一種塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塔式起重機安全保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞安全預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]塔式起重機具有工作重心高，工作負載大，穩(wěn)定性差，頻繁轉(zhuǎn)移工作場所等特點，屬于事故多發(fā)設(shè)備之一。塔機一旦發(fā)生事故，危害性特別大，動輒便是機毀人亡的重大事故，給國家和社會造成了巨大的損失。塔式起重機作為一種高聳結(jié)構(gòu)設(shè)備，在設(shè)計和使用過程中風(fēng)荷載是一個重要的安全控制因素。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展日新月異，塔式起重機的高度也越來越高，因此風(fēng)荷載對塔機的影響也隨之增大，然而現(xiàn)階段對塔機在風(fēng)荷載作用下所做的研究工作比較少。根據(jù)目前所參考的文獻資料來看，對塔機在風(fēng)載荷作用下的研究僅局限于設(shè)計階段，所考慮的風(fēng)載荷也只是以6級風(fēng)壓作為其計算風(fēng)壓進行設(shè)計。因此可以說塔機在特殊風(fēng)載荷作用下的研究幾乎空白，其研究價值顯而易見。該項目的研究成果可應(yīng)用于大型電視塔、輸電線塔、風(fēng)力發(fā)電塔、通訊桅桿、無線電桅桿、煙囪、排氣塔、大氣污染監(jiān)測塔、安裝塔、纜索高塔架和大型游樂設(shè)備等。
[0003]風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害中影響最大的一種，它發(fā)生頻率高，發(fā)生災(zāi)害大，影響范圍廣，給人類帶來過巨大的生命和財產(chǎn)損失。其中，土木建筑的風(fēng)致破壞是整個風(fēng)災(zāi)損失的重要組成部分。桅桿、輸電塔等高聳結(jié)構(gòu)受氣候影響十分顯著，風(fēng)荷載是其主要荷載，其分布規(guī)律及其動力特性比較復(fù)雜。由于結(jié)構(gòu)的高柔性和風(fēng)荷載的隨機性，桅桿、輸電塔等高聳鋼塔架結(jié)構(gòu)對風(fēng)的作用特別敏感，較易因風(fēng)力引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞而造成整個結(jié)構(gòu)的倒塌。高聳鋼塔架結(jié)構(gòu)因風(fēng)力的作用而導(dǎo)致的破壞屢見不鮮，強風(fēng)引起的災(zāi)害顯而易見，但長期的、頻繁的弱風(fēng)作用也不能忽視，它使高聳結(jié)構(gòu)某些部位產(chǎn)生疲勞，久而久之導(dǎo)致破壞、失穩(wěn)甚至倒塌，同時疲勞損傷的累積也增加了結(jié)構(gòu)在強風(fēng)作用下倒塌的可能性。
[0004]塔式起重機的倒塌破壞事故造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。大量塔式起重機事故研究報告表明，倒塌事故多數(shù)是由于疲勞損傷而后引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或構(gòu)件超過極限強度。塔式起重機風(fēng)致破壞的一個重要原因也是由于塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞損傷的累積，降低了鋼結(jié)構(gòu)塔架的抗風(fēng)能力和承載能力，從而引起它們在強風(fēng)作用下的倒塌。因此若能監(jiān)測塔式起重機等高聳塔架結(jié)構(gòu)的疲勞損傷狀況，對疲勞剩余壽命做出評估，及早地提醒人們及時修復(fù)，對于防止損傷積累直至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌事故的發(fā)生是十分必要和重要的。
[0005]考慮到高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的風(fēng)致疲勞破壞是一種累積效應(yīng)，它不是突然發(fā)生的，以塔式起重機結(jié)構(gòu)為例，若能將所有塔式起重機結(jié)構(gòu)構(gòu)件中風(fēng)致疲勞效應(yīng)達到80%或90%的構(gòu)件實時告知用戶，并據(jù)此更換己接近疲勞極限壽命的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，那就可保證塔式起重機結(jié)構(gòu)不會發(fā)生因結(jié)構(gòu)構(gòu)件風(fēng)致疲勞破壞而引發(fā)的結(jié)構(gòu)倒塌，從而保證塔式起重機結(jié)構(gòu)的安全。