i为第i单元的平均曲率，n为木梁单元划分数量，△l为每个单元的长度，h为木梁截面高度，v_pfi为第p个单元和第p+1个单元的分界点的扰度值；步骤S07：通过监测系统将监测的各点扰度值绘制成梁扰度曲线，提取其中扰度最大值与预警值进行比较，当扰度最大值接近预警值时则触发预警，监测系统向管理者发出预警信息。