[發(fā)明專利]一種多檔位振弦式螺栓狀態(tài)監(jiān)測裝置及其使用與識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010422312.7
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111521316B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李萬潤;劉學(xué)智;蔣偉;周超杰;李剛剛;王海峰;郭賽聰;火茜;杜永峰
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;G08B21/18
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司 62102
• 代理人: 董斌

一種多檔位振弦式螺栓狀態(tài)監(jiān)測裝置及其使用與識別方法，裝置包括電纜線，夾槽，外殼，振弦，吸塊，螺母卡環(huán)，承臺，磁鐵線圈，連桿，中軸，基座，彈簧。本發(fā)明基于弦振動頻率隨其張力變化而變化的原理實(shí)現(xiàn)螺栓松動監(jiān)測目的，振弦設(shè)置有四根，分別對應(yīng)于四種不同靈敏度的檔位以適用于不同的監(jiān)測要求。當(dāng)裝置與待監(jiān)測螺栓連接后，測定弦初始固有頻率為ω₁，當(dāng)螺栓松動產(chǎn)生轉(zhuǎn)角變化，使得弦的張力產(chǎn)生變化，測定振弦此時的振動頻率為ω₂，計算振動頻率差的絕對值作為松動指標(biāo)，對螺栓連接狀態(tài)進(jìn)行評估。通過測定螺栓預(yù)緊力與弦的振動頻率之間的相對關(guān)系，對該裝置進(jìn)行標(biāo)定；根據(jù)螺栓設(shè)計及檢測標(biāo)準(zhǔn)，確定螺栓預(yù)警力閾值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及多檔位振弦式螺栓松動監(jiān)測裝置及其識別技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷增長和發(fā)展，土木工程結(jié)構(gòu)趨于大型化、復(fù)雜化，而結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）技術(shù)是保障工程結(jié)構(gòu)安全性的重要手段。對于一個健康監(jiān)測系統(tǒng)而言，傳感器監(jiān)測、采集結(jié)構(gòu)響應(yīng)及分析處理測量信號進(jìn)而完成對結(jié)構(gòu)損傷檢測與狀態(tài)的評估是土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心所在，作為損傷識別與狀態(tài)監(jiān)測的源頭，傳感器對于準(zhǔn)確識別工程結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化具有關(guān)鍵性和決定性的作用。工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域損傷種類繁雜，要想準(zhǔn)確識別各種損傷并對結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，首先要利用各種的傳感技術(shù)研制靈敏度高的檢測裝置。

螺栓連接是一種重要的工程結(jié)構(gòu)連接方式，其具有承載能力強(qiáng)、便于拆卸等的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于土木、機(jī)械、航空航天、汽車等領(lǐng)域，尤其是在預(yù)制裝配式建筑、高鐵技術(shù)以及風(fēng)電行業(yè)等多個領(lǐng)域，螺栓被大量應(yīng)用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位的連接。

在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，預(yù)制裝配式建筑作為一種國家大力推廣的結(jié)構(gòu)形式和施工方法，發(fā)展迅猛。裝配式建筑節(jié)點(diǎn)連接方法和施工工藝對結(jié)構(gòu)整體性起著決定性作用，而節(jié)點(diǎn)處的連接往往采用螺栓連接，比如柱、梁的連接可采用全螺栓連接、栓焊混合連接等，尤其是裝配式鋼結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)處螺栓往往裸露在外部環(huán)境中，在長期荷載作用下，不可避免會發(fā)生預(yù)緊力衰減乃至松動，如何準(zhǔn)確對節(jié)點(diǎn)處的螺栓連接進(jìn)行松動監(jiān)測和損傷識別則尤為關(guān)鍵。

在交通領(lǐng)域，近年來，作為中國制造轉(zhuǎn)型升級的一大亮點(diǎn)，中國高鐵制造技術(shù)發(fā)展迅速。復(fù)興號電力動車組是由中國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，達(dá)到世界先進(jìn)水平的電力動車組，最高速度可達(dá)350km/h，由于高鐵各部件之間的連接方式大量采用螺栓連接，而高速運(yùn)行的列車和鐵軌之間產(chǎn)生摩擦震動對于列車各部件之間的螺栓連接影響較大，螺栓連接狀態(tài)的檢查對于高鐵安全運(yùn)行具有重大意義。

在新能源領(lǐng)域，隨著人類的不斷開采，化石能源的枯竭不可避免，開發(fā)更清潔的可再生能源是今后發(fā)展的方向。風(fēng)能是一種可再生能源，目前我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢較好，同時也出現(xiàn)了一些諸如倒塔事故頻發(fā)等問題，典型的倒塔事故如2010年1月大唐山西左云某風(fēng)電項目風(fēng)機(jī)倒塔事故，2012年9月5日托克遜風(fēng)電場陽明風(fēng)機(jī)倒塔事故，以及2015年的圣誕節(jié)瑞典的Lemnhult風(fēng)場390英尺的風(fēng)機(jī)倒塔事故等等，以上事故都是因未施加標(biāo)準(zhǔn)扭矩或緊固不當(dāng)導(dǎo)致螺栓松動進(jìn)而導(dǎo)致連接失效和倒塔。從近些年的倒塔事故來看，風(fēng)電塔筒的法蘭螺栓松動是倒塔的重要原因，螺栓松動的損傷識別與監(jiān)測對于減少風(fēng)電倒塔事故具有重要的實(shí)際意義。

綜上，在裝配式結(jié)構(gòu)、高鐵以及風(fēng)電行業(yè)領(lǐng)域等方面，螺栓連接在外部的沖擊、振動以及蠕變、應(yīng)力集中等的作用下，再加上本身的內(nèi)部缺陷以及在裝配之初未能施加標(biāo)準(zhǔn)扭矩，往往會出現(xiàn)預(yù)緊力下降，乃至滑動、分離甚至松脫現(xiàn)象，此時雖不致結(jié)構(gòu)破壞，但若不能及時發(fā)現(xiàn)并采取針對性措施，損傷會持續(xù)積累，在外部突發(fā)誘因如地震、強(qiáng)風(fēng)、過載工況的作用下，結(jié)構(gòu)往往會發(fā)生毀滅性的破壞。因而，在工程結(jié)構(gòu)服役期間，有效地監(jiān)測和評估螺栓連接的實(shí)際狀態(tài)，對于保證結(jié)構(gòu)安全，避免重大安全事故具有重要意義。