顯然，這是一個極具誘惑力的研究思路。但是，它僅對少量簡單受力構(gòu)件是容易實現(xiàn)的。因為它只需在此部分構(gòu)件上布置傳感器，直接測量構(gòu)件的風(fēng)致響應(yīng)，再實時判斷它是否疲勞即可。而要對塔式起重機主要構(gòu)件都做到這一點是比較困難的。因為，首先，不可能布置那么多的傳感器；其次，桅桿結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般受力復(fù)雜，不是單純的拉壓構(gòu)件(塔式起重機也因節(jié)點不是完全鉸接而受力復(fù)雜)，無法直接布置傳感器。因此，這里需要建立一套采用少量傳感器就可知道整個塔式起重機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實時風(fēng)致響應(yīng)，并據(jù)此作出各結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞程度實時判斷的理論和方法。由此可知，建立只用少量傳感器就可實現(xiàn)高聳塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞破壞安全預(yù)警的理論對于高聳結(jié)構(gòu)的安全是十分有意義的，它具有深遠的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞安全預(yù)警系統(tǒng)，其具有只用少量傳感器就可實現(xiàn)高聳塔式起重機結(jié)構(gòu)風(fēng)致疲勞破壞安全預(yù)警。
[0007]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案的:它包含傳感器系統(tǒng)、信號同步采集和處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、動力風(fēng)載識別模塊、有限元模型修正模塊、疲勞分析與評估模塊、診斷人機交互界面，傳感器系統(tǒng)與信號同步采集和處理系統(tǒng)連接，信號同步采集和處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫連接，數(shù)據(jù)庫分別與動力風(fēng)載識別模塊、有限元模型修正模塊、疲勞分析與評估模塊、診斷人機交互界面連接，動力風(fēng)載識別模塊、有限元模型修正模塊、疲勞分析與評估模塊分別與診斷人機交互界面連接。
[0008]所述的傳感器系統(tǒng)由風(fēng)速風(fēng)向儀、風(fēng)壓力傳感器、節(jié)點層振動加速度、速度、位移傳感器、索的拉環(huán)節(jié)點疲勞應(yīng)變傳感器等組成，主要作用是測量塔式起重機結(jié)構(gòu)疲勞狀況安全預(yù)警所需的荷載及響應(yīng)信息。
[0009]所述的信號同步采集和處理系統(tǒng)主要包括對傳感器數(shù)據(jù)的收集和對收集數(shù)據(jù)進行信號處理，如對信號進行交直分離、信號濾波、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換(信號采集)、采樣控制、信號預(yù)處理(異常值處理及標定)，以完成信號采集的基本功能。
[0010]所述的數(shù)據(jù)庫主要是實現(xiàn)對來自傳感器采集的數(shù)據(jù)、經(jīng)數(shù)字信號處理后的數(shù)據(jù)、后續(xù)分析數(shù)據(jù)進行存儲管理，還包括用于結(jié)構(gòu)可視化的相關(guān)的結(jié)構(gòu)模型信息，完成整個安全預(yù)警系統(tǒng)各模塊之間數(shù)據(jù)的傳遞存貯和管理，以保證整個系統(tǒng)的正常運行。
[0011]所述的動力風(fēng)載識別模塊是通過傳感器獲取有限點結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對整個塔式起重機結(jié)構(gòu)等效二維動力風(fēng)荷載的識別。
[0012]所述的有限元模型修正模塊對桅桿結(jié)構(gòu)的有限元理論模型進行修正，使其盡量與實際結(jié)構(gòu)一致。
[0013]所述的疲勞分析與評估模塊根據(jù)識別得到的動力風(fēng)荷載和修正的桅桿結(jié)構(gòu)有限元模型進行結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計算，得到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的風(fēng)致疲勞累積損傷及剩余壽命，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全狀況進行實時評估，并實現(xiàn)報警。