一种用于钢结构疲劳的实时分析方法

技术领域

本发明涉及一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，属于钢结构施工领域。

背景技术

疲劳是引起大跨度钢结构出现刚度损伤的主要原因。现阶段对钢结构疲劳分析只要是通过监测其实时应变进行，基于其应力幅的统计信息得到钢结构的疲劳状态和剩余寿命，这种方式需要在钢结构上安装大量的应变传感器，并且要求应变传感器在长期使用过程中保持足够的精度和可靠性，而这在现实场景中往往是难以达到的，因此，钢结构的疲劳分析现阶段仍主要集中在实验室研究中，而在现场的直接研究和应用较少。

针对工程施工过程中的钢结构，由于是新建结构，往往不太存在疲劳问题。但是其疲劳寿命的初始值应当从施工过程中体系转换阶段开始进行监测。同时，一些用于临时支撑的钢结构，也存在不同大小的钢结构疲劳损伤问题。因此，本发明提出一种基于微变形监测的钢结构疲劳监测技术及方法，以期解决施工现场钢结构的疲劳分析的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，其方法实施简单，能够有效提供钢结构疲劳评估所需要的大量应力数据，且不需要在钢结构上安装大量的应变传感器，有效降低了成本，可应用于施工现场。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，包括如下步骤：

步骤1，在钢结构所需位置安装目标靶点，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据；

步骤2，将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解；选择变形最大的正交轴方向上的变形为主要疲劳变形，仅针对该主要疲劳变形进行钢结构的疲劳寿命分析；

步骤3，简化钢结构为梁单元，并采用两端固结的方式进行梁在特定变形下的动态应力分析，计算得到梁单元上不同节点位置的实时应力值；

步骤4，以该计算得到的应力值，开展疲劳参数的统计分析，并进行疲劳寿命评估。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据时，采样频率以单靶点不少于20Hz。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解时，全局笛卡尔坐标系下的Z方向应当与重力加速度方向一致。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，所述统计分析包括全应力幅、半应力幅以及各自出现的统计概率、次数。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，通过在钢结构所需位置安装目标靶点，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据；将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解；选择变形最大的正交轴方向上的变形为主要疲劳变形，仅针对该主要疲劳变形进行钢结构的疲劳寿命分析；简化钢结构为梁单元，并采用两端固结的方式进行梁在特定变形下的动态应力分析，由于梁单元的变形是连续的，因此能够计算得到梁单元上不同节点位置的实时应力值；最后，以该计算得到的应力值，开展疲劳参数的统计分析，所述统计分析包括全应力幅、半应力幅以及各自出现的统计概率、次数，并参照相关规范进行疲劳寿命评估。采用本方法，主要针对存在体系转换或受动荷载比较明显的钢结构构件进行动态监测，降低了监测难度，同时引入了有限元分析的方法，也提高了应力可测量点的数量，在疲劳评估方面能形成更多的数据来源。本发明实施简单，能够有效提供钢结构疲劳评估所需要的大量应力数据，且不需要在钢结构上安装大量的应变传感器，有效降低了成本，可应用于施工现场。

附图说明

图1为本发明一种用于钢结构疲劳的实时分析方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

请参阅图1，本实施例公开了一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，包括如下步骤：

步骤1，在钢结构所需位置安装目标靶点，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据；

步骤2，将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解；选择变形最大的正交轴方向上的变形为主要疲劳变形，仅针对该主要疲劳变形进行钢结构的疲劳寿命分析；

步骤3，简化钢结构为梁单元，并采用两端固结的方式进行梁在特定变形下的动态应力分析，计算得到梁单元上不同节点位置的实时应力值；由于梁单元的变形是连续的，因此能够计算得到梁单元上不同节点位置的实时应力值；

步骤4，以该计算得到的应力值，开展疲劳参数的统计分析，并进行疲劳寿命评估。在进行疲劳寿命评估时参照行业疲劳寿命相关规范进行评估。

本发明提供的一种用于钢结构疲劳的实时分析方法，通过在钢结构所需位置安装目标靶点，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据；将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解；选择变形最大的正交轴方向上的变形为主要疲劳变形，仅针对该主要疲劳变形进行钢结构的疲劳寿命分析；简化钢结构为梁单元，并采用两端固结的方式进行梁在特定变形下的动态应力分析，由于梁单元的变形是连续的，因此能够计算得到梁单元上不同节点位置的实时应力值；最后，以该计算得到的应力值，开展疲劳参数的统计分析，所述统计分析包括全应力幅、半应力幅以及各自出现的统计概率、次数，并参照相关规范进行疲劳寿命评估。采用本方法，主要针对存在体系转换或受动荷载比较明显的钢结构构件进行动态监测，降低了监测难度，同时引入了有限元分析的方法，也提高了应力可测量点的数量，在疲劳评估方面能形成更多的数据来源。本发明实施简单，能够有效提供钢结构疲劳评估所需要的大量应力数据，且不需要在钢结构上安装大量的应变传感器，有效降低了成本，可应用于施工现场。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，采用机器视觉方式采集目标靶点的空间变位数据时，采样频率以单靶点不少于20Hz。机器视觉方式能够提供足够的变形数据采集精度和频率，可用于动态变形下的疲劳分析。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，将采集到的空间变位数据进行空间全局笛卡尔坐标系下的分解时，全局笛卡尔坐标系下的Z方向应当与重力加速度方向一致。空间全局笛卡尔坐标系，可以将空间变形分解后的各正交方向上的变形在时域上保持方向一致和数值时变；如方向不一致，则无法进行时域上的对比分析。由于有限元模型采用的是标准坐标系，其Z方向与重力加速度一致，因此，将Z方向与重力加速度方向保持一致，可将实测数据与有限元模型相关联分析。

优选的，在上述的用于钢结构疲劳的实时分析方法中，所述统计分析包括全应力幅、半应力幅以及各自出现的统计概率、次数。

综上所述，本发明主要针对存在体系转换或受动荷载比较明显的钢结构构件进行动态监测，降低了监测难度，同时引入了有限元分析的方法，也提高了应力可测量点的数量，在疲劳评估方面能形成更多的数据来源。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。