[發明專利]一種基于物聯網的結構構件疲勞壽命管理系統及應用

有效

• 申請號: 202011556402.1
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112763104B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 趙挺生;張充;朱水元;張偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢華中科大土木工程檢測中心
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公布了一種基于物聯網的結構構件疲勞壽命管理系統及應用，基于物聯網手段，通過結構構件刻印立體二維碼對應結構構件出廠信息數據庫，實現塔吊構件基礎信息的不受時空查詢；通過結構構件埋設應力應變傳感器，實時感知當前疲勞損傷，通過數據庫當前壽命減去疲勞損傷壽命獲得結構構件實時剩余壽命，當剩余壽命不足時實時預警，防范事故發生，同時將數據發送服務器數據庫。實現結構構件壽命的全時管控，防范結構構件安全事故。解決了當前結構構件疲勞壽命不足造成的近年來建筑施工事故高發的問題。

技術領域

本發明專利涉及建筑物聯網設備領域，具體涉及一種基于物聯網 的結構構件疲勞壽命管理系統及應用。

背景技術

塔吊是一種廣泛應用于建筑施工中吊運器材物資的垂直運輸機 械設備，起到減能增效，提高工程質量的重要作用；據2018年中國 工程機械設備年鑒統計，截至2018年，中國現有塔吊保有量在40-45 萬左右，并將隨著建筑工業化的推廣進一步擴大；而隨著塔吊的廣泛 使用，安全事故不斷發生，提高塔吊安全管理技術水平具有重大的現 實意義。

塔吊構件為鋼材質構件，在長時間的交變應力工作狀態下容易出 現疲勞損傷，在超過某個應力界限的應力循環下服役時具有一定的安 全使用期限，稱為疲勞壽命。如“630kN.m以下、出廠年限超過10年 的塔機由有資質評估機構評估合格后方可繼續使用”；同時在《塔式 起重機安全規程》(GB5144-2006)中對于塔吊結構構件的報廢及工 作年限也做出了相關規定：塔機主要承載結構件的正常工作年限按使 用說明書要求或使用說明書中規定的結構工作級別、應力循環等級、 結構應力狀態計算、若使用說明書未對正常工作年限、結構工作級別 做出規定，且不能得到塔機制造商確定的，則塔機主要承載結構件的正 常使用不應超過1.25×10⁶次應力循環。

當前的塔吊設備管理中，主要依賴人工巡檢排除塔吊結構件外觀 使用損傷帶來的安全風險，而受限于當前人工手段的缺陷，幾乎不能 掌握較為可靠的塔吊結構件的剩余疲勞壽命，因此通常在設備報廢處 理中只能依賴在規定的使用年限后的相關機構檢測結論來做出決定； 另一方面建筑項目的施工周期少則幾個月，多則數年，而塔吊結構件 在報廢處理之前的實際服役年限一般在10年左右，這意味著在塔吊 結構件整個服役期之間，將經歷多次不同項目之間的交接，辦理手續、 使用記錄和維修記錄的保存不善也給塔吊構件的報廢處理工作帶來 了一定的困難。

總之，當前對于塔吊構件的安全管理工作主要依賴于人工巡檢， 存在把控不足、管理不便、不夠信息化等缺陷，尤其是塔吊構件的疲 勞壽命得不到可靠的掌握，是長期服役的塔吊構件存在重大安全風險 的重要致因。

發明內容

針對當前塔吊安全管理中結構件報廢處理環節、結構構件監控環 節、項目施工選材環節的安全管理手段缺陷，本專利提出一種基于物 聯網的結構構件疲勞壽命管理系統及應用。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于物聯網的結構構件疲勞壽命管理系統，包括物理層、邊 緣層、傳輸層、應用層；

物理層：包括結構構件、振弦式傳感器，所述振弦式傳感器預安 裝在結構構件主肢內側，所述結構構件烙印有立體二維碼，該立體二 維碼是所述結構構件在出廠時基于該結構構件的規格型號信息、安全 壽命信息及對應預安裝的振弦式傳感器的ID信息生成的唯一編碼， 該立體二維碼對應的規格型號信息、安全壽命信息、振弦式傳感器的 ID信息被存儲在云平臺中；

邊緣層：包括通信模塊，每個振弦式傳感器信號連接一個通信模 塊，各通信模塊通過傳輸層向應用層傳輸各振弦式傳感器實時采集的 應變量ε；

應用層：包括云平臺、本地服務器，所述結構構件在第g次項目 使用時通過掃描立體二維碼，使本地服務器從云平臺導入立體二維碼 對應的信息并編制k個序號，本地服務器根據應變量ε、規格型號信 息、安全壽命信息計算結構構件的以下信息：