[发明专利]一种充气膜建筑的大变形长期监测系统

说明书

本发明公开了一种充气膜建筑的大变形长期监测系统，涉及土木工程结构健康监测领域，包括传感器子系统、信号采集与处理子系统、信号传输与储存子系统、信号监控与分析子系统。本发明通过采集风压、风速、风向等荷载信息以及充气膜建筑的大变形相关参数实现对充气膜结构的长期监测，在监测的同时可以通过分析数据库储存的荷载及变形数据对充气膜建筑进行健康评估并实时进行反馈控制，合理调节充气膜建筑内压，保证充气膜建筑的安全性及稳定性。

技术领域

本发明涉及土木工程结构健康监测领域，尤其涉及一种充气膜建筑的大变形长期监测系统。

背景技术

随着材料科学的发展及工程技术的进步，现代建筑在造型、体量、尺寸、结构形式等方面均取得了较大突破。膜结构作为新型轻质空间结构的典型代表，在近几十年来得到了广泛应用。充气膜建筑是膜结构建筑的重要分支，其具有施工周期短、便于拆卸、安全性高等诸多优势，多用于体育场馆、工业厂房、存储仓库等大跨度场地建筑中。充气膜建筑直接采用含有保温层的双层高强度聚合物涂层膜材作为屋面及外立面，经由角钢和螺栓锚固在圈梁上，外覆编织索网骨架增强结构刚度。通过风机系统向建筑内部鼓风充气，膜面在气压作用下鼓起成形产生张力，与索网骨架结合形成体系，共同抵抗外界荷载作用。受限于膜材强度以及结构体系，充气膜结构承载能力较之钢结构、混凝土结构有显著差距，然而缺乏实测数据支撑，充气膜建筑的结构稳定性和安全性目前未能得到准确评估。充气膜建筑主要承受外界风荷载作用，荷载增强到一定程度时膜面会产生较大变形，索网内也会产生较大应变。

现有的结构健康监测系统主要针对桥梁、高层建筑等传统建筑结构，监测结构动力响应相关参数，研究结构变化与损伤，预警结构健康状况。与传统土木工程结构相比，充气膜建筑的建筑材料、结构形式与传统结构不同，相同荷载作用下的结构响应更为剧烈，现有的结构监测系统无法全面监测充气膜建筑大变形特征参数。此外，充气膜建筑需要根据荷载实际作用反馈进行内压控制，灵活调节结构刚度，目前主要依靠经验及风力等级状况，由人工按照固定模式控制风机进气量实现内压调节，缺乏依靠统计数据为基础的自动化内压控制方法。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种充气膜建筑的大变形长期监测系统，实现对充气膜结构的长期监测，从而合理调节充气膜建筑内压，保证其运行的安全性及稳定性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何长期全面监测充气膜建筑大变形特征参数并实时反馈。

为实现上述目的，本发明提供了一种充气膜建筑的大变形长期监测系统，包括传感器子系统、信号采集与处理子系统、信号传输与储存子系统、信号监控与分析子系统，其特征在于：所述传感器子系统用于监测风荷载与充气膜建筑的大变形，包括膜面三向加速度传感器、钢索应变传感器、膜面高精度GNSS位移监测模组、充气膜压差计、膜面风压传感器和一体式气象站；所述信号采集与处理子系统用于采集所述传感器子系统的电信号并将其转化为数字信号，包括集成式信号采集箱和GNSS移动站信号接收器；所述信号传输与储存子系统包括本地储存服务器和云端储存服务器；所述信号监控与分析子系统包括报警器、基于数据库的有限元分析及健康诊断单元、气膜内压控制单元。

进一步地，所述传感器子系统与所述信号采集与处理子系统之间通过多芯屏蔽线通信，所述信号采集与处理子系统、所述信号传输与存储子系统、所述信号监控与分析子系统之间通过通信传输单元通信。

进一步地，所述通信传输单元包括USB3.0、以太网和4G无线网络。

进一步地，所述传感器子系统的传感器及连接线是信号传输线与电源线二线合一的型号。

进一步地，所述传感器子系统测量的结构大变形参数包括荷载参数和结构性能参数，所述荷载参数包括风压、风速、风向，所述结构性能参数包括膜面加速度、膜面位移、钢索应变、充气膜建筑内压。

进一步地，所述大变形长期监测系统的数据采集与监控是为期1至2年的实时监测。