一种钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法与流程

本发明属于钢结构形变监测，具体涉及一种钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法。

背景技术：

1、目前在中国钢结构施工领域，施工期间的监测内容主要包括应力应变监测、变形位移监测、重要支座的位移监测以及环境效应监测，这些监测将有助于控制施工和质量，确保结构按照设计要求安全施工，目前环境效应监测例如风环境及温度环境主要通过环境相关的传感器进行，而应力应变、变形位移以及重要支座的位移监测采用的监测方式主要有：全站仪坐标复测法、振弦式应变计法、光纤光栅应变计法、三维激光扫描法，并且这些方式通常组合使用，例如采用弦式应变计监测系统+全站仪复测的监测方式进行，弦式应变计监测系统具体操作过程依次为：安装基面准备、电焊试验片、电焊应变计、设置应变计保护、固定应变计电缆、检查应变计读数、启动监测过程、对监测结果进行分析生成测试报告或预警，弦式应变计监测系统的原理为：当被测物体发生形变时，电焊应变计同步感受到形变后，将变形通过前、后端快传递给振弦，转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至数采装置，即可测出被测物体的应变量。全站仪复测方式是现场通过测量人员利用全站仪进行点位坐标的测量，并与设计坐标进行对比。

2、此种通过采用弦式应变计 监测系统+全站仪复测的监测方式进行钢结构检测的方式存在如下缺点：安装对专业人员的技术要求高，需要专业监测团队进行实时，现场施工人员无法快速上手；安装中需要对原钢结构进行处理并焊接，多数处于高空作业，且布线复杂，维护成本高；数据上传及处理后需要再上传到监控平台才能报警，在施工现场无法做到数据随时可见及声光报警，对现场施工过程中预警作用滞后；整体监控设备精密贵重，使用费用高，导致监控成本高。

3、此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法，是非常有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述采用弦式应变计监测系统+全站仪复测的监测方式进行钢结构检测的方式需要专业人员进行安装，并且需要高空作业，维护成本高，现场报警功能滞后以及监控成本高的缺陷，本发明提供一种钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种钢结构形变实时监测并自动报警装置，包括检测设备和目标反射板；

3、目标反射板设置在钢结构形变待测位置；

4、检测设备包括测距传感模块、第一电源、声光报警器和数显屏；

5、测距传感模块包括壳体，壳体内部设有测距传感器和控制器，壳体表面设有测距口；

6、测距传感器通过测距口朝向目标反射板；

7、控制器与测距传感器、第一电源、声光报警器和数显屏均连接；

8、第一电源还与测距传感器、声光报警器和数显屏连接；

9、控制器获取测距传感器对目标反射板的实时测距值，控制数显屏对实时测距值进行显示，以及与预先保存的形变基准值进行比对，当两者差值超过设定阈值时，控制声光报警器进行报警。

10、进一步地，还包括远传发送模块；

11、远传发送模块与控制器和第一电源均连接。通过远传发送模块能够实现实时测距值的远程传输，便于远程实时监控钢结构形变情况，且远传发送模块是装置扩展的基础，可与其他监测系统集成，实现更全面的施工现场监控。

12、进一步地，检测设备还包括支撑座；

13、测距传感模块、第一电源、声光报警器、数显屏以及远传发送模块均设置在支撑座上。支撑座使得测距传感模块、第一电源、声光报警器等器件同意安装，便于检测设备的维护和更换，确保了监测过程中稳定性和测量精度。

14、第二方面，本发明提供一种钢结构形变实时监测并自动报警系统，包括远传接收模块、第二电源、形变管理子系统以及若干个第一方面所述的钢结构形变实时监测并自动报警装置；

15、远传接收模块与第二电源以及形变管理子系统均连接；

16、形变管理子系统通过远传接收模块采集各钢结构形变实时监测并自动报警装置对钢结构形变待测位置的实时测距值，结合预先保存的形变基准值进行形变状态识别，并结合预先保存的bim建筑模型对形变状态识别结果进行显示。

