[实用新型]火灾时建筑结构倒塌声发射监控装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型专利属于建筑物的防灾减灾技术领域，适用于建筑物火灾时的倒塌监控和消防指导工作。

(二)背景技术

声发射技术在工程领域的研究始终是以应用为目的的，即借助声发射技术事先对工程材料整个破坏过程进行监测和评价，从而为工程领域提供一种有效和动态的监测方法。

过去和现在对声发射的研究主要集中在建筑工程中混凝土材料声发射的基本属性、混凝土中裂纹的产生和扩展规律、混凝土的失稳模式同声发射间的关系、裂纹缺陷的定位技术、凯塞效应机理及其在混凝土材料中的应用等方面。随着科技的发展，对混凝土声发射技术的研究也发展很快，主要表现在对混凝土声发射的研究内容方面日趋深入，从单轴状态到三轴状态，从单因素分析到多因素分析等。

但是目前关于高温下建筑结构声发射特性的研究还没有。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种火灾时建筑结构倒塌声发射监控装置，它通过分析建筑结构火灾时的声发射参数与建筑结构构件断裂及稳定性等的关系，判断结构是否处于安全状态。

本实用新型的目的是这样实现的：它主要由传感系统、信号放大过滤系统、信号采集系统及信号分析判断系统依次电信号连接组成，信号放大过滤系统由前置放大器、信号过滤器和主放大器组成；分析判断系统主要由监控软件及显示设备组成。

建筑物在火灾时在高温作用下发出声发射信号，由传感系统对信号进行接收、传播，再由信号放大过滤系统对信号进行放大、过滤及二级放大，接着由信号采集处理系统对信号进行处理，最后由分析判断系统对信号进行分析并作出判断。其中，传感系统由波导杆和传感器组成，以解决高温下声发射信号的接收、传导问题；信号放大过滤系统由前置放大器、信号过滤器和主放大器组成；分析判断系统主要由监控软件及显示设备组成。

火灾时建筑结构在高温作用下会产生裂缝，导致构件出现破坏及出现结构失稳破坏等。通过建立声发射参数与结构状态之间的关系，利用声发射监测系统对建筑结构火灾时的状态进行监测，了解建筑结构的工作状态是否安全，即时为消防人员提供有用信息。

本实用新型通过波导杆的使用解决了火灾时声发射检测系统难以应用的难题。在大量实验的基础上，通过计算模拟确定了突发信号及连续信号与声发射源位置的关系；确定了累积计数参数(声发射事件总数、振铃总计数、总能量、幅度总计数等)与结构内部累积变化所导致的结构外部变化的关系；确定了声发射变化率参数(事件计数率、振铃计数率、能量释放率等)与结构裂缝发展速度的关系；以及结构在接近倒塌时的参数特征及判据。

本实用新型的监测方法技术方案为：

(1)在建筑物梁、板、柱的最大弯矩处以及应力集中处(固支端、钢结构连接部分等)，布置声发射传感器。依据波的传播衰减确定传感器间距，依据所选传感器间距和构件大小确定结构构件测点数量。在时差定位中，最大传感器间距所对应的传播衰减，不宜大于预定最小检测信号幅度与检测门槛值之差。在区域定位中，传感器阵列采用三角平面。

(2)波导杆与探头的连接，选取合适的钢螺杆，将钢螺杆预埋在测点位置，螺冒顶部要用砂纸打磨干净平整，与探头紧密的接触在一起，采用真空硅脂作为耦合剂。由于探头本身带有很强的磁性，波导杆是铁的，正好可以很好地耦合在一起。

(3)声发射检测系统的灵敏度决定于传感器的灵敏度、传感器间距和检测门槛设置。其中，门槛设置为其主要的可控制因素。检测门槛越低，测得信息越多，但易受噪声的干扰，因此，检测门槛在灵敏度和噪声干扰之间做了折衷选择。多数检测是在门槛为35～55dB的中灵敏度下进行，最为常用门槛值为40dB。声发射检测系统设置了合理的增益，增益是仪器主放大器对声发射波形信号放大倍数的设置，它直接影响能量的测量和声发射信号的能量计数，本实用新型系统采用增益为40dB前置放大器。另外对板卡参数也要进行合理设置，板卡参数包括采样频率、采样长度、参数间隔和锁闭时间等。采样频率的设置要根据检测对象的不同进行不同的设置，中心频率即既大于10倍而又要小于30倍的采样频率是我们最关心的频率段，根据经验20倍左右时效果最好。例如混凝土的声发射频域，本实用新型板卡参数的设置为采样频率625KHZ，采样长度2048(点数)，参数间隔和锁闭时间均为2000μs。