專利名稱：一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫室結構變形監測方法及裝置，尤其涉及一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法及裝置。
背景技術：
圓拱型連棟溫室在我國南方地區被廣泛應用，圓拱型連棟溫室主要依靠拱架、立柱、橫梁、縱梁、天溝和拉桿等構件承受外部載荷，鋼構件變形超過材料許可限度將無法回復，導致溫室結構失效。目前溫室在設計建造時基于經濟性和安全性兩方面的要求，希望在保證溫室安全的同時盡量減少用鋼量，以節約成本，因此通常以溫室建設地點的一定年限內統計氣象條件為設計依據。由于在考慮溫室承受載荷方面具有局限性，在突發極端天氣情況下，這種方式設計建造的溫室常因局部結構變形過大會引起整個骨架結構受力分布的·不平衡，嚴重情況下會直接導致整個溫室骨架結構的傾斜或倒塌，導致造成重大的經濟損失，影響到設施作物的正常種收。極端氣候具有隨即突發性，為了提高溫室結構安全性，在結構骨架發生不可逆轉的結構性破壞之前采取補救措施，有必要對溫室骨架結構的變形進行實時監測。中國發明專利[CN 101520381A]公開了一種基于太陽能供電與傳感器的鋼結構建筑無線檢測系統，該專利主要針對大型工業建筑鋼結構的檢測，這些工業建筑骨架采用的結構型式、鋼材的選用標準和在設計時所考慮的作用載荷類型、取值與溫室結構有很大的區別，難以直接引用。目前現有技術中還未有專門針對溫室骨架結構尤其是圓拱型溫室骨架結構變形監測的方法和裝置。因此為了能夠對圓拱型連棟溫室骨架結構的變形進行實時監測，有必要依據溫室結構自身的特性和使用要求設計一種監測方法和監測裝置，以提高溫室結構在使用過程中的安全性。

發明內容
本發明的目的是針對提供一種計算圓拱型連棟溫室骨架結構最易發生破壞性的構件及對應的破壞點位置，并對其進行檢測的方法。本發明的另一目的是提供一種能夠實時監測圓拱型連棟溫室骨架結構變形情況的裝置，并及時對可能存在的危險進行報警。一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法的技術方案是，首先確定在不同雪荷載作用下產生最大變形的構件和變形位置，然后在所述位置處安裝傳感器監測變形情況，所述確定在不同雪荷載作用下產生最大變形的構件和變形位置的具體步驟為
1)確定溫室骨架鋼結構的整體幾何參數，包括跨度L、跨數n、開間寬度D、開間數m、溫室屋脊高度H1、屋頂高度H2、拱架的曲率半徑R ；
2)確定溫室骨架鋼結構各個構件的截面尺寸參數和材料屬性參數；
3)確定溫室建設地點的最大雪載荷標準值&；
4)建立三維簡化計算模型；5)對建立的簡化計算模型施加載荷S1=SnXuf,其中戎為實際作用在溫室屋頂的計
算雪載荷 ，KN/m2 -,Ui為屋頂積雪分布系數，i=l, i=2 ；
6)將計算雪荷載S1向天溝、縱梁、和拱架上等效轉化，將面荷載轉化為作用在各個公共端點的等效力和等效力矩；將等效力和等效力矩構成一個空間力系，計算各個線段和圓弧的內應力和產生的變形；
7)確定在相同荷載作用下，產生變形最大的構件和最大變形所在的位置和對應的變形量。所述步驟4)三維簡化計算模型的構建步驟為
4-1)建立空間直角坐標系，坐標系三個不同軸線方向分別互相垂直于另外兩個軸線構成的平面，三個坐標軸分別設定為X軸、Y軸和Z軸；
4-2)在建立的空間直角坐標系中按照1:1的比例建立溫室骨架鋼結構的簡化計算模型，不同幾何形狀的構件簡化為三維空間直角坐標系中的線段或者圓弧；
4-3)將各個構件用計算獲得的等效線段或者等效圓弧替代，在建立的空間直角坐標系中各個等效線段和圓弧的位置關系按照溫室骨架的實際情況排列。所述步驟4-2)中構件的簡化方式為立柱等效為一條線段其高度等效為溫室屋脊的高度H1，橫梁等效為一條線段其長度等效為溫室的跨度L，縱梁等效為一條線段其長度等效為溫室的開間寬度D，天溝等效為一條線段其長度等效為溫室的開間寬度D與開間數m的乘積即L1=DXm,拉桿等效為一條線段其長度等效為溫室屋頂高度氏與屋脊高度H1的差即H3=H2-H1，溫室拱桿等效為一段圓弧其弧長L2的等效長度由下面的公式計算得到
權利要求
1.一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法，首先確定在不同雪荷載作用下產生最大變形的構件和變形位置，然后在所述位置處安裝傳感器監測變形情況，其特征在于，所述確定在不同雪荷載作用下產生最大變形的構件和變形位置的具體步驟為 1)確定溫室骨架鋼結構的整體幾何參數，包括跨度L、跨數n、開間寬度D、開間數m、溫室屋脊高度H1、屋頂高度H2、拱架的曲率半徑R ； 2)確定溫室骨架鋼結構各個構件的截面尺寸參數和材料屬性參數； 3)確定溫室建設地點的最大雪載荷標準值&； 4)建立三維簡化計算模型； 5)對建立的簡化計算模型施加載荷其中戎為實際作用在溫室屋頂的計算雪載荷，KN/m2 -,Ui為屋頂積雪分布系數，i=l, i=2 ； 6)將計算雪荷載S1向天溝、縱梁、和拱架上等效轉化，將面荷載轉化為作用在各個公共端點的等效力和等效力矩；將等效力和等效力矩構成一個空間力系，計算各個線段和圓弧的內應力和產生的變形； 7)確定在相同荷載作用下，產生變形最大的構件和最大變形所在的位置和對應的變形量。
2.根據權利要求I所述的一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法，其特征在于，所述步驟4)三維簡化計算模型的構建步驟為 4-1)建立空間直角坐標系，坐標系三個不同軸線方向分別互相垂直于另外兩個軸線構成的平面，三個坐標軸分別設定為X軸、Y軸和Z軸； 4-2)在建立的空間直角坐標系中按照1:1的比例建立溫室骨架鋼結構的簡化計算模型，不同幾何形狀的構件簡化為三維空間直角坐標系中的線段或者圓弧； 4-3)將各個構件用計算獲得的等效線段或者等效圓弧替代，在建立的空間直角坐標系中各個等效線段和圓弧的位置關系按照溫室骨架的實際情況排列。
3.根據權利要求2所述的一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法，其特征在于，所述步驟4-2)中構件的簡化方式為立柱等效為一條線段其高度等效為溫室屋脊的高度H1，橫梁等效為一條線段其長度等效為溫室的跨度L，縱梁等效為一條線段其長度等效為溫室的開間寬度D，天溝等效為一條線段其長度等效為溫室的開間寬度D與開間數m的乘積即L1=DXm,拉桿等效為一條線段其長度等效為溫室屋頂高度H2與屋脊高度H1的差即H3=H2-H1，溫室拱桿等效為一段圓弧其弧長L2的等效長度由下面的公式計算得到
4.一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測裝置，該裝置包括傳感器、數據處理模塊、數據傳輸模塊、電源模塊；其特征在于所述傳感器為應變傳感器，傳感器安裝在骨架結構的最大變形位置上，所述傳感器與所述數據處理連接；數據處理模塊和數據傳輸模塊連接；所述電源模塊分別與傳感器、數據處理模塊和數據傳輸模塊連接；所述數據處理模塊將傳感器監測到的變化的電信號轉化為對應的數字信號；所述數據傳輸模塊實時傳輸變形量的數字信號。
5.根據權利要求4所述的一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測裝置，其特征在于所述數據處理模塊將處理獲得的構件變形量與構件自身能夠承受的最大變形量進行對比，確定整個溫室骨架結構的工作安全等級。
6.根據權利要求4所述一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測裝置，其特征在于所述數據傳輸模塊利用無線傳輸網絡將各個監測點位置處構件的安全等級和溫室骨架結構的綜合安全等級實時傳送到溫室管理人員的遠程接收裝置上。
7.根據權利要求4所述的一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測裝置，其特征在于所述電源模塊包括太陽能電池板、蓄電池、變壓器及220V交流電源，所述太陽能電池板和220V交流電源分別與蓄電池連接，蓄電池和220V交流電源分別與變壓器連接，變壓器的輸出為電源模塊的輸出端。
全文摘要
本發明公開一種圓拱型連棟溫室骨架結構變形監測方法和裝置。該方法首先確定在不同雪荷載作用下產生最大變形的構件和變形位置，然后在所述位置處安裝傳感器監測變形情況，該方法只對破壞點位置處構件的變形量進行監測，減少了傳感器的使用數量，簡化了傳感器的布置方式；該裝置包括傳感器、數據處理模塊、數據傳輸模塊、電源模塊，能夠將監測到的構件變形量數據和對比獲得的溫室骨架結構安全等級，實時傳送到溫室管理人員的遠程數據接收終端上。
文檔編號G01B21/32GK102980553SQ201210318850
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者王新忠, 孔鵬飛, 毛罕平, 閆潤, 王為路, 孫迎龍 申請人:江蘇大學