[发明专利]一种空间钢结构温度场的获取方法

说明书

本申请涉及一种空间钢结构温度场的获取方法，包括：获取基于环境温度和太阳辐射温升的模拟温度场；根据模拟温度场确定温度估计的优选模式；根据优选模式确定温度传感器的优化布置方案；根据监测数据和优选模式确定空间钢结构温度场，所述监测数据是由温度传感器监测得到的，所述温度传感器是按照所述优化布置方案进行设置的。该方法能运用已有的结构有限元模型，获取该结构温度估计的优选模式，并基于优选模式实现温度传感器优化布置，进而运用结构健康监测系统的温度监测数据，实现空间钢结构实时温度场的获取。

技术领域

本申请涉及土木工程结构的监测数据处理技术领域，具体涉及一种空间钢结构温度场的获取方法。

背景技术

空间钢结构是一种覆盖跨度大，具有三维空间形态，且在荷载作用下具有三维空间受力特性的建筑结构，被广泛用于机场、展览中心以及大型剧院。空间钢结构是高次超静定结构，通常直接外露在太阳下，太阳辐射温度变化引起的钢结构变形包括轴向变形、弯曲变形和面外变形等，这些变形在多余约束下会引起温度内力，因此需要重点关注太阳辐射与温度场的关系。此外，温度反复变化会产生大的变形差，也会使结构构件发生疲劳破坏。

由此可见，温度作用对结构的应力与疲劳有较大影响，因而开展温度作用研究对空间钢结构的设计与安全使用具有重要意义。进一步地，温度场是分析温度作用的基础。

相关技术中，一种方法是基于实测温度研究空间钢结构温度作用，对某些杆件的温度进行监测，研究不同时段不同区域温度的非均匀性，或研究均匀温度作用与非均匀温度作用下应力与温度的关系，该方法仅涉及有限测点温度作用的研究而不涉及温度场的获取；另一种方法是基于温度数据拟合及太阳辐射量统计对空间钢结构进行分区，以各区内测点的温度平均值作为该区的温度作用值，该方法在各区获取的温度场实际上是理想化的均匀温度场。可见，模拟温度场存在着模型简化、换热系数取值理想化、传热方式考虑不全面等问题，与实际温度场存在偏差。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种空间钢结构温度场的获取方法。

根据本申请的实施例，提供一种空间钢结构温度场的获取方法，包括：

获取基于环境温度和太阳辐射温升的模拟温度场；

根据模拟温度场确定温度估计的优选模式；

根据优选模式确定温度传感器的优化布置方案；

根据监测数据和优选模式确定空间钢结构温度场，所述监测数据是由温度传感器监测得到的，所述温度传感器是按照所述优化布置方案进行设置的。

进一步地，所述获取基于环境温度和太阳辐射温升的模拟温度场，包括：

确定环境温度；

计算太阳辐射累积量；

根据所述太阳辐射累积量计算太阳辐射温升；

将所述环境温度与所述太阳辐射温升叠加，得到所述模拟温度场。

进一步地，所述确定环境温度，包括：

将空间钢结构所在城市的年平均温度确定为环境温度；

所述计算太阳辐射累积量，包括：

建立空间钢结构的三维模型；

设定相关参数，所述相关参数包括地理气象数据、地理位置信息和辐射累积时间；

根据三维模型和相关参数计算太阳辐射累积量。

进一步地，所述根据模拟温度场确定温度估计的优选模式，包括：

确定温度估计的数学模型；

根据实测点与待估计点数量的比值确定出多种工况；