[发明专利]一种严寒地区站房全生命周期钢结构受力状态监测系统

权利要求书

1.一种严寒地区站房全生命周期钢结构受力状态监测系统，其特征在于，包括监测部分、计算处理部分和预警评估部分；

所述监测部分的监测内容包括结构应力应变监测、风力监测和结构温度监测，所述结构应力应变监测是采用振弦式应变计，所述振弦式应变计是利用一定长度的钢弦张拉在两个端块之间，端块牢固置于被测物表面，被测物的变形使得两端块相对移动并导致钢弦张拉变化，这种张力的变化使钢弦谐振频率的改变来测量结构的变形；所述风力监测利用机械螺旋桨式风速仪来测量站房周围的风速，所述结构温度监测是利用数字温度传感器对所处的监测点进行测温；

所述监测部分还包括将应力、温度、风速的模拟信号进行放大的放大器，将模拟信号转化为电信号的A/D转化器，将在线动态数据进行收集并储存的数据储存模块，及用于发送数据的发射器；其中，所述监测部分在站房钢结构中的测点布置情况为：（1）在钢结构主桁架选取30～50个包含钢拉杆、弦杆、斜腹杆的监测点，其中位于受轴力和弯矩双重影响的杆件上的监测点应布置两个振弦式应变计，且两个振弦式应变计分别位于受轴力和弯矩双重影响的监测点的底面和侧面；（2）选取站房房顶的1～3处位置布置机械螺旋桨式风速仪，且所有机械螺旋桨式风速仪的高度均相同；（3）数字温度传感器的布置同振弦式应变计的布置，且可与振弦式应变计组装在一起；

所述计算处理部分内部包括用于接收数据的接收器，用于数据处理的单片机，及用于数据修正的修正模块；所述接收器的输入端口通过无线网络与所述发射器的输入端口连接，所述接收器的输出端口连接所述单片机的输入端口，所述单片机的输出端口连接所述修正模块的输入端口；所述单片机还能过滤掉监测系统中离散型、几何参数不确定的数据，以及外界随机性的载荷；

所述预警评估部分包括可靠性分析模块、可靠性评价模块及寿命周期分析模块，所述可靠性评价模块及寿命周期分析模块的输出端口共同连接预警模块，所述预警模块的输出端口分别连接技术人员接收端与智能终端；所述可靠性分析模块是先分析钢构件的失效模式，接着确定钢构件的极限状态，然后根据极限状态确定钢构件的极限载荷；可靠性评价模块计算出实效概率、可靠度及可靠性指标；

当所述结构应力应变监测的应力数据出现缺失时，可使用多重插补方法来弥补数据，多重插补方法的具体过程为：设σ_m的数据缺失，首先计算σ_m+1与σ_m-1的差值再求出它们区间的单位平均差量，即Δσ₁=1/2（σ_m+1-σ_m-1），接着计算σ_m+3与σ_m+1与的差值，σ_m-1与σ_m-3的差值，再求出它们区间的单位平均差量分别为Δσ₂=1/2（σ_m+3-σ_m+1），Δσ₃=1/2（σ_m-1-σ_m-3），如此循环，直至求出σ_m+n与σ_m+n-2的差值，σ_m-n与σ_m+n-2的差值,再求出它们的单位平均差量为Δσ_2n=1/2（σ_m+n-σ_m+m-2），Δσ_2n=1=1/2（σ_m-n-σ_m-n-2）,求出估算平均差量为：

接着即可估算σ_m的数值，即

所述数字温度传感器监测的温度与站房钢结构材料本身应力之间存在着很强的相关性，以温度为自变量，以站房钢结构材料本身应力为因变量，对于测点的温度、应力数据进行线性拟合，温度与站房钢结构材料本身应力之间的关系可看做线性；斜腹杆测点温度和应力呈正相关性，且线性系数记作k₁；钢拉杆测点和弦杆测点温度和应力呈负相关性，且线性系数分别记作k₂和k₃。