[发明专利]一种大跨度金属屋面板性能退化评估方法及装置

说明书

本发明涉及一种大跨度金属屋面板性能退化评估方法及装置，该方法包括：获取表征金属屋面板状态长期传感器监测数据；将所述监测数据进行预处理；将预处理后的监测数据，根据预设算法提取数据的趋势信号、周期信号和噪声信号；生成表征金属屋面板的性能评价指标；所述性能评价指标包括：塑性变形和疲劳损伤性能评价指标；将所述塑性变形和疲劳损伤性能评价指标，输入性能退化评估模型；所述性能退化评估模型输出估算损伤程度。该方法对采集到的监测数时间序列历史数据进行分析，根据性能退化评估模型，掌握金属屋面板的退化趋势，可用于指导维护人员的视情维修，且易于在实际工程中实现，从而避免严重事故的发生。

技术领域

本发明涉及结构疲劳损伤和数据分析技术领域，特别涉及一种大跨度金属屋面板性能退化评估方法及装置。

背景技术

目前，随着建筑业及科学技术的发展，金属屋面以其良好的性能在现代建筑中的应用越来越广泛。城市中新建成的场馆，比如体育馆、火车站、汽车站、演出剧院等等，大部分都是钢结构屋面，属于大跨度、开阔式空间结构。

其中钢结构屋面的板材种类很多，有镀锌板、镀铝锌板、铝合金板、铝镁合金板、钛合金板、铜板、不锈钢板等；厚度一般为0.4～1.5mm，板的表面一般进行涂装处理。金属屋面按系统可分为：立边咬合系统、直立锁边屋顶系统、古典式扣盖系统、平锁扣式系统、平面板条系统、压型板系统、单元板块式系统等。

但是，在钢结构体系中，所谓结构疲劳损伤，是指由于重复荷载作用而引起的结构材料性能衰减的过程，也就是通常所说的疲劳裂纹的发生、发展、形成宏观裂纹、发生破坏的全过程。疲劳损伤与普通损伤的最大区别在于随着荷载循环次数的增加，疲劳中的损伤存在一个累积的过程。

目前有关复合材料的疲劳损伤模型大致可以分为三类：第一类模型不考虑实际的性能劣化机理，使用S－N曲线或类似的图，提供若干疲劳破坏准则；第二类是剩余刚度或剩余强度的表象模型；第三类是损伤发展模型，使用一个或多个可测的能衡量损伤情况的变量。

现有的技术中，一部分侧重疲劳寿命试验。如上述第二类情况，通过获取设备在使用过程中自身状态变化和产品经历的外界环境条件(气候环境、力学环境等等)数据，进行综合分析与计算，用于测试和评估设备的使用寿命或残余寿命，预测判断故障发生期间。该项技术在国外已用于大型飞机、机电设备、道路桥梁等重大设备的故障检测、寿命预测和安全评估中，但该方法需要彻底了解设备的损伤退化机理，理论分析较复杂。

另外一部分侧重基于数据驱动的方式，如上述第三类情况，根据传感器的采集数据来分析状态趋势，这种方法较为灵活。

金属屋面的塑性变形和疲劳损伤是导致屋面板失效的主要因素。屋面的塑性变型导致屋面在无风的情况下无法恢复到最初状态，金属屋面系统的抗风揭、风掀能力减弱，导致金属屋面会被小于设计载荷的负风压所掀飞。金属屋面的疲劳损伤是一个长期积累的过程，屋面长期受到周期性脉动载荷的作用，疲劳损伤会导致屋面的故障几率。

但目前的现有技术大多应用于机械设备的性能退化评估，尚未有针对大跨度金属屋面性能退化评估的有效方法。

因此，如何提供一种面向大跨度金属屋面板的性能退化评估方法，对屋面板损伤程度进行量化，避免严重事故的发生，是同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种大跨度金属屋面板性能退化评估方法及装置，通过传感器采集屋面板应变和/或位移等特征量，对采集到的时间序列历史数据进行分析，根据性能退化评估模型，掌握金属屋面板的退化趋势，输出估算损伤程度，用于指导维护人员的视情维修，从而避免严重事故的发生。

第一方面，本发明实施例提供一种大跨度金属屋面板性能退化评估方法，包括：

获取表征金属屋面板状态长期传感器监测数据；所述监测数据为：应变片采集屋面板应力应变信号和/或激光传感器监测屋面板弯曲时的纵向位移；