17、进一步地，远传发送模块包括第一485传输单元和发送天线；

18、第一485传输单元将控制器发送的串口数据转换为无线数据提供给发送天线；

19、远传接收模块包括第二485传输单元和接收天线；

20、第二485传输单元将从接收天线获取的无线数据转换为usb数据，提供给形变管理子系统。本发明采用无线传输方式避免了复杂的布线工作，降低了施工难度和成本，两个485传输单元使得系统能兼容多种数据传输协议，提供了系统的灵活性和可扩展性。

21、第三方面，本发明提供一种采用第二方面的钢结构形变实时监测并自动报警系统的钢结构形变实时监测并自动报警方法，包括如下步骤：

22、s1.预先在测距传感模块的控制器及形变管理子系统设置各钢结构形变待测位置的形变基准值；

23、s2.各测距传感模块搭配目标反射板对钢结构形变待测位置进行测距获取实时测距值，通知数显屏对实时测距值进行显示，以及与预先保存的形变基准值进行比对，当两者差值超过设定阈值时，通知声光报警器进行报警；

24、s3.各测距传感模块的控制器控制远传发送模块将实时测距值向形变管理子系统发送；

25、s4.形变管理子系统通过远传接收模块采集各钢结构形变实时监测并自动报警装置对钢结构形变待测位置的实时测距值，结合预先保存的形变基准值进行形变状态识别，并结合预先保存的bim建筑模型对形变状态识别结果进行显示。

26、进一步地，步骤s1具体步骤如下：

27、s11.确定作为钢结构形变待测位置的待测点，所述待测点包括支撑系统、结构节点、关键杆件、位移监测点以及应力应变监测点；

28、s12.在各待测点设置目标反射板，并确定各待测点的形变基准值；

29、s13.为各待测点设置测距传感模块，并设置测距口朝向目标发射板；

30、s14.预先通过串口为各测距传感模块设置测距频率；

31、s15.将各待测点的形变基准值设置到对应测距传感模块的控制器中，以及将所有待测点及对应形变基准值保存到形变管理子系统中。通过该确定待测点及设置目标反射半能够精确定位钢结构形变监测位置，提供监测的针对性；预先设置形变基准值和测距频率，为后续监测提供了数据基础，确保了监测的连续性和一致性。

32、进一步地，步骤s2具体步骤如下：

33、s21.测距传感器模块的控制器控制测距传感器按照预设的测距频率对设置在待测点处的目标反射板进行测距获取实时测距值，控制数显屏对实时测距值进行显示；

34、s22.测距传感器模块的控制器将实时测距值x1与预先保存的形变基准值x进行比对；

35、当实时测距值x1与形变基准值x的偏差小于设定阈值，进入步骤s23；

36、当实时测距值x1与形变基准值x的偏差大于设定阈值，且x1>x，进入步骤s24；

37、当实时测距值x1与形变基准值x的偏差大于设定阈值，且x1<x，进入步骤s25；

38、s23.测距传感器模块的控制器判定当前待测点未发生形变，进入步骤s3；

39、s24.测距传感器模块的控制器判定当前待测点发生向外形变，控制声光报警器发出声光报警，进入步骤s3；

40、s25.测距传感器模块的控制器判定当前待测点发生向内形变，控制声光报警器发出声光报警，进入步骤s3。通过控制器自动进行测距、比对和报警处理，减轻了现场人员的工作负担，提高了监测效率；根据实时测距值与形变基准值的比对结果，能够精确判断钢结构形变情况，为及时采取措施提供了依据。

41、进一步地，步骤s3具体步骤如下：

42、s31.测距传感器模块的控制器将实时测距值以及待测点编号进行打包，生成数据包；

43、s32.测距传感器模块的控制器控制远传发送模块使用测距频率将数据包向形变管理子系统发送。通过数据包的形式传输监测数据，确保了数据的完整性和准确性，便于后续的处理和分析；使用测距频率进行数据包传输，确保了数据传输的实时性和高效性。

44、进一步地，步骤s4具体步骤如下：

45、s41.远传接收模块接收到数据包后提供给形变管理子系统；

46、s42.形变管理子系统从数据包中解析出待测点编号及对应待测点的实时测距值；

47、s43.形变管理子系统将各待测点的实时测距值与对应形变基准值进行比对，识别出发生向外形变的待测点及向内形变的待测点；

48、s44.形变管理子系统在钢结构设置重点监控区域，并设置重点监控区域的对称轴线将重点监控区域划分为第一监控区域和第二监控区域；

49、s45.形变管理子系统对各重点监控区域进行分析，识别存在重点监控区域内发生形变的待测点数量是否超过设定阈值；

50、若否，判定各重点监控区域正常，进入步骤s49；

51、若是，进入步骤s46；

52、s46.形变管理子系统判断重点监控区域的两个监控区域的发生形变的待测点类型是否相同；

53、若是，进入步骤s48；

54、若否，进入步骤s47；

55、s47.形变管理子系统判定该重点监控区域为扭转形变区域，进入步骤s49；

56、s48.形变管理子系统判断终端监控区域的待测点类型；

57、若为向内形变待测点，判定该重点监控区域为向内形变区域，进入步骤s49；

58、若为向外形变待测点，判定该重点监控区域为向外形变区域；

59、s49.形变管理子系统获取钢结构的bim建筑模型，将向内形变的待测点、向外形变的待测点、向内形变区域、向外形变区域以及扭转形变区域在bim建筑模型进行标注。形变管理系统能智能分析监测数据，识别出不同形变类型和形变区域，为结构安全评估提供依据；结合bim建筑模型进行形变标注，使得形变情况直观，易于理解，提高了决策效率。

60、本发明的有益效果在于：

61、本发明提供的钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法，使得使现场施工人员及管理人员能实时了解被检测构件的形变状态，减少数据处理时间，可随时随地反馈形变数值，并在超过警戒范围时可及时报警，可使管理人员与施工人员更快速的做出下一步的处理方案；本发明降低采用传统全站仪进行点位坐标测量的人工成本，并降低在采用弦式应变计监测方式时，监测设备安装带来的高空坠落风险及对钢构件的损伤。

62、此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

63、由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

技术特征：

1.一种钢结构形变实时监测并自动报警装置，其特征在于，包括检测设备和目标反射板；

2.如权利要求1所述的钢结构形变实时监测并自动报警装置，其特征在于，还包括远传发送模块；

3.如权利要求2所述的钢结构形变实时监测并自动报警装置，其特征在于，检测设备还包括支撑座；

4.一种钢结构形变实时监测并自动报警系统，其特征在于，包括远传接收模块、第二电源、形变管理子系统以及若干个如权利要求1-3所述的钢结构形变实时监测并自动报警装置；

5.如权利要求4所述的钢结构形变实时监测并自动报警系统，其特征在于，远传发送模块包括第一485传输单元和发送天线；

6.一种采用权利要求4-5任一项的钢结构形变实时监测并自动报警系统的钢结构形变实时监测并自动报警方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的钢结构形变实时监测并自动报警方法，其特征在于，步骤s1具体步骤如下：

8.如权利要求7所述的钢结构形变实时监测并自动报警方法，其特征在于，步骤s2具体步骤如下：

9.如权利要求8所述的钢结构形变实时监测并自动报警方法，其特征在于，步骤s3具体步骤如下：

10.如权利要求9所述的钢结构形变实时监测并自动报警方法，其特征在于，步骤s4具体步骤如下：

技术总结
本发明提供一种钢结构形变实时监测并自动报警装置、系统及方法，属于钢结构形变监测技术领域，所述装置包括检测设备和目标反射板；目标反射板设置在钢结构形变待测位置；检测设备包括测距传感模块、第一电源、声光报警器和数显屏；测距传感模块包括壳体，壳体内部设有测距传感器和控制器，壳体表面设有测距口；测距传感器通过测距口朝向目标反射板；控制器与测距传感器、第一电源、声光报警器和数显屏均连接；第一电源还与测距传感器、声光报警器和数显屏连接。本发明实现构件实时形变检测，减少数据处理时间，并可及时报警，成本低，检测设备安装简单，减少高空坠落风险及对钢构件的损伤。

技术研发人员：杨乐杰,王康,王伟伟,孙哲,孙旭堂,宗柱,薛东海,王述磊,张宽
受保护的技术使用者：中铁十四局集团建筑工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5