[发明专利]一种基于物联网的结构构件疲劳寿命管理系统及应用

说明书

本发明公布了一种基于物联网的结构构件疲劳寿命管理系统及应用，基于物联网手段，通过结构构件刻印立体二维码对应结构构件出厂信息数据库，实现塔吊构件基础信息的不受时空查询；通过结构构件埋设应力应变传感器，实时感知当前疲劳损伤，通过数据库当前寿命减去疲劳损伤寿命获得结构构件实时剩余寿命，当剩余寿命不足时实时预警，防范事故发生，同时将数据发送服务器数据库。实现结构构件寿命的全时管控，防范结构构件安全事故。解决了当前结构构件疲劳寿命不足造成的近年来建筑施工事故高发的问题。

技术领域

本发明专利涉及建筑物联网设备领域，具体涉及一种基于物联网 的结构构件疲劳寿命管理系统及应用。

背景技术

塔吊是一种广泛应用于建筑施工中吊运器材物资的垂直运输机 械设备，起到减能增效，提高工程质量的重要作用；据2018年中国 工程机械设备年鉴统计，截至2018年，中国现有塔吊保有量在40-45 万左右，并将随着建筑工业化的推广进一步扩大；而随着塔吊的广泛 使用，安全事故不断发生，提高塔吊安全管理技术水平具有重大的现 实意义。

塔吊构件为钢材质构件，在长时间的交变应力工作状态下容易出 现疲劳损伤，在超过某个应力界限的应力循环下服役时具有一定的安 全使用期限，称为疲劳寿命。如“630kN.m以下、出厂年限超过10年 的塔机由有资质评估机构评估合格后方可继续使用”；同时在《塔式 起重机安全规程》(GB5144-2006)中对于塔吊结构构件的报废及工 作年限也做出了相关规定：塔机主要承载结构件的正常工作年限按使 用说明书要求或使用说明书中规定的结构工作级别、应力循环等级、 结构应力状态计算、若使用说明书未对正常工作年限、结构工作级别 做出规定，且不能得到塔机制造商确定的，则塔机主要承载结构件的正 常使用不应超过1.25×10⁶次应力循环。

当前的塔吊设备管理中，主要依赖人工巡检排除塔吊结构件外观 使用损伤带来的安全风险，而受限于当前人工手段的缺陷，几乎不能 掌握较为可靠的塔吊结构件的剩余疲劳寿命，因此通常在设备报废处 理中只能依赖在规定的使用年限后的相关机构检测结论来做出决定； 另一方面建筑项目的施工周期少则几个月，多则数年，而塔吊结构件 在报废处理之前的实际服役年限一般在10年左右，这意味着在塔吊 结构件整个服役期之间，将经历多次不同项目之间的交接，办理手续、 使用记录和维修记录的保存不善也给塔吊构件的报废处理工作带来 了一定的困难。

总之，当前对于塔吊构件的安全管理工作主要依赖于人工巡检， 存在把控不足、管理不便、不够信息化等缺陷，尤其是塔吊构件的疲 劳寿命得不到可靠的掌握，是长期服役的塔吊构件存在重大安全风险 的重要致因。

发明内容

针对当前塔吊安全管理中结构件报废处理环节、结构构件监控环 节、项目施工选材环节的安全管理手段缺陷，本专利提出一种基于物 联网的结构构件疲劳寿命管理系统及应用。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网的结构构件疲劳寿命管理系统，包括物理层、边 缘层、传输层、应用层；

物理层：包括结构构件、振弦式传感器，所述振弦式传感器预安 装在结构构件主肢内侧，所述结构构件烙印有立体二维码，该立体二 维码是所述结构构件在出厂时基于该结构构件的规格型号信息、安全 寿命信息及对应预安装的振弦式传感器的ID信息生成的唯一编码， 该立体二维码对应的规格型号信息、安全寿命信息、振弦式传感器的 ID信息被存储在云平台中；

边缘层：包括通信模块，每个振弦式传感器信号连接一个通信模 块，各通信模块通过传输层向应用层传输各振弦式传感器实时采集的 应变量ε；

应用层：包括云平台、本地服务器，所述结构构件在第g次项目 使用时通过扫描立体二维码，使本地服务器从云平台导入立体二维码 对应的信息并编制k个序号，本地服务器根据应变量ε、规格型号信 息、安全寿命信息计算结构构件的以下信息：