[发明专利]一种基于数字散斑标记的建筑幕墙地震变形监测方法

说明书

本发明提供了一种基于数字散斑标记的建筑幕墙地震变形监测方法，其基本步骤包括：1)将试件框架固定于地震模拟振动台，将待测幕墙装配于框架上，并在幕墙表面人工标记具有随机特性的散斑图案；2)架设两台工业数码相机对试件表面的散斑图案进行成像；3)按拟建场地特性拟合人工地震波，进行分级多次加载，同时采集散斑图像；4)在计算机中对采集到的数字图像序列进行三维数字图像相关匹配计算，得到地震荷载作用下建筑幕墙表面的全场位移和变形信息。本发明通过数字散斑图像标记和光学测量方法，获取地震荷载作用下幕墙全场变形的定量数据，测量结果更精准，测量步骤更简单，应用范围更加广泛。

技术领域

本发明涉及的一种建筑幕墙地震荷载变形的监测方法，特别关于一种基于数字散斑标记的建筑幕墙地震变形监测方法。

背景技术

作为建筑物的外部围护结构类型之一，建筑幕墙既拥有外观修饰能力，又具有一定的结构承载功能。在工程实际运用中，关于建筑幕墙受地震作用而损坏致险的案例众多。当地震荷载超过幕墙承载能力极限时，幕墙会产生形变甚至幕墙单元发生破裂，由此引发的安全事故不容忽视。基于上述原因，监测建筑幕墙在地震荷载作用下的变形情况，以评估试件使用年限内的安全性能，是工程项目安全质检以及建筑设计期间对其力学性能考量的重要步骤。

目前较为常用的对建筑幕墙地震荷载作用下的安全性能的评价方法，主要是使用模拟地震作用的震动平台对固定在模拟试件框架上的待测建筑幕墙进行抗震试验。具体方法为：在振动平台台面中心处布置三维检测的测点；在幕墙与模拟试件框架连接处按平行于幕墙表面水平方向布置测点；对于动力反应较大或者复杂情况位置布置测点。于测点处安装位移、加速度传感器，使用应变片贴于幕墙受力复杂或局部变形较大、重要区域。选用研究所需要的加速度时程波形、幅值大小输入机器，启动振动台进行加载试验，同步记录模拟实验框架与幕墙试件的动力响应情况，同时观察部件面板开裂、间隙，连接幕墙与框架的支撑构件连接有无变形破坏。整理数据阶段提取采集结果中数据最大值与相应时刻、时程反应曲线等数据，评价建筑幕墙抗震性能。该方法较准确还原重现了地震荷载作用的效果，也直观、实时测量到了建筑幕墙在地震作用下的变形情况，但存在不足之处：1)实验前选取几个关键布置测点并使用位移、加速度传感器测量，获取的数据仅为几个有限测量关键点位置，得到的位移加速度信息用来描述整块幕墙的变形显然是不充分的，特别是对于结构复杂、复合材料的建筑幕墙，其关键测点并不能在试验之前完全准确定位，根据目前的主流方法选取的关键测量点并不一定能够完全捕捉到所有可能发生较大破坏的区域；2)通过渐进式增加每个反应谱输入的幅值大小，或改变反应谱类型直到产生破坏，目前的方法仅仅依靠视频记录回放、肉眼观察展开裂纹等破坏情况确定最大反应时刻，显然是不够精确的，往往在肉眼能够观察到现象之前，破坏已经发生了；3)随着幕墙形式发展的多样化，对于简易幕墙结构布置传统电位传感器较为容易，但对结构形式复杂、或传统仪器无法直接接触到的关键部位等特殊情况束手无策；4)现今幕墙结构已趋向于大型、连续多跨形式，对幕墙的安全监测在空间跨度与精确度上的要求进一步提高。如果采用传统电位传感器布置的方法实现幕墙的安全监测，需要在试件上布置大量传感器，一方面对技术实现提出了很高要求，对监测成本造成了很大负担，另一方面对于大型结构物而言，布置大量传感器、线缆对幕墙自身也会产生不可忽视的荷载，使得测量结果与真实值产生交大差距，影响测量准确性。

发明内容

针对目前建筑幕墙地震荷载变形的测量方法存在的不足，本发明的目的是提供一种基于数字散斑标记的建筑幕墙地震变形监测方法。