[发明专利]一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法

权利要求书

1.一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法，其特征在于，包括有：传感器子系统、数据采集与处理子系统、数据传输子系统、信息分析和监控预警子系统；

所述的传感器子系统由多个光纤光栅应变传感器组成；所述的数据采集与处理子系统与传感器子系统相连，将传感器子系统所得的数据进行采集与处理，并将其存储在相应的器件内；所述的数据采集与处理子系统与数据传输子系统相连，将采集到的数据通过数据传输子系统传输到信息分析和监控预警子系统进行数据的分析，进而得到安全监测报告，将处理后的数据显示在平台上，并在监测到异常状态时发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法，其特征在于，所述的圆弧型钢结构由多个圆弧以及直杠连接而成，所述的光纤光栅应变传感器用于监测钢结构的应变信号，布置测点于每个圆弧结构之间的直杠钢结构中点处，布置测点个数与直杠钢结构的个数相同。

3.根据权利要求1所述的一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法，其特征在于，所述的光纤光栅应变传感器用于监测钢结构的应变信号，圆弧钢结构布置测点2i个，选取能反应结构应变情况的传感器安装点，计算光纤光栅应变传感器安装点的方法如下：

记圆弧型钢结构的中间点为a₀，从中点a₀往右侧依次为a₁，……，a_n，a_n记为右端点；a₀与a₁之间记为a₀₁作为第一段，直线距离记为x₁；a₁与a₂之间记为a₁₂作为第二段，直线距离记为x₂，以此类推；a₀₁与水平面夹角记为θ₁，a₁₂与水平面夹角记为θ₂，以此类推；中点a₀距离地面高度为h₀，a₁距离地面高度记为h₁，以此类推；

第i段上传感器安装点距离圆弧钢结构右侧端点的弧长记为l_i，l_i应满足公式：

该结构左右两侧对称，因此左右两侧的传感器按照对称布置。

4.根据权利要求1所述的一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据圆弧型钢结构特点及所处地理位置，考虑对称性及监测的经济性和有效性，选取光纤光栅应变传感器的安装点；

步骤2：根据各个传感器的位置，将多个传感器串接在同一条光纤线缆上，形成监测现场的分布式传感器网络，每个传感器串称为一个通道，把所有通道汇集到监测现场的数据收发器，利用一根主光缆传输到远端的控制室；

步骤3：远端控制室将采集到的数据存储在数据存储平台，并对现场数据进行分析处理，形成安全监测报告，进而对结果作进一步处理；

步骤4：在圆弧型钢结构顶部施加压力，加力方法为：在所有圆弧型钢结构单元的顶点施加大小相同的正压力，从150N开始，每次施加力的维持时间为30s，每次加完力后，结构恢复调整时间为20s，每次增加50N，直到结构发生不正常应变，报警系统发出警告。

5.根据权利要求1所述的一种针对圆弧型钢结构的抗压能力测试装置及方法，其特征在于，由圆弧型钢结构的结构特征参数以及传感器安装点的位置，再通过所承受的荷载大小，可以得到圆弧型钢结构的应变大小，然后再用光纤光栅应变传感器进行监测，来判断钢结构的应变状态；其中，所述圆弧型钢结构的应变大小的计算公式为：

式中，ε_n为圆弧型钢结构的应变大小，F为荷载大小，H为安装传感器测量点的高度，L为安装传感器测量点与顶点的距离，S为圆弧型钢结构的截面积，θ为顶点到安装传感器测量点对与水平面的夹角，E为钢结构的弹性模量；

由上述公式计算所得的圆弧型钢结构的应变大小ε_n可用于判断该钢结构是否处于正常应变状态；当所有传感器检测到的数据ε1.2ε_n都成立时，圆弧型钢结构处于正常应变状态，当有任何一个传感器检测到的ε≥1.2ε_n时，圆弧型钢结构处于不正常的应变状态，然后把检测结果返回监控预警系统，在任何一个传感器检测到异常状态时发出报警信号；这为评估圆弧型钢结构应变状态和检修工作提供参考。