[發明專利]一種基于附加子結構的螺栓連接狀態監測方法及其系統

在審

• 申請號: 201410585348.1
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104296986A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 李萬潤;杜永峰;鄭文智;王國福;李喜梅;朱前坤
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及建筑領域，尤其涉及一種基于附加子結構的螺栓連接狀態監測方法及其系統。

背景技術

??螺栓作為建筑鋼結構以及風電結構塔筒等結構的主要連接方式得到了廣泛的應用，其承受著各連接部件之間的交變荷載作用，在拉、壓交變載荷作用下，直接影響結構的安全性。如若螺栓連接狀態發生變化不能及時被發現,則會影響結構的正常工作,嚴重者將造成巨大的人員財產損傷。目前對于螺栓連接狀態的監測與辨識研究仍處于空白階段，現有的螺栓狀態檢測主要有以下幾種方法：基于波傳播非線性模型未用于工程實踐，主要是由于現場環境復雜，結構響應信號中包含大量噪聲信號，或者是噪聲信號淹沒了有用信號；基于機電阻抗法的狀態監測與辨識，分析設備體積大、價格昂貴而不適合現場應用，壓電陶瓷材料脆而不適合應用于彎曲變形和幾何曲面中，因此該方法無法應用于螺栓連接結構的狀態監測中；基于非線性動力學理論的狀態監測與辨識研究僅處于簡單模型的理論模擬和試驗階段，未對復雜的連接結構，特別是大型工程結構進行理論分析和試驗比較，也未見對螺栓連接結構各種非線性行為進行分析及監測與辨識的系統報道。

發明內容

本發明針對現有技術中目前對于螺栓連接狀態的監測與辨識研究處于空白階段的問題，提供一種基于附加子結構的螺栓連接狀態監測方法及其系統。

????本發明的一種基于附加子結構的螺栓連接狀態監測方法，包括以下步驟：

附加子結構：在與連接件螺紋連接的螺栓上固定設有附加構件，將附加構件與螺栓組成附加子結構，作為一個整體；

數據采集：利用加速度傳感器采集上述步驟中附加子結構的動力響應數據；

數據傳輸：利用數據線將上述步驟采集到的附加子結構的動力響應數據傳輸到數據處理系統；

數據處理：通過對采集到的附加子結構的動力響應數據進行頻譜分析，得到附加子結構動力特性參數；

預警分析：通過實時觀測上述步驟的附加子結構動力特性參數，與設定的閾值進行比較，如果附加子結構動力特性參數發生變化，則報警，檢修人員進行檢修；如果附加子結構動力特性參數未發生變化，則繼續運行。

實現上述一種基于附加子結構的螺栓連接狀態監測方法的系統，包括附加子結構，采集附加子結構動力響應的數據采集系統，用數據線傳輸所采集動力響應數據的數據傳輸系統，分析所采集動力響應數據的數據處理系統及預警系統。

為了區別整體結構的響應對螺栓響應的影響便于監測螺栓的連接狀態，所述附加子結構包括連接件及與其螺紋連接的螺栓，所述螺栓的螺帽上固定設有監測板。

為了降低附件構件的成本，所述監測板為環形鋼板。

為了起到更好的監測效果，所述連接件包括上連接件和下連接件。

為了得到附加子結構的整體響應數據，所述數據采集系統為INV9823型IEPE型加速度傳感器。

為了提取對螺栓松動較敏感的特征指標，所述數據處理系統為HP-3582A低頻頻譜分析儀。

為了準確監測螺栓松動情況，所述預警系統為HP-3582A低頻頻譜分析儀。

本發明主要是將附加構件和螺栓組成附加子結構,將螺栓作為附加子結構的支撐條件(邊界條件)反映螺栓的連接狀態；數據采集系統，主要利用加速度傳感器采集附加子結構的動力響應；數據傳輸系統，利用數據傳輸線將采集到的附加子結構的加速度響應數據傳輸到數據處理系統；數據處理系統，通過對采集到的附加子結構的動力響應數據進行頻譜分析，得到狀態改變評價指標（附加子結構動力特性參數）；通過實時觀測附加子結構的動力特性參數與設定的閾值進行比較，當附加子結構的動力特性參數超過閾值，發出報警。

本發明相對于現有技術具有以下優點：

1、本發明通過在螺栓上增加附加構件，通過附加子結構的動力特性的變化對螺栓連接狀態進行實時監測；容易實現，理論簡單，容易被工程人員接受，而且可以節省人員定期巡檢成本，并可提前發出預警。

2、本發明省時省力，對于隱蔽工程以及人員難以接觸到的位置很容易進行檢測，而且對于螺栓微小的松動也很容易發現。

3、本發明螺栓連接結構改變的是結構的局部動力學特性，對低頻段的特征量對其狀態監測和辨識的靈敏度高。

4、本發明因分析設備體積小、價格便宜、結構簡單而適合現場應用，特別適合用于復雜的連接結構，特別是大型工程結構。

附圖說明

圖1為本發明的螺栓連接狀態監測系統圖；

圖2為本發明附加子結構的結構示